實(shí)現(xiàn)“一鍵啟站”到“智能運(yùn)行”歷史性跨越

中國長輸管道壓縮機(jī)組智能控制技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平

文/蔣萬全 鄧婷

在科技強(qiáng)國的戰(zhàn)略指引下,我國天然氣工業(yè)再次迎來歷史性重大突破。

6月26日,國家管網(wǎng)集團(tuán)北京管道公司發(fā)布消息:陜京四線托克托壓氣站“一鍵啟站,智能運(yùn)行”項(xiàng)目投運(yùn)滿半年來,各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)和遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)得到全面驗(yàn)證,極大促進(jìn)并提升了長輸管道科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)控制和安全支撐作用。這標(biāo)志著中國大功率壓縮機(jī)組智能控制技術(shù)已全面突破國外技術(shù)封鎖,實(shí)現(xiàn)從追趕到領(lǐng)跑的跨越,達(dá)到世界領(lǐng)先水平,為中國天然氣民族工業(yè)提高核心競(jìng)爭(zhēng)力、增強(qiáng)核心功能再添新篇章。

大功率壓縮機(jī)組作為天然氣工業(yè)領(lǐng)域“皇冠上的明珠”,因其技術(shù)門檻高、制造難度大,長期以來,國外產(chǎn)品在我國天然氣管輸行業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位。而大功率壓縮機(jī)組智能控制技術(shù)作為機(jī)組“大腦”,更是我國長期受制于人的關(guān)鍵技術(shù)。然而,面對(duì)這一挑戰(zhàn),中國管道人沒有退縮,而是選擇迎難而上,積極尋求突破。

時(shí)間追溯到2012年,在西氣東輸二線這一世界上最為浩大的管道工程建設(shè)中,中國大功率壓縮機(jī)組實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化,國產(chǎn)壓縮機(jī)開始在我國天然氣管輸行業(yè)中嶄露頭角。得益于北京管道公司在推進(jìn)民族工業(yè)建設(shè)發(fā)展中的責(zé)任和擔(dān)當(dāng),國產(chǎn)大功率電驅(qū)壓縮機(jī)組在2016年陜京四線建設(shè)中首次得到全面工業(yè)化應(yīng)用。此后,在國家管網(wǎng)集團(tuán)科技數(shù)字化戰(zhàn)略引領(lǐng)下,北京管道公司承擔(dān)起“國產(chǎn)壓縮機(jī)組智能控制提升研究”這一關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān),開啟智能控制技術(shù)的研發(fā)之路。

北京管道公司經(jīng)過前期的充分醞釀與科學(xué)論證,于2021年12月7日在內(nèi)蒙古分公司托克托作業(yè)區(qū)組建了以副主任王志勇牽頭的研究團(tuán)隊(duì),與沈鼓集團(tuán)、大連理工大學(xué)等多家企業(yè)及高校專家學(xué)者,共同開展智能控制提升項(xiàng)目攻關(guān)。團(tuán)隊(duì)錨定最高目標(biāo),誓要實(shí)現(xiàn)“一鍵啟站,智能運(yùn)行”功能,提升站場(chǎng)智能化控制水平,降低運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),減少運(yùn)行成本。

面對(duì)這一世界尖端核心技術(shù),團(tuán)隊(duì)展現(xiàn)出了“敢為人先、一往無前”的精神。他們突破國外技術(shù)壁壘,另辟蹊徑,創(chuàng)造性開創(chuàng)另一條技術(shù)路線,從根本上改變壓縮機(jī)控制方式。為此,他們?cè)?50多個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上實(shí)施了自動(dòng)化控制流程改造,對(duì)國產(chǎn)壓縮機(jī)組沈鼓集團(tuán)開發(fā)的控制程序代碼進(jìn)行了超過90%的重構(gòu)……

經(jīng)過兩年多艱苦努力,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)托克托作業(yè)區(qū)24套設(shè)備、2620個(gè)探測(cè)器、20個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)性梳理與優(yōu)化。在原有設(shè)備基礎(chǔ)上,增加了傳感設(shè)備和控制器,調(diào)整了控制邏輯,并實(shí)施了分層控制策略。在壓縮機(jī)機(jī)組并網(wǎng)建模過程中,王志勇團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出使用單機(jī)壓力控制器、匯入/匯出壓力控制器等六大控制器聯(lián)動(dòng)的自動(dòng)加載并網(wǎng)方法,使得在相同工況下,托克托壓縮機(jī)機(jī)組并網(wǎng)耗時(shí)由國際上先進(jìn)設(shè)備的225分鐘縮短至20分鐘——達(dá)到僅為國際先進(jìn)機(jī)組并網(wǎng)耗時(shí)8%的驚人速度……

如今,即便在500多公里外的調(diào)度人員也能在現(xiàn)場(chǎng)無人值守條件下,通過輸入簡(jiǎn)單參數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)各作業(yè)區(qū)“一鍵啟站,智能運(yùn)行”的指令操作。同時(shí),智能控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別并快速處置各種異常情況,做出最優(yōu)最快的正確選擇。

工程師付遠(yuǎn)鵬自豪地說:“得益于這套先進(jìn)的智能控制系統(tǒng),我們仿佛擁有了一位有幾十年豐富工作經(jīng)驗(yàn)、‘24小時(shí)×365天’全年無休的工程師。它能在第一時(shí)間捕捉到所有異常情況,使我們從過去的監(jiān)屏值守變?yōu)榇龣C(jī)值班,不僅最大限度地減少了誤操作風(fēng)險(xiǎn),確保了安全生產(chǎn),還減少了操作人員,極大提升了勞動(dòng)生產(chǎn)率!”

2023年12月21日,國產(chǎn)壓縮機(jī)組智能控制提升項(xiàng)目成功通過驗(yàn)收。第三方的科技鑒定結(jié)論是:此項(xiàng)目達(dá)到“整體國內(nèi)領(lǐng)先,部分國際先進(jìn)”水平。

對(duì)此,中國石油學(xué)會(huì)石油科學(xué)普及教育委員會(huì)副主任李偉林作了進(jìn)一步闡明。他說:“該項(xiàng)目在壓縮機(jī)自動(dòng)并機(jī)、利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、對(duì)出廠性能曲線進(jìn)行修正、壓縮機(jī)性能參數(shù)預(yù)測(cè)、轉(zhuǎn)速和功率控制等方面達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。”

作為壓縮機(jī)組生產(chǎn)制造廠家代表,沈鼓集團(tuán)副總裁、首席技術(shù)官張勇坦言:“該項(xiàng)目在對(duì)壓縮機(jī)和輔助設(shè)備自動(dòng)控制技術(shù)深度優(yōu)化基礎(chǔ)上,首次將AI技術(shù)應(yīng)用到壓縮機(jī)控制中,使壓縮機(jī)組控制更精準(zhǔn)、更高效,運(yùn)行更安全、更可靠,為未來深入開發(fā)智能化壓縮機(jī)組起到了重要推動(dòng)作用。”

這些評(píng)價(jià)不僅是對(duì)項(xiàng)目成果的肯定,更是對(duì)中國在大功率壓縮機(jī)組智能控制技術(shù)領(lǐng)域取得巨大進(jìn)步的一致認(rèn)可。大連理工大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院院長楊明軍教授表示,人工智能是目前科技發(fā)展的高峰,它不僅僅是ChatGPT Sora人工智能向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)賦能,也是國內(nèi)大學(xué)目前專注在做的事情,把“論文”寫在祖國大地上更是作為科技工作者的榮耀。該項(xiàng)目是一個(gè)典型的“人工智能+”——領(lǐng)先他人的工作。

從中我們不難發(fā)現(xiàn),中國油氣長輸管道大功率壓縮機(jī)組智能控制技術(shù)的突破不僅提升了我國天然氣工業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力,也為我國天然氣管網(wǎng)的智能化發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。未來,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的深入推廣,相信中國天然氣工業(yè)將在國際舞臺(tái)上發(fā)揮更加重要的作用。

另據(jù)內(nèi)蒙古輸油氣分公司黨委書記程飛介紹,目前,“一鍵啟站,智能運(yùn)行”功能讓分公司各壓氣站場(chǎng)智能化運(yùn)行水平明顯提升,國產(chǎn)壓縮機(jī)組并網(wǎng)時(shí)間由過去的40分鐘或更長降至20分鐘,由原來的啟機(jī)需3∽4人操作或4∽5人值班減少到目前的1人操作或值班,而跨越1083公里的陜京四線,作為“全國一張網(wǎng)”和首都“城市供氣生命線”的重要組成部分,每天有超過2770萬立方米天然氣從托克托作業(yè)區(qū)增壓后輸送至京津冀及內(nèi)蒙古地區(qū),造福著沿線的國計(jì)民生。

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“一鍵啟站,智能運(yùn)行”:北京管道托克托壓氣站“一鍵啟站,智能運(yùn)行”在一鍵啟站基礎(chǔ)上,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法將2萬多條現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正學(xué)習(xí),形成智能決策。過程控制系統(tǒng)接收國家管網(wǎng)集團(tuán)調(diào)控中心預(yù)設(shè)壓力信號(hào),信號(hào)經(jīng)過程控制系統(tǒng)傳遞給智能工控機(jī),工控機(jī)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型智能分析機(jī)組性能參數(shù),5分鐘內(nèi)給定在安全區(qū)域內(nèi)最優(yōu)機(jī)組運(yùn)行建議,將運(yùn)行建議反饋機(jī)組系統(tǒng),系統(tǒng)利用站回流閥開度匹配機(jī)組裕度的壓縮機(jī)組自動(dòng)加載并網(wǎng)模型的高效并機(jī)功能,最終達(dá)到壓氣站“一鍵啟站,智能運(yùn)行”目標(biāo)。

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