中國長輸管道壓縮機組智能控制技術達到世界領先水平

文/蔣萬全 鄧婷

在科技強國的戰略指引下,我國天然氣工業再次迎來歷史性重大突破。

6月26日,國家管網集團北京管道公司發布消息:陜京四線托克托壓氣站“一鍵啟站,智能運行”項目投運滿半年來,各項運行參數和遠程智能控制技術得到全面驗證,極大促進并提升了長輸管道科技創新、產業控制和安全支撐作用。這標志著中國大功率壓縮機組智能控制技術已全面突破國外技術封鎖,實現從追趕到領跑的跨越,達到世界領先水平,為中國天然氣民族工業提高核心競爭力、增強核心功能再添新篇章。

大功率壓縮機組作為天然氣工業領域“皇冠上的明珠”,因其技術門檻高、制造難度大,長期以來,國外產品在我國天然氣管輸行業中占據主導地位。而大功率壓縮機組智能控制技術作為機組“大腦”,更是我國長期受制于人的關鍵技術。然而,面對這一挑戰,中國管道人沒有退縮,而是選擇迎難而上,積極尋求突破。

時間追溯到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中,中國大功率壓縮機組實現國產化,國產壓縮機開始在我國天然氣管輸行業中嶄露頭角。得益于北京管道公司在推進民族工業建設發展中的責任和擔當,國產大功率電驅壓縮機組在2016年陜京四線建設中首次得到全面工業化應用。此后,在國家管網集團科技數字化戰略引領下,北京管道公司承擔起“國產壓縮機組智能控制提升研究”這一關鍵核心技術攻關,開啟智能控制技術的研發之路。

北京管道公司經過前期的充分醞釀與科學論證,于2021年12月7日在內蒙古分公司托克托作業區組建了以副主任王志勇牽頭的研究團隊,與沈鼓集團、大連理工大學等多家企業及高校專家學者,共同開展智能控制提升項目攻關。團隊錨定最高目標,誓要實現“一鍵啟站,智能運行”功能,提升站場智能化控制水平,降低運行風險,減少運行成本。

面對這一世界尖端核心技術,團隊展現出了“敢為人先、一往無前”的精神。他們突破國外技術壁壘,另辟蹊徑,創造性開創另一條技術路線,從根本上改變壓縮機控制方式。為此,他們在150多個關鍵節點上實施了自動化控制流程改造,對國產壓縮機組沈鼓集團開發的控制程序代碼進行了超過90%的重構……

經過兩年多艱苦努力,項目團隊對托克托作業區24套設備、2620個探測器、20個控制系統進行了系統性梳理與優化。在原有設備基礎上,增加了傳感設備和控制器,調整了控制邏輯,并實施了分層控制策略。在壓縮機機組并網建模過程中,王志勇團隊創新性提出使用單機壓力控制器、匯入/匯出壓力控制器等六大控制器聯動的自動加載并網方法,使得在相同工況下,托克托壓縮機機組并網耗時由國際上先進設備的225分鐘縮短至20分鐘——達到僅為國際先進機組并網耗時8%的驚人速度……

如今,即便在500多公里外的調度人員也能在現場無人值守條件下,通過輸入簡單參數,實現對各作業區“一鍵啟站,智能運行”的指令操作。同時,智能控制系統能夠自動識別并快速處置各種異常情況,做出最優最快的正確選擇。

工程師付遠鵬自豪地說:“得益于這套先進的智能控制系統,我們仿佛擁有了一位有幾十年豐富工作經驗、‘24小時×365天’全年無休的工程師。它能在第一時間捕捉到所有異常情況,使我們從過去的監屏值守變為待機值班,不僅最大限度地減少了誤操作風險,確保了安全生產,還減少了操作人員,極大提升了勞動生產率!”

2023年12月21日,國產壓縮機組智能控制提升項目成功通過驗收。第三方的科技鑒定結論是:此項目達到“整體國內領先,部分國際先進”水平。

對此,中國石油學會石油科學普及教育委員會副主任李偉林作了進一步闡明。他說:“該項目在壓縮機自動并機、利用神經網絡算法、對出廠性能曲線進行修正、壓縮機性能參數預測、轉速和功率控制等方面達到了國際領先水平。”

作為壓縮機組生產制造廠家代表,沈鼓集團副總裁、首席技術官張勇坦言:“該項目在對壓縮機和輔助設備自動控制技術深度優化基礎上,首次將AI技術應用到壓縮機控制中,使壓縮機組控制更精準、更高效,運行更安全、更可靠,為未來深入開發智能化壓縮機組起到了重要推動作用。”

這些評價不僅是對項目成果的肯定,更是對中國在大功率壓縮機組智能控制技術領域取得巨大進步的一致認可。大連理工大學能源與動力學院院長楊明軍教授表示,人工智能是目前科技發展的高峰,它不僅僅是ChatGPT Sora人工智能向傳統產業賦能,也是國內大學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。該項目是一個典型的“人工智能+”——領先他人的工作。

從中我們不難發現,中國油氣長輸管道大功率壓縮機組智能控制技術的突破不僅提升了我國天然氣工業的核心競爭力,也為我國天然氣管網的智能化發展奠定了堅實基礎。未來,隨著技術的不斷進步和應用的深入推廣,相信中國天然氣工業將在國際舞臺上發揮更加重要的作用。

另據內蒙古輸油氣分公司黨委書記程飛介紹,目前,“一鍵啟站,智能運行”功能讓分公司各壓氣站場智能化運行水平明顯提升,國產壓縮機組并網時間由過去的40分鐘或更長降至20分鐘,由原來的啟機需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”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區增壓后輸送至京津冀及內蒙古地區,造福著沿線的國計民生。

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“一鍵啟站,智能運行”:北京管道托克托壓氣站“一鍵啟站,智能運行”在一鍵啟站基礎上,利用神經網絡算法將2萬多條現場數據進行修正學習,形成智能決策。過程控制系統接收國家管網集團調控中心預設壓力信號,信號經過程控制系統傳遞給智能工控機,工控機利用神經網絡模型智能分析機組性能參數,5分鐘內給定在安全區域內最優機組運行建議,將運行建議反饋機組系統,系統利用站回流閥開度匹配機組裕度的壓縮機組自動加載并網模型的高效并機功能,最終達到壓氣站“一鍵啟站,智能運行”目標。