經(jīng)濟(jì)觀察網(wǎng) 記者 高歌 國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)公司邁入實(shí)質(zhì)性運(yùn)行提速，實(shí)現(xiàn)油氣管網(wǎng)整合之后，從技術(shù)角度而言，如何切實(shí)提高資源配置效率？

對(duì)此，經(jīng)濟(jì)觀察網(wǎng)采訪油氣行業(yè)資深人士、管道能效專家劉冰，對(duì)油氣管網(wǎng)運(yùn)行機(jī)制、反映管網(wǎng)配置的關(guān)鍵指標(biāo)、核心技術(shù)及國(guó)產(chǎn)化程度進(jìn)行了梳理。

他曾主持中石油“油氣管道能耗數(shù)據(jù)采集與分析評(píng)價(jià)”科研項(xiàng)目，組織編制了《Q/SY BD010-2007天然氣管道能耗指標(biāo)測(cè)算方法》和《Q/SY1209-2009油氣管道能耗測(cè)算方法》等標(biāo)準(zhǔn)，以及管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)《CDP-G-GUP-IS-046-2012-1能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)規(guī)定》，此外研究并組織實(shí)施了我國(guó)管道效率測(cè)評(píng)領(lǐng)域最近的一次改革工作。

需要看到的是，在數(shù)字孿生技術(shù)、預(yù)測(cè)技術(shù)、后評(píng)價(jià)技術(shù)、邏輯控制技術(shù)等核心技術(shù)領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)化程度仍較低，亟需填補(bǔ)空白。

經(jīng)濟(jì)觀察網(wǎng)：油氣管網(wǎng)是如何運(yùn)行的？

劉冰：油氣管網(wǎng)和電網(wǎng)、鐵路信號(hào)系統(tǒng)、衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)一樣。技術(shù)人員借助行業(yè)軟件完成“內(nèi)業(yè)”，調(diào)度員通過(guò)工控系統(tǒng)完成“外業(yè)”。管網(wǎng)要通過(guò)工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，即 “工控系統(tǒng)”對(duì)成千上萬(wàn)個(gè)輸油泵、壓縮機(jī)、加熱爐、閥門進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。運(yùn)行好龐大的管網(wǎng)系統(tǒng)，一方面要知道“該做什么”，所以要提前制定合理的運(yùn)行方案，這就是“內(nèi)業(yè)”；另一方面要懂得“如何去做”，也就是通過(guò)一系列管理和技術(shù)手段保證設(shè)備、設(shè)施精準(zhǔn)執(zhí)行運(yùn)行方案，這就是“外業(yè)”。實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)也是通過(guò)工控系統(tǒng)完成的，大數(shù)據(jù)分析是制定運(yùn)行方案的基礎(chǔ)。工控系統(tǒng)則是執(zhí)行這個(gè)方案的抓手。方案最終被分解成“什么時(shí)間”啟停哪臺(tái)設(shè)備，調(diào)整哪些設(shè)備“運(yùn)行參數(shù)”，也就是轉(zhuǎn)換成工控系統(tǒng)能讀懂的“語(yǔ)言”，常用的是“開關(guān)量”和“模擬量”兩類“工控語(yǔ)言”，此外還有“數(shù)字量”、“離散量”、“脈沖量”等，設(shè)備按照這些“工控語(yǔ)言”去執(zhí)行各個(gè)操作“動(dòng)作”。

經(jīng)濟(jì)觀察網(wǎng)：在上述過(guò)程中自動(dòng)化、信息化對(duì)于完成油氣資源配置的重要性從何體現(xiàn)？

劉冰：我國(guó)油氣管道產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，但發(fā)展速度很快。改革開放四十年來(lái)，管道里程翻了幾十倍，技術(shù)不斷革新，產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展。近20年來(lái)，中石油、中石化以及外部服務(wù)商在利用自動(dòng)化、信息化技術(shù)提高管網(wǎng)效能方面做了大量工作。比較有代表性的有：智能管線技術(shù)、管道生產(chǎn)管理系統(tǒng)、能耗采集與分析系統(tǒng)等。也催生了上市公司如太原剛玉、北京派普蘭、智通運(yùn)聯(lián)、康吉森自動(dòng)化等一批本土民營(yíng)高品質(zhì)服務(wù)商。

這些技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了管理由分散向集中轉(zhuǎn)變、產(chǎn)業(yè)由粗放向集約轉(zhuǎn)變。管網(wǎng)整合后可以預(yù)見：管理方式和績(jī)效指標(biāo)的變化，新需求會(huì)促進(jìn)自動(dòng)化、信息化水平將不斷提高。提高管網(wǎng)效率，要抓輸送工藝優(yōu)化、抓關(guān)鍵業(yè)績(jī)指標(biāo)，就離不開自動(dòng)化、信息化手段。

國(guó)家管網(wǎng)公司需要能長(zhǎng)期穩(wěn)定提供高品質(zhì)服務(wù)的自動(dòng)化、信息化技術(shù)服務(wù)商。

服務(wù)商還需要和國(guó)家管網(wǎng)公司一同成長(zhǎng)，不斷解決成長(zhǎng)中遇到的問(wèn)題，提供定制化的服務(wù)。技術(shù)手段的發(fā)展又為管理模式的革新提供了更多可能性，促進(jìn)管網(wǎng)整合，進(jìn)而帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步轉(zhuǎn)型，主要體現(xiàn)在用戶的唯一化和服務(wù)商的規(guī)模化。在管道產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域民營(yíng)服務(wù)商與國(guó)有資本混改，形成較大規(guī)模的企業(yè)，服務(wù)企業(yè)與國(guó)家管網(wǎng)公司尋求戰(zhàn)略合作，可能是必然趨勢(shì)。

經(jīng)濟(jì)觀察網(wǎng)：哪些具體技術(shù)可提高資源配置效率？目前的現(xiàn)狀以及發(fā)展方向是什么？

劉冰：關(guān)鍵業(yè)績(jī)指標(biāo)（KPI）反映了管網(wǎng)資源配置效率，提高資源配置效率其實(shí)就是控制好這些KPI。管網(wǎng)數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)、在離線預(yù)測(cè)和后評(píng)價(jià)，即“兩測(cè)一評(píng)”可以有效地支持“PDCA管理循環(huán)”也就是策劃、實(shí)施、檢查、處理循環(huán)。通過(guò)這個(gè)科學(xué)的循環(huán)，全面提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益就只是時(shí)間問(wèn)題。

管網(wǎng)整合后“全國(guó)一張網(wǎng)、油氣一盤棋”。從管理來(lái)說(shuō)，需要相關(guān)技術(shù)的支持。整合后管理方式和績(jī)效指標(biāo)的變化，主要體現(xiàn)在“集中調(diào)控”和“統(tǒng)籌優(yōu)化”兩方面。與此對(duì)應(yīng)的技術(shù)是：第一類，自動(dòng)化領(lǐng)域的工控技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)；第二類，信息化領(lǐng)域的工藝仿真技術(shù)、綜合預(yù)測(cè)技術(shù)、分析評(píng)價(jià)技術(shù)。前者就是我們常聽到的“物聯(lián)網(wǎng)”，后者則屬“大數(shù)據(jù)”，但在“理論模型”向“工業(yè)場(chǎng)景應(yīng)用”轉(zhuǎn)化過(guò)程中還有很多問(wèn)題有待解決，且“國(guó)產(chǎn)化”比例低。

具體來(lái)說(shuō)可提高資源配置效率的九項(xiàng)技術(shù)如下：

第一項(xiàng)，數(shù)字孿生體技術(shù)，主要包括管道工藝仿真模型、管道完整性數(shù)據(jù)庫(kù)（內(nèi)檢測(cè)和外檢測(cè)數(shù)據(jù)）、設(shè)備特性曲線庫(kù)、管道特性曲線庫(kù)、溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)、電化學(xué)腐蝕數(shù)據(jù)庫(kù)（管道絕緣數(shù)據(jù)、沿線陰極保護(hù)數(shù)據(jù)、區(qū)域性陰極保護(hù)數(shù)據(jù)）、水文地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建。數(shù)字化孿生體是基礎(chǔ)性工作。把這些“大數(shù)據(jù)”設(shè)置在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境里，就有了數(shù)字化的孿生體，可用其來(lái)做實(shí)驗(yàn)摸索規(guī)律、驗(yàn)證想法，甚至做“破壞性試驗(yàn)”來(lái)“試錯(cuò)”。目前，管道完整性數(shù)據(jù)庫(kù)、管道特性曲線庫(kù)的基礎(chǔ)條件較好，其他大數(shù)據(jù)和“仿真模擬計(jì)算”系統(tǒng)還很不完善，尤其是仿真計(jì)算系統(tǒng)沒(méi)有國(guó)產(chǎn)化。而最重要的“設(shè)備特性曲線庫(kù)”目前空空如也，原因是燃?xì)廨啓C(jī)、電動(dòng)機(jī)大多為國(guó)外廠商生產(chǎn)，無(wú)法得到有效的“設(shè)備特性曲線”。

第二項(xiàng)，預(yù)測(cè)技術(shù)，主要包括負(fù)荷預(yù)測(cè)、能耗預(yù)測(cè)、用戶消費(fèi)習(xí)慣預(yù)測(cè)等。預(yù)測(cè)不等同于“仿真模擬”。仿真是嚴(yán)格符合物理學(xué)的工藝計(jì)算，而預(yù)測(cè)則要考慮主觀因素，即人的因素，以及其他不確定因素。預(yù)測(cè)在資源配置工作中的作用很重要，因此中石油在十幾年前就制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《Q/SY BD010-2007天然氣管道能耗指標(biāo)測(cè)算方法》和《Q/SY1209-2009油氣管道能耗測(cè)算方法》。但目前國(guó)內(nèi)使用的主流離線預(yù)測(cè)和在線預(yù)測(cè)軟件還都是國(guó)外的。由于不是針對(duì)國(guó)內(nèi)應(yīng)用環(huán)境研發(fā)的，所以既不實(shí)用也不安全。相關(guān)預(yù)測(cè)軟件的國(guó)產(chǎn)化研發(fā)也曾取得一些成效，甚至在模型層面已經(jīng)達(dá)到國(guó)際同期先進(jìn)水平，但由于后續(xù)資金投入不足等原因，近五年國(guó)內(nèi)這方面的技術(shù)研究和軟件開發(fā)幾乎陷于停滯。

第三項(xiàng)，效能后評(píng)價(jià)技術(shù)，包括對(duì)策劃和實(shí)施兩個(gè)環(huán)節(jié)的評(píng)價(jià)。策劃環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)是對(duì)“運(yùn)銷計(jì)劃”、“運(yùn)行方案”合理性的評(píng)價(jià)。實(shí)施環(huán)節(jié)的評(píng)價(jià)是對(duì)調(diào)度員操作準(zhǔn)確性、自動(dòng)化與通訊系統(tǒng)可靠性的評(píng)價(jià)。后評(píng)價(jià)就是“PDCA管理循環(huán)”中C—“檢查、分析評(píng)價(jià)”這個(gè)環(huán)節(jié)，它將指引A—“處理、改進(jìn)”的方向。

中國(guó)石油大學(xué)、西南石油大學(xué)、康吉森自動(dòng)化公司曾聯(lián)合開展“管道能耗水平分析評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)研究”，2009年國(guó)內(nèi)第一套能效評(píng)價(jià)系統(tǒng)在中石油北京油氣調(diào)控中心上線運(yùn)行。2015年北明軟件集團(tuán)和石化盈科聯(lián)合開發(fā)的另一套能效評(píng)價(jià)軟件，隨中石化智能管線項(xiàng)目在油氣儲(chǔ)運(yùn)公司徐州調(diào)控中心部署。

雖然后評(píng)價(jià)技術(shù)在國(guó)內(nèi)乃至國(guó)際尚未成熟，但國(guó)內(nèi)相關(guān)理論和實(shí)踐已有相當(dāng)?shù)姆e累，未來(lái)的發(fā)展應(yīng)該是在國(guó)家能源局和國(guó)家管網(wǎng)公司的層面繼續(xù)推進(jìn)。

第四項(xiàng)，邏輯控制。工業(yè)控制系統(tǒng)是“PDCA管理循環(huán)”中D—“實(shí)施”這個(gè)環(huán)節(jié)的主體。管道控制系統(tǒng)一般采用SCADA分布式或DCS集散式解決方案。無(wú)論哪種工控系統(tǒng)，都由上位機(jī)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、下位機(jī)系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)四部分組成。近年來(lái)以康吉森自動(dòng)化公司燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)為代表的下位機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)也有所突破，但最核心的上位機(jī)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)發(fā)展滯后，國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題亟待解決。

上位機(jī)方面，全國(guó)一百多條管道全部使用進(jìn)口的上位機(jī)系統(tǒng)，主要品牌為：泰爾文特（法國(guó)）、西技萊克（法國(guó)）、霍尼韋爾（美國(guó)）和ABB（瑞士）。在管道控制系統(tǒng)上位機(jī)領(lǐng)域，雖然我國(guó)初步開展了以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為主的國(guó)產(chǎn)化研究，但在核心層面的操作系統(tǒng)和邏輯控制設(shè)計(jì)領(lǐng)域還基本是空白。而“邏輯控制”是管道控制系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的專業(yè)技術(shù)。

舉例而言，如需通過(guò)蘭成渝成品油管道從蘭州把20萬(wàn)噸汽油輸送到成都，并把10萬(wàn)噸柴油輸送到重慶。那么時(shí)間、壓力、流量等參數(shù)都已在“運(yùn)行方案”里明確，接下來(lái)需要管道沿線的上百個(gè)閥門、幾十臺(tái)輸油泵科學(xué)調(diào)整開度和轉(zhuǎn)速，來(lái)完成輸油任務(wù)。沒(méi)有“邏輯控制”我們的調(diào)度員就只能一邊看著現(xiàn)場(chǎng)傳回來(lái)的壓力、流量數(shù)據(jù)，一邊遠(yuǎn)程遙控這上百臺(tái)設(shè)備。

有了“邏輯控制”，調(diào)度員就只需在上位機(jī)上下幾條指令，剩下的關(guān)于如何調(diào)整上百臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)的問(wèn)題，就交給計(jì)算機(jī)去自動(dòng)完成。“邏輯控制”是控制系統(tǒng)效率與安全的核心，而應(yīng)用領(lǐng)域窄、與實(shí)踐結(jié)合強(qiáng)是其主要特點(diǎn)。工控系統(tǒng)方面，下一步的攻關(guān)重點(diǎn)可能是邏輯控制技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化和個(gè)性化，未來(lái)國(guó)家管網(wǎng)公司很可能是解決這一關(guān)鍵問(wèn)題的主體。

第五項(xiàng)，“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”技術(shù)。我國(guó)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)方面的相關(guān)技術(shù)發(fā)展滯后，國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題亟待解決。目前油氣管道主要使用的是霍尼韋爾、ABB、西門子、施奈德等國(guó)外品牌的產(chǎn)品。2018年大口徑閥門實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，并于2019年成功應(yīng)用于中俄東線天然氣管道項(xiàng)目。但是與閥門配套的執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍需采購(gòu)進(jìn)口的。經(jīng)國(guó)內(nèi)廠商集成后的閥門價(jià)值三百多萬(wàn)元，但其中有一半的成本得用于購(gòu)買進(jìn)口執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

第六項(xiàng)，變頻技術(shù)。以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源的輸油泵機(jī)組或天然氣壓縮機(jī)機(jī)組，需要借助變頻器或軟啟動(dòng)柜，通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)流量和壓力的調(diào)整。我們可以將“變頻器”看作是管道的“無(wú)級(jí)變速器”。“大功率變頻”技術(shù)是管道領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，它分為電流式和電壓式兩類，無(wú)論哪種我們都沒(méi)有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模國(guó)產(chǎn)化。十年前，清華大學(xué)和西電集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)了電流式大功率變頻器并作了電壓式變頻器的初級(jí)研究，但由于缺少工業(yè)實(shí)踐環(huán)境至今未能完成定型量產(chǎn)。

第七項(xiàng)，燃?xì)廨啓C(jī)控制技術(shù)。燃?xì)廨啓C(jī)是壓縮機(jī)的動(dòng)力源，是輸氣管道的心臟。管道用的燃?xì)廨啓C(jī)與航空渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)主體相同，但控制系統(tǒng)差異很大。近年來(lái)我國(guó)依托央企中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)部分型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)產(chǎn)化。同期其子公司中航動(dòng)控完成了航空發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的研發(fā)。但是，管道用燃?xì)廨啓C(jī)的控制系統(tǒng)目前僅有民營(yíng)康吉森自動(dòng)化在研發(fā)相應(yīng)控制系統(tǒng)，由于資金和工業(yè)實(shí)踐環(huán)境問(wèn)題至今未能完成。

第八項(xiàng)，數(shù)據(jù)采集技術(shù)。數(shù)據(jù)采集是由計(jì)量傳感器和下位機(jī)共同構(gòu)成的系統(tǒng)完成的，因此它的性能不僅與傳感器有關(guān)，更與系統(tǒng)設(shè)計(jì)有關(guān)。采集的精度和時(shí)效關(guān)系到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的水平，數(shù)據(jù)采集是“PDCA管理循環(huán)”中C—“檢查”環(huán)節(jié)的“眼睛”，制約著后續(xù)處理、再策劃、再實(shí)施等環(huán)節(jié)的工作質(zhì)量，決定資源配置的精準(zhǔn)度。在這方面，中石油率先開展了一些工作。八年前就出臺(tái)了管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)《CDP-G-GUP-IS-046-2012-1能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)規(guī)定》，但管道集中調(diào)控后上述標(biāo)準(zhǔn)恐怕就不夠用了。如果要進(jìn)一步提高資源配置效率，采集標(biāo)準(zhǔn)就必須提高，必須應(yīng)用更好的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。

第九項(xiàng)，工控網(wǎng)安全技術(shù)。國(guó)家管網(wǎng)公司管理的管道超過(guò)13萬(wàn)公里，每年輸送價(jià)值5萬(wàn)億人民幣的石油和天然氣，這一龐大的油氣儲(chǔ)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)集中的工控系統(tǒng)來(lái)完成監(jiān)測(cè)和控制的。工控安全問(wèn)題集中在通信協(xié)議和芯片。管網(wǎng)通信的主路由是隨管網(wǎng)一同鋪設(shè)的光纖，原則上只傳輸工控系統(tǒng)數(shù)據(jù)，采取所謂“物理隔離”。但是備用路由是公共光纖DDN和衛(wèi)星微波通信，這兩種備用通信方式?jīng)]有做到“物理隔離”。常用的IEC61850和IEC104通信協(xié)議為明文傳輸，控制信號(hào)易被截取或篡改，是工控系統(tǒng)被“滲透”、“入侵”高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

另外，上位機(jī)系統(tǒng)服務(wù)器的CPU、GPU芯片以及通信交換機(jī)的芯片均為國(guó)外生產(chǎn)，又多與辦公局域網(wǎng)服務(wù)器有數(shù)據(jù)接口，雖然可通過(guò)程序設(shè)定“只讀不寫”但這并不是芯片級(jí)“硬防護(hù)”也很容易出現(xiàn)安全漏洞。2017年我國(guó)另一領(lǐng)域大型能源企業(yè)因服務(wù)器是雙網(wǎng)卡配置，分別連接生產(chǎn)網(wǎng)和管理網(wǎng)，且并沒(méi)有任何防護(hù)設(shè)施，結(jié)果導(dǎo)致感染勒索病毒，并波及到生產(chǎn)網(wǎng)對(duì)整個(gè)企業(yè)造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。油氣管網(wǎng)的工控網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)系到我國(guó)管網(wǎng)設(shè)施和油氣資源的安全，相關(guān)技術(shù)也必須進(jìn)一步加強(qiáng)。