智能燃气场站管理模式

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2023年12月17日发(作者：)

MANAGESTRATEGY管理策略 智能燃气场站管理模式创造单位：无锡华润燃气有限公司主 创 人：陈荣华　张　军　承灿赟创 造 人：王　强　计　强　曹滨滨　郭　健　刘　安［摘　要］当前，企业数字化转型大势所趋。借助智能物联、大数据、数字孪生等先进技术，在打造智能燃气场站过程中，无锡华润燃气有限公司通过构建“一张网”管理体系、多层次场站安全防控体系、管网输配自适应体系、综合能源服务体系，形成了独具特色的管理模式，实现了经济效益、安全效益和社会效益的全面提升。［关键词］智能燃气场站；云管理；数字化转型无锡华润燃气有限公司（简称“无锡华润燃气”）成立于2005年9月，是华润燃气控股有限公司与无锡市市政公用产业集团有限公司的中外合资企业，双方各占50%的股份，是无锡市政府唯一授予无锡市区燃气特许经营权的企业。合资以来，无锡华润燃气形成了以天然气为主业，管输业务、综合服务、综合能源多元化发展的经营格局，业务范围由无锡市区辐射至江阴、常熟等地区，逐步从单一的城市燃气供应商向综合能源服务商转型升级。燃气用户从20万增至150余万，年销气量从5500万立方米增至17亿立方米，营业额从2.77亿元增至35亿元。截至2020年底，无锡华润燃气的燃气管网8000多公里，无锡市客服网点9个，天然气场站15座。无锡华润燃气地跨安徽、江苏两省，中心公司为无锡公司，下属公司为旌德公司、江阴管网公司、江阴润通公司。2020年，区域城燃销气量11亿立方米，电厂转供6亿方，营业额35亿元。48 无锡华润燃气共有员工1209人，下设18部1室、全资子公司3家、控股子公司5家、参股公司3家、代管区域下属公司5家。气东输一线-锡东门站、川气东送-青阳门站、LNG补充-新区储备站、安镇气化站、梅村气化站。其中，西气东输一线-锡东门站是主要气源，调压站共11座。（一）燃气场站及智能燃气场站燃气场站具有接收和配气的功能，是联通城市燃气管网的集中地，就好比城市的心脏，管网中燃气的流通都需要通过它进行调动。智能燃气场站，是指利用智能化、数字化技术和自动控制系统，实现燃气场站的远程遥控管理。（二）智能燃气场站的项目背景党的十九大提出“推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合，在中高端消费、创新引领、绿色低碳、共享经济、现代供应链、人力资本服务等领域培育新增长点、形成新动能”。习近平总书记在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上的讲话中提出，要把握数字化、网络化、智能化融合发展的契机，以信息化、智能化为杠杆培育新动能，优先培一、实施背景无锡华润燃气的气源包括：西图1 无锡华润燃气育和大力发展一批战略性新兴产业Copyright©博看网. All Rights Reserved.

公司名称无锡公司旌德公司江阴管网江阴润通企业类型AC2C2C2华润股比50%100%40%65%员工人数120927254图2 无锡华润燃气地理备注：江阴管网处于建设阶段，未正式运营；江阴润通为充电桩公司图3 无锡华润燃气气源集群，推进互联网、大数据、人工智能同实体经济深度融合，推动制造业产业模式和企业形态根本性转变，促进我国产业迈向全球价值链中高端。推动数字化转型，符合华润集团整体要求。“十四五”末，华润旗下各产业将全面实现数字化，新行业、新业务、新产品拓展取得重大突破，跨板块融合迈向新台阶，数据资产初步挖掘变现，全集团人均生产效率、行业竞争能力、服务客户能力得到显著提升。集团王祥明董事长提出：“数字化转型是百年华润成长为一家具有全球竞争力的世界一流企业的战略选择，未来的华润一定是数字的华润、智能的华润，华润将利用数字化转型的机遇，把华润的龙头产业打造成为超级产业平台，实现企业价值和社会价值的统一。”无锡华润燃气借助数字化手段提升场站智能化管理水平正逢其时。传统燃气场站的运行主要依托人工巡检和操作，采用24小时值守模式。场站阀门控制、压力、流量调节需要人工操作，调节速度慢，工作效率低，不能满足输配系统快速平衡管网压力的要求，也无法保障燃气企业安全运行的需求。同时，传统场站值守模式对人员操作技能、责任心要求高，燃气企业人工成本高，经营负担沉重。（三）燃气场站管理及运营面临的痛点燃气场站因建设位置和目的不同，功能也不同，可分为城市门站、输气站、储配站、调压站、汽车加气站等多种形式。门站是城市燃气输配系统的气源点，也是天然气进入城市燃气管网的配气站，主要功能为接收长输管线运送来的燃气，通过过滤、调压、计量、加臭、分配后，把燃气送入城市管网系统或送入大工业生产用户。燃气场站是城市燃气企业和用户之间的防护门，作为输配系统中的关键点，管道运输必须通过的关卡，具有保障输气安全运行的功能。一方面，天然气具有较空气轻，无色、无味、易燃易爆的特性，如果场站发生泄漏，容易发生爆炸事故；另一方面由于智能化水平低，人员操作失误或设备原因导致泄漏，也会引发事故。传统的燃气场站一般应用四班三运转模式，实现场内人员24小时值守，一班三人，因此一个场站运维至少需要依靠12名员工进行生产调度、事故预警、灾害处置、数据记录及台账管理等工作。大多数城镇燃气场站在信息化方面，存在管网定位不准确、资料不全、不能满足智慧运营需求的数字采集等问题；而在设计和工程方面，同样存在依赖人工、方式传统、管理信息化手段不足等问题。燃气场站管理及运维过程中通常面临如下问题：1.场站监控有死角、巡检有难度、气源调度有风险场站相关的操作主要依靠现场值班人员主观判断。一旦燃气管网流量、压力发生异常，其诊断和调度决策缺少支持依据，存在无法有效处置险情、无法高效处置事故预警的可能，造成安全生产隐患。同时，在场站运维过程中，主要依据 49Copyright©博看网. All Rights Reserved.

值班人员的运行经验，需对其进行长期的培训，且需要人员相对稳定，否则运维经验难以积累与共享。2.运行状态难控、无法预判故障、存在误操作可能性控制系统主要采用简单的站内控制系统，如紧急报警装置、PLC控制系统等简要指令系统，且运行过程多需要操作人员手动控制，值班人员若无法第一时间发现或进行处置，就会造成安全隐患。且在进行生产时，一旦值班人员发生误操作的情况，如启闭阀门错误、带压操作等作业时，设备系统无法进行判断反馈，会带来严重后果。3.信息不完善，数据统计效率低且不准确数据管理基于纸质表单和人工统计，单纯按照一定格式进行，无法自动形成报表。需要某项数据时，往往需要重新计算，费时费力，且统计存在误差，信息处理及查询极不方便。因为没有建立有效的数据监管机制，数据的录入、统计、上报凭借员工的责任心，无法消除误差的存在。对于场站上国家要求定期检定的设备设施需要依靠人工记忆，存在漏检的可能性，不符合国家、政府及公司的运营要求。+后台可视化随着管道里程的增加、管网规模的扩大及企业管理操作人员的精简和岗位更替，传统依靠优秀员工个人经验和脑力记忆，已经不能满足准确确定工艺管线的分布走向、阀门位置功能的需要。无锡华润燃气结合管道完整性数据，建设场站可视化监控平台。从基本数据的管理到预防型管理再到预知型管理，指导企业识别风险、消除隐患，持续改进，保障管道安全。经过试用，目前已实现无锡华润燃气所有调压站的重要数据监测和实时远程传输，各项数据均可在SCADA系统中实时查看，并在可能发生状况的地方提前发出预警信息提醒，实现预防性管理，把问题在萌芽期进行解决。1.监测全景化-智能安防：基于5G+AI技术，实现全景监控、周界报警及反恐保障在场站内安装5G摄像机实现360度无死角全景监控可以准确识别场站进出人员身份、车辆信息；设置光纤等先进的电子报警系统，全面保护智能燃气场站运行的安全；设置防车辆冲撞装置，完善场站反恐保障体系。视频监控系统是智能安全防范系统的重要部分，对重点场所发生的事件进行视频图像信息显示与记录，如发生事件可启动联动报警和语音对讲系统，以帮助有关人员现场应急处理和事后分析。新建厂区大门出入口是进入厂区的第一道关口，其重要性不言而喻。在大门部署车辆识别道闸出入口管控设备，对大型运输车及普通车辆分别进行管理；在门卫室，部署人证比对访客一体机，对大型运输车司机及外来人员进行身份证身份比对验证和登记记录；部署人员通道摆闸，管控人员进出。内部员工可通过刷IC卡、人脸识别等认证二、项目简介近几年，无锡华润燃气针对高中压站开展智能燃气场站的建设、改造以及研究工作。依托物联网、大数据、人工智能等技术实现数据实时传递、信息共享，对燃气管网进行全方位、全生命周期管控，通过监测全景化、后台可视化、运行智能化、管理精细化等手段，打造智能燃气场站，以实现“安全、高效、绿色”的目标。通过对关键环节增加监控、数据采集、仪表仪器后台可视化比对等设施，实现场站运行状态遥测、遥信；通过对场站内进出站阀门进行远程控制，真正实现遥控；通过增加智能化设备，将人工调节转变为智能调节压力、调节流量，实现场站的远程调度、智能运行，实现遥调。同时，除工艺设施外，增加一系列安防措施，提升安全管理水平，最终目标要打造“千里眼”（看得清）、“长臂猿”（够得着）、“神算子”（算得准）。（一）“千里眼”：监测全景化图4 智能燃气场站项目50 Copyright©博看网. All Rights Reserved.

图5 场站智能安防技术图6 场站智能安防的范围图7 场站智能巡检图8 场站智能安防的部署情况方式确认身份进入厂区；外来人员必须到门卫室进行身份登记。人脸识别系统部署在重要通道、出入口等环境中，将日常人员信息（名称、人脸数据）导入到人脸数据库中，当外来人员出入时，通过该系统对人脸抓拍比对，产生报警信息。为了有效隔离生产区域与办公、生活区域，有效管控出入生产区域人员和车辆，在非防爆区域设置人员通道闸机，设置进出权限，人员可通过刷IC卡、人脸识别等多种认证方式进出。采用防区型光纤入侵探测系统对厂区的周界进行布防，保障厂区第一道防线的安全。通过外界振动、应变等因素引起传感光缆中光信号的变化，经系统采集分析后，就能判断出振动是否由入侵引起，如振动是由入侵引起的，则进行报警指示。通过运用升降柱实现对出入口道路车辆的管理。升降柱内部采用微型电机和液压装置组成的一个微型液压驱动系统，微型液压驱动系统位于升降柱的底部，完美地实现了电动液压一体化的形式，控制方式灵活。除了在通电状态下使用遥控和车牌识别，还可在停电状态下使用应急按钮来控制升降柱临时升降。在场站进出口处安装防冲撞装置，能拦截恐怖车辆的撞击，同时也能减少由于操作失误在车辆撞击护栏时对车内人员造成的伤害。2.监测全景化-智能巡检：基于5G协同的全自动场站巡检机器人场站的调压器、过滤器、安全阀、放散阀、压力表等设备设施众多，且需要按照规范要求定期检验检定。借助具备深度学习能力，且搭载高精度检漏仪的全自动场站巡检机器人，改变传统依赖人工抄表作业（不及时、不准确等）及人工泄露检测（不安全、不及时等）方式，实现自动抄表、5G实时监控、自动检测、自主导航及行走（按照指定路线对设备进行逐一巡检并采集分析设备实时的运行数据，及时反馈故障信息到控制中心，为管理层决策提供依据）。3.后台可视化-场站可视化监控平台：打造场站一体化运行的智能服务中心借助无锡华润燃气可视化监控平台，打造场站一体化运行的智能服务中心。全面监测人数、车位数、用房数、CPU使用率、网络带宽、存储、报警数等信息。对于场站实时远传的数据，实现全面可视化；基于BIM可视化模型，实现线管和设 51Copyright©博看网. All Rights Reserved.

借助智能调压系统、调压器预防性维护系统，实现压力流量自适应，异常情况自诊断的智能输配。1.智能调压系统：智能远程控制调压器场站的调压器、过滤器、安全阀、放散阀、压力表等设备设施众多，需要按照规范要求定期检验检定。且场站设备如调压器、过滤器等均为大型设备，操作复杂，需要图9 无锡华润燃气新区场站可视化监控平台多名人员协同配合，遇到突发情况时，无法有效快速启闭。通过加装远程调压装置，远传调流装置，实现调压设备的快速响应。同时，研究带报警装置的放散阀及周界报警与监控摄像头联动，实现对设备设施的管控升级。智能调压系统可以代替人工现场操作，实现对调压器的远程控制。传统调压器无法在瞬间大流量的情况下进行有效切断，智能调压器加图10 数字孪生装有限流功能，可实时保护场站设备，自愈能力强、运行稳定可靠。可根据预设压力、流量曲线实现调压器的远程调节，实时监控调压器运行状态与流量数值，实时监测节点，实现了管网压力的智能控制。2.调压器预防性维护系统：实时监控数据并制定预测性维护计划结合SCADA等系统，充分挖图11 场站管网远程调压设备现场图图12 调压器预防性维护系统掘现有数据的价值，隐形数据及规律显性化。实现了对调压器运行状态及运行参数进行评估，发现调压器存在各种故障风险，并通过筛选机制优化调压器维护保养，降低风险，优化运维投入。定制物联网传感器，采集调压器运行数，对调压器的故障、运行参数、状态演变等（如实时显示和监控站内各关键部位压力、对防爆区域内的可燃气体浓度、关键区域的温度、调压器进出口压力、切断阀状态、阀门开位百分比、管道的压力及温度、气化器的工作状态及温度等进行实时监测）进行预判，并制备的高度仿真；将设备与数据绑定，从设计、运营到退役，实现全生命周期管理；通过多维度分析，实现故障设备的报警；借助AI智能识别进出人员，并对人员进行分析；当有异常人员/车辆闯入时，系统进行异常入侵报警等。监控燃气场站各关键数据指标，提前预警，确保场站处于优化运营状态，降低运营安全隐患，数据的实时监控和可远程的实时操作、控制，能确保在紧急状态下的迅速反应、及时处置，减小事故发生的52 概率。4.后台可视化-数字孪生：实体世界的数字镜像映射数字孪生技术充分利用精细化物理模型、智能传感器数据、运维历史等数据集成电、磁、热、流体等多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成对智慧能源系统的映射；数字孪生实例反映对应智能设备的全生命周期过程，能够实时更新与动态演化，实现对智慧能源系统的真实映射。（二）“长臂猿”：运行智能化Copyright©博看网. All Rights Reserved.

定调压器预测性维护计划。（三）“神算子”：管理精细化借助完整性管理平台、能源管理平台及设备管理平台实现对全能源要素及设备的精细化管理。基于完整性管理平台，对场站的水、电、气等能源以及环境从设计、施工、运维进行综合管理。利用天然气降压产生的压力能进行发电，实现电能的自给自足以及并网，以此为基础，对全能源要素进行综合利用管理。通过对调压器的状态监控、故障诊断，提前发现风险并指导日常运维，以此为基础，对燃气设备进行安全管理。中心调度、L（Lead）中心决策做指挥、O（Online）全天候实时在线、U（Units）及时响应各个单元的需求、D（Distribution）基于动态分布的资源高效配置。2.智能中心服务的组织形式传统的组织形式是从公司到部门、从部门到班组、从班组到员工的孤岛式运营模式，上下等级森严、层级多、横向有分割、内外边界分明，无形中出现了“层次重叠、冗员多、组织机构运转效率低下”等现象。无锡华润燃气采用创新的“中心式无边界管理模式”，组织结构扁平化、上下沟通便捷、横向、纵向、内外均无边界，重构企业思路，顺应了企业管理从严格刻板型向渗透扩散型转变的趋势。（二）构建多层次场站安全防控体系借助数字化、AI等技术，构建多层次场站安全防控体系，实现从事后的追因，变成事前的预测和预防、事中的监测和事后的风险跟进完整的闭环实现对燃气场站的集约化、标准化、精益化的管理。借助AI智能安防系统，监测并预防外物（外人）入侵；借助巡检机器人、激光甲烷可视系统，预防泄漏风险；借助调压器预防性维护系统、自适应远程调压，预防运行异常；借助“云管理”理念、智能三、主要创新点智能燃气场站的创新点主要体现在：构建“一张网”管理体系、构建多层次场站安全防控体系、构建管网输配自适应体系、构建综合能源服务体系。（一）构建“一张网”管理体系借助“云管理”理念，打造“智能中心服务”，构建“一张网”管理体系，无论是管理对象的范围，还是时间和空间的覆盖度，均进行了拓展。在管理对象上，实现从单一的对物的管理到对环境的泛在感知。在时间上，从间断式的定时巡检到24小时不间断、实时AI智能感知。在空间上，从局部式的定点巡检到场域全息感知。1.“云管理”理念云管理是借助云计算技术和其他相关技术，通过集中式管理系统建立完善的数据体系和信息共享机制。其中，集中式管理系统集中安装在云计算平台上，通过严密的权限管理和安全机制，实现数据和信息管理的系统与过程。其中，云（Cloud）中的C（Center）图16 管网输配自适应体系图15 多层次场站安全防控体系图13 “云管理”图14 组织形式：智能中心服务Copyright©博看网. All Rights Reserved. 53

中心服务的组织形式，预防事故风险。如上4层的安全预防体系，实现事前、事中、事后的预防，一方面可以防止入侵、泄露、风险，另一方面增强了燃气场站的安全韧性。（三）构建管网输配自适应体系无锡华润燃气的智能燃气场站成为自我学习、自我修复、自我预测的智慧场站。其中借助数字孪生技术实现管网仿真模拟管网实时运行状况、实现对气源的跟踪、对管网超压和欠压的分析、管网储气能力的分析。借助智能调压设备，实现对调压器的远程监控、状态参数的动态管理、出口压力控制、流量控制、流量间接测量等，解决原有人工操作无法满足的及时性、安全性问题。借助大数据技术，实现对气量数据的实时采集、海量数据分析，并搭建不同的人工智能模型，实现对气量负荷的预测。（四）构建综合能源服务体系压力能发电是华润大学和清华大学共同合作研究的课题，其原理是利用天然气从高压降至低压过程中产生的压力能驱动膨胀机转动然后带动发电机发电，并产生冷能。华润燃气拥有丰富的天然气压力能资源，无锡玄同科技有限公司拥有高效的能源转换设备——CaliRotor膨胀机，可将天然气压力能高效地转化为可利用的电能。采用压力能发电回收利用具有典型的节能减排效果，可产生显著的经济与社会效益。2017年，无锡华润与无锡玄同科技公司合作，吸纳国内外先进技术，采用全球首创的转子式膨胀机，通过前期调研决定在无锡新区储配站试点压力能发电项目，经过一年的探索于2018年1月调试完毕，一次性发电并网成功，在并网上网过程对原有电网没有任何冲击和影响，设备已连续稳定运行至今。因此，可以确定整套工艺方案及并网上网流程均是安全可靠的。项目的成功实施为远期大功率发电项目积累了丰富运行数据和经验，同时为其他同类项目的立项审批流程提供借鉴意义。下一步，无锡华润燃气将启动新区储配站二期项目，即发电与制冷一体。随着国家双碳政策出台，无锡华润燃气以探索天然气压力能发电与冷能回收利用为契机，突破传统集中式单一供气瓶颈，根据不同场景的需求平衡能源供给与使用，实现综合能源利用，从而实现商业模式的创新，将天然气行业传统单一的售气模式转化为售气、售电、售冷等多元化模式，逐步构建综合能源服务体系。四、实施效果智能燃气场站建设兼具经济效益、安全效益和社会效益。基于人、车、场等要素的标准化，借助物联网、人工智能、大数据技术实现要素的数字化，对全环节要素状态全面感知，实现对要素调度的集约化，图17 转子膨胀机图18 压力差发电图19 智能燃气场站的整体收益图20 智能燃气场站的经济收益54 Copyright©博看网. All Rights Reserved.

图21 智能燃气场站的安全收益图22 智能燃气场站的社会收益优化运行效益，提高生产运作效率。（一）经济效益打造智能燃气场站，对于企业来讲，从经济效益上看可以实现降本增效、组织优化和资源整合。其中，人力成本的减少，主要体现在减少劳务支出、无需人员管理。改造前，无锡华润燃气的场站一般是四班三运转，通常每站需要8人以上，以每座场站节省人工成本约37.5万元来估算，如果华润燃气集团80余座燃气场站实现无人值守进行推算，年节省人工成本3000万元以上。智能燃气场站是运营变革的重要一环，相对于传统的有人值守站场，智能燃气场站在工程建设方面具有节省建设用地、节约土地投资费用的优势，在运营方面具有节省管理成本、节省人力资源及运营费用等优势，在安全管理方面具有数据实时传送、故障报警、设备联动、远程操控、反应迅速等优势，有效杜绝因人员疏忽造成安全事故。（二）安全效益在安全效益上，主要是统一管理场站设备，对场站设备及环境、人员、进出车辆等实时监控，实现对场站的整体掌控。借助物联网、互联网技术的智能燃气场站，提高了安全可控性，提升了本质安全。场站经过智能改造后，运营风险更低（因人为操作失误造成的隐患或意外风险）、燃气管网运行平稳性更强（场站自愈能力强、运行可靠性高）、场站的安全可控（借助无死角视频监控，提升场站安全性）。（三）社会效益打造跨行业通用标准：对场站的功能、工艺等设施以及管理要求的分析，形成一套无人值守场站建设和管理指引，包括可无人值守的场站类型、工艺、自控、监控、反恐设施要求和管理要求等。目前已形成“点供场站”和“输配场站”无人值守的标准化成果，供集团成员企业及燃气行业或公用事业行业复制。已发布《无人值守燃气场站管理指引》《门站站控系统建设技术指引》两项技术指引，指导公用事业行业的无人值守场站的建设和管理。打造智慧化转型标杆企业：通过对场站运行工况数据采集，实时感知城市燃气场站的运行状态，并采用可视化的方式有机整合燃气管理部门与燃气设施；将海量信息进行实时分析与处理，并做出相应的处理结果与辅助决策建议，以更加精细和动态的方式管理场站系统的整个生产、输配、服务等流程，从而达到“智慧”状态。对燃气输配场站来说，智能燃气场站不仅可以适用于单独的场站，实现远程调控，更重要的是可以从输配系统整体考虑，将单体的场站纳入总体的调度体系中，基于区域运行工况及场站管理系统，实现调度中心决策，远程调控。申请技术专利，响应国家创新号召。深入挖掘创新项目，积极申请专利，是响应企业号召的优秀成果，有利于提升“红色华润”的央企风范。自项目投入使用后，接待了国务院安全生产督导组参观检查，与中国石油、中国石化、中国海油等同行进行业内交流，举办公众开放日，邀请社会各界代表及媒体单位参加活动。五、展望与思考国内天然气管道运行由调控中心监视或控制，场站以有人值守站为主，场站设备日常维护、维修主要依托管理处或维修队，重大设备维护主要依托厂家或第三方服务商。随着自动化通讯技术、工艺设计、设备可靠性的提高了借助物联网技术、数字孪生技术、大数据技术、人工智能技术等先进技术，打造智能燃气场站成为未来的主流趋势。除了燃气场站，公用事业行业或其他行业的场站，也可以考虑借助智能燃气场站的管理模式及技术应用，全面提升场站的运营效率、降低运营成本、提升运营的安全稳定性。编辑/车玉龙 统筹/李苏Copyright©博看网. All Rights Reserved. 55

本文标签： 场站燃气智能实现管理