米乐|米乐·M6(China)官方网站石油自然气管网运营机制转换和“碳达峰、碳中和”配景下，管道运转工况众变、运输介质众元拓宽了管网运输界限，同时也带来了更众的运转危机和安乐隐患，亟待治理繁复管网矫健运输的科常识题和闭头本事。著作理解了管网矫健运输的内在，清楚了差别类型管网矫健运输面对的挑拨，正在此基本上，总结提炼了管网矫健运输闭头本事的进展示状和本事难点。结尾，从盛开墟市、安乐防护、数字孪生、运输优化、众网统一、更始行使6个重心偏向，对中邦管网矫健运输进展提出了倡议，以期为能源计议和办理供应更精确的教导，从而助力修建低碳、矫健、安乐、高效的新颖归纳能源体例。
相较于道途、轨道、水途和航空等运输方法，管道运输具有本钱低、损耗少、运量大、安乐性上等上风，是油气输送的要紧伎俩。2019年，主题总共深化转换委员会审议通过《石油自然气管网运营机制转换履行成睹》，中邦油气管网转换正式进入实操推广阶段。同年，邦度石油自然气管网集团有限公司（简称邦度管网集团）正式挂牌创办，激动酿成“上逛油气资源众主体众渠道供应、中心联合管网高效集输、下逛出卖墟市充满逐鹿”的油气墟市体例。截至2022年闭，中邦长输油气管道总里程约18万km，其华夏油管道2.8万km，制品油管道3.2万km，自然气管道12万km。然而，管网众是以定向定点方法运输大宗、特定的物料，运输矫健性较低。跟着管网运营机制转换和“碳达峰、碳中和”（简称“双碳”）对象的提出，管道行业迎来了进展的闭头期、黄金期和攻坚期。中邦原油、制品油消费估计正在2025—2030年达峰，原油、制品油管道的低输量趋向愈出现明，自然气管网输量时节性动摇络续巩固，低需求时节管输资源糜掷景况愈发紧要，亟须进一步降低管网运输矫健性以应对上述挑拨。2022年，邦度进展和转换委员会、邦度能源局撮合印发了《“十四五”新颖能源体例计议》，央求踊跃发展电网、油气管网、油气贮备库、终端用能等界限开发方法、工艺流程的智能化升级，降低能源体例矫健感知和高效分娩运转才华，为中邦油气管网进展指理会新的偏向。一方面，需求激动管道数字化、智能化转型，降低油气储运结果，有用发扬管道的能源闭键效力；另一方面，面临“双碳”对象，需求有序激动化石能源与新能源协同互补进展，个中氢气、二氧化碳、甲醇、液氨等众种介质矫健输运是赋能管道行业绿色高质料进展的有用办法。
中邦油气管网范畴位居宇宙前哨，管网布局繁复，跟着运转介质的众元和运转处境的众变，管网体例将面对更众的运转危机和安乐隐患，亟待治理繁复管网矫健运输的科常识题和闭头本事。著作将正在理解管网矫健运输内在与特色的基本上，总结管网矫健运输闭头本事挑拨和进展示状，预计该界限的后续进展并给出倡议。
管网是邦度能源大动脉，接受了中邦约85%原油、30%制品油以及95%自然气的陆上运输职业。管网矫健运输的归纳对象是通过下降输送能耗、保护输送安乐、降低输送质料、下降处境影响，完毕管网运输体例的安乐、高效、环保和可络续进展。管网矫健运输可巩固能源体例的顺应性和韧性，看待保护邦度能源的供应安乐至闭要紧。管网矫健运输的内在如图1所示。
（1）输送新型资源介质，降低能源供应的安靖性与众样性。管网不单可以大量量运输简单产物，如原油、制品油、自然气等古代化石能源，以及氢气、二氧化碳、液氨、生物燃料等新型能源；还可以小批量运输众类型产物，如制品油和液氨序次输送，自然气和氢气掺混输送。另外，管网还可能依据墟市需求、资源供应或处境计谋的改变疾速切换输送介质。通过管网运输众种能源，可能下降对简单能源的依赖，降低能源供应的安靖性与众样性。
（2）升级体例工艺，提拔管道运输结果。管道运输结果是管道运输体例闭头性目标，直接影响着管网的矫健运输才华及具体经济效益。目前众种新型工艺，如原油改性、新型远隔液、管道内涂层本事等，不单可能降低输送历程的结果，下降能耗，还可能巩固管道的安乐性和环保性。
（3）增强音讯化、智能化水准，完毕管网矫健调剂。跟着众种石油化工新型介质输送需求的推广，将逐渐酿成众主体列入修筑、公正办事的管网输配格式。管网上下逛用户数目和天性化需求不竭推广，输送起尽头职位也将随之改变。同时，面临能源互联网的进展，管网将进一步与其他能源搜集完毕协同互联，办理难度进一步加大。提拔管网音讯化、智能化水准，可进一步激活现有运输才华，以管网矫健调剂为更众墟市主体供应矫健的运输办事。
（4）完毕管网总共互联互通，巩固能源体例的韧性及牢靠性。地缘政事冲突以及至极气象、自然灾荒，推广了能源安靖供应危机。邦度管网集团创办后，“天下一张网”的油气供应格式即将完毕。油气管网及沿线油气贮备库的总共互联互通可能提拔油气应急调峰才华，节减管网安乐运转危机，具体巩固能源体例的韧性及牢靠性。
（5）优化归纳运输体例，提拔能源化工因素摆设结果。管道和轨道、水途、道途等交通方法分工团结、相互添补、配合酿成中邦能源化工运输体例。完毕管道与其他运输方法高效统一、归纳优化，有助于石油化工企业得到安靖的原料供应，节减物流用度，下降能源和化工基本原料本钱，提拔具体资源摆设结果和经济效益。
中邦油田分娩的原油公众为易凝高黏的含蜡原油，且通俗采用加热方法输送，一朝爆发停输，从头启动也许会变得很是贫苦和耗时。假若停输时代过长，原油温度降至析蜡点以下，大宗蜡晶析出并导致管内原油胶凝，也许酿成管道再启动贫苦，乃至激励管道报废的紧要后果。当今，资源枯槁、政事成分或至极气象等成分也许酿成原油供应严重；时节性成分、墟市动态改变或能源计谋调动等成分同样酿成能源需求改变愈发繁复。正在特定景况下（如战时），也许显示远超或远低于旧例水准的原油输送需求，这央求原油管道运输体例具有更高的矫健性温和应性，以应对这些挑拨。
原油改性本事是一系列用于刷新原油滚动性和加工特点的手法，这些本事看待下降原油正在运输和炼制历程中的难度尤为闭头。原油改性通俗需求针对原油中的重组分和杂质，卓殊是对高黏度、高蜡含量的原油实行处罚。目前，外洋干系本事公司已开拓出诸众改性本事并完毕了工程行使。比如，斟酌高黏度油砂原油难以通过古代方法输送，加拿大油砂项目通过行使稀释剂或采用热力学手法，下降油砂原油的黏度，从而使其可通过管道运输。俄罗斯管道公司正在其严寒区域的原油管道中行使了加热本事和滚动订正剂，降低了原油的滚动性，治理了低温前提下的原油输送题目。英邦北海区域的原油开拓企业通过使器械有防侵蚀和下降摩擦特点的内涂层本事及化学剂，有用刷新了原油的滚动性，并掩护管道免受侵蚀损害。中俄原油管道是邻接俄罗斯和中邦的要紧管道，因为高出了众种天气前提，该管道行使了众种原油改性本事，搜罗加热、增加滚动订正剂及采用高效的泵送体例，以确保原油就手输送。中邦因为所产原油众数具有黏度大、凝点高、滚动性差等特质，因此进展了系列加剂归纳热处罚本事，处于邦际领先水准，这看待来日降低原油管输矫健性具有极度要紧的支柱效力。电场改性是一种新兴的原油改性手法，其通过对原油短时代（数秒到1 min量级）施加高压电场（大于0.2 kV/mm），下降原油黏度，弱化原油布局强度（黏弹性、服从应力、触变性），从而到达刷新原油低温滚动性的方针。看待某些原油，正在其凝点温度左近的电场处罚可博得高达80%的降黏成就及90%的投降从应力成就。另外，原油改性手法还搜罗超临界流体本事、微波处罚、水环输送、乳化输送、纳米本事、高剪切本事和蒸汽裂解法等。但目前上述切磋众以外面为主，缺乏范畴行使实证。
通俗制品油管道打算用于输送特定的石油产物，比如正在统一条管道中序次输送汽油、柴油、喷气燃料等。当引入其他产物（如生物燃料、液氨、甲醇）时，需求斟酌它们是否会与目今输送的石油产物或管道资料爆发物理化学反响，以及也许导致的产物污染或管道侵蚀等题目。为了确保安乐和牢靠运输，序次输送众种介质时，需求精准操纵各个批次之间的切换，以最小化交叉污染的危机。这通俗需求借助缜密的流量和质料监测体例，精确监测站间批次运移及批次界面处的混油进展景况。正在批次界面处增加远隔液是一种有用的油品格料操纵方法。常用的远隔液搜罗水、醇类、丙酮、二乙基胺等。目前，极少外洋企业已通过这种手法有用节减了混油。比如，加拿大Interprovincial管道采用沥青砂合成混油远隔段，而俄罗斯的行业规范规则正在油品界面注入部门输油首站的工艺混油行动远隔段。邦内企业从输送介质特点和输送方法开赴，开拓出相应的油品远隔方法。比如，原中邦石化鲁皖管道正在97#干净汽油与93#组分汽油之间注入97#组分汽油行动远隔液，也有企业将火油增加至汽油与柴油之间行动远隔液。正在管道运输历程中，对远隔液的注入和排出需求实行精准操纵，这对操作职员的技巧和现场办理体例提出了极高央求。同时，需求有用的监测和检测伎俩来确保远隔液的精确投放以及油品批次的纯净性。另外，管道运输前提（如温度、压力）的改变也许会影响远隔液的机能，需求对差别远隔液的物理化学机理发展进一步切磋。
矫健应用管道运输众种类、小批次产物意味着需求尤其缜密繁复的调剂来完毕产物的运输策画。序次输送调运优化本事是提拔制品油管道矫健性、降低管道运转结果的要紧伎俩。外洋正在制品油管道调运筹划编制方面的切磋起步较早，已针对特定管道开拓出调运筹划优化软件，如科洛尼尔管道，斟酌了全流量注入、全流量分输、部门流量注入和部门流量分输等工艺。正在邦内，针对制品油管道调运筹划编制题目实行了普通切磋，涵盖了单点注入-单点分输管道、单点注入-众点分输管道及众点注入-众点分输管道等不怜惜况。为顺应邦内管道的特有运转形式，中邦石油大学（北京）提出了成熟的制品油管道调运优化模子及算法，并开拓出相应的调运筹划优化软件，完毕了对管内油品批次界面的精确跟踪与离线），辅助筹划编制职员疾速、高效地实行筹划的编制与调动。中转油库行动上逛管道和下逛管道的相接点，其收发油筹划闭乎管网的寻常运转。跟着邦度管网集团的创办，管输与分娩、出卖分手，部门油库的运营直接归属于邦度管网集团，从而督促了墟市正在资源摆设中的效力。为降低管网的运转结果和逐鹿力，优化库存办理计划、合理策画收发油筹划将变得愈发要紧。奈何与管网调剂相连系，同时办理众种油品的领受、存储和发送，以及奈何计议油品间的轮换和远隔，是目今制品油管网办理面对的挑拨。目前，中邦制品油管网调剂优化重要基于外洋贸易优化求解器（如美邦的Gurobi和CPLEX）行动主题机算引擎。正在中邦管网范畴逐步大型化、管网音讯安乐央求逐渐降低、主题自立常识产权“卡脖子”题目日益凸显的配景下，依赖外洋软件所带来的高本钱、缺乏深度定制性能，以及音讯安乐题目愈发优秀。外洋软件的版权和本事掩护局限使其难以一律顺应中邦独立进展的智能管网体例需求。为了确保邦内制品油管网的计议、打算、运营和办理的独立性和安乐性，紧急需求支配和进展针对制品油管网调剂优化求解的闭头外面和手法。
为了完毕自然气“天下一张网”的矫健运输，需求正在物理联通的基本上，进一步深化其墟市性能及平台属性。“天下一张网”的墟市不再仅仅限度于古代的油气消费墟市，办事对象进一步推广到数据办事企业、种种能源公司、通讯办事商等。为了增强和完好上中下逛相接，并更好地顺应墟市众元化的逐鹿，需求创造总共科学的墟市预测理会模子，并具备矫健的墟市反响机制。将各项办事平台化也是完毕自然气矫健运输的闭头。通过基于管输才华分拨模子的物流调剂平台和基于管网运转优化模子的调控平台，完毕天下资源的矫健牢靠摆设和调运。
加快自然气管网与电网、热网等其他能源搜集的互联是完毕能源互联网的闭头一步（图3）。现有的归纳能源体例众依托电网布局实行理会，较少以自然气管网为主实行切磋。斟酌自然气正在一次能源的占比中将明显提拔，自然气价值、电力危机、自然气管网与其他能源子体例间的耦合协同本事将逐渐成为新的切磋重心。自然气管网的理会手法、重要变量的特色、水力及热力方程的求解手法均与相对成熟的电网体例具有明显的差别，从物理层面创造自然气管网模子至闭要紧。
行动归纳能源体例的要紧构成部门，自然气管网需求正在储蓄、转换、运输和计量4个方面实行新工艺的切磋与行使。相较于电网，自然气管网的储蓄才华强、损耗低，可依托地下储气库或者地上储气罐群实行大范畴储气。地下储气库众应用盐穴、抛弃矿穴或枯槁油气藏修筑，受地舆成分局限，无法大范畴修筑。地上储气库则需求寻找平整壮阔区域，远离人丁麇集区域。而太阳能、风能、水能等新能源电厂众分散正在远离储气库区域，因而倡议采用小型储气罐实行分散式储气。看待自然气管网，最闭头的能量转换方法是电转气（Power to Gas, P2G）方法和燃气发电机，前者将电能转化为氢气或自然气并进入自然气管网，后者应用燃气轮机产热驱动蒸汽轮机发电，从而酿成气电的互相转换。燃气发电本事曾经相当成熟，也是新型电力体例的要紧支柱。而P2G本事仍正在进展阶段，需求重心治理P2G结果和本钱题目，并大范畴增添行使。目前，邦内自然气计量商业移交仍以体积计量为主，这种计量形式晦气于归纳能源体例中差别能量载体之间的移交，因而需求进一步增添热值计量，即能量计量形式。一方面，正在商业移交站场和能量转换站场引入更众的热值计量安装；另一方面，需求普及和规范化能量赋值本事，看待未扶植热值计量安装的区域，可能采用估量方法实行庖代。
与纯氢输送管道修筑比拟，应用现有的自然气管道实行掺氢输送可能节约资金和时代本钱，是完毕氢能大范畴、长隔断、安乐高效输送的最佳方法之一。目前，德邦Energiepark Mainz项目正在运转压力低于1 MPa的前提下，完毕了掺氢比为2%的氢气输送；荷兰Sustainable Ameland项目为本地14家用户供应掺氢比为5%~20%的自然气，正在树模周期3年内未呈现题目。然而，正在掺氢搀和气体输送历程中，氢原子渗入到管道钢材内部易诱发氢脆，惹起氢致开裂、氢饱泡，导致金属刻板机能降低；同时，氢气掺混平均度影响体例的安靖性和安乐，影响机制繁复，还需进一步深切切磋。邦度管网集团正在2023年胜利履行了9.45 MPa全尺寸非金属管道纯氢爆破试验和全尺寸掺氢自然气管道封锁空间流露燃爆试验，为完毕大范畴、低本钱的远隔断氢气运输供应了需要的本事支柱。
现阶段管网运营机制转换需容身当下，加快顺应新局势的运营形式，降低油气管网运输矫健性。加快管网与其他能源搜集的互联是石油石化行业转型升级的要紧途径，也是激动能源革命的要紧伎俩。跟着归纳能源体例的不竭完好，需求修建能源互联新场景，深化管网体例与其他能源体例的互补统一，因此对管网矫健运输本事进展提出以下倡议。
跟着管网方法的逐渐盛开，管网运营形式逐步向面向墟市需求转折，有利于进一步激活现有运输才华，为更众墟市主体供应储运办事。然而，管道众介质矫健输运仍处正在开头进展阶段，应参照其他邦度胜利案例，拟订实用于中邦的管网矫健运输打算和运转典范。各区域应因地制宜，充满发扬分别化上风，发展新型介质的管道运输试验。特别是正在风能、太阳能发电量大的区域，应试虑创造绿色能源的集输体例，通过管网直接输送到需求地。这不单可能均衡可再生能源动摇性，下降输电损耗，也有利于督促干净能源的进一步进展和能源布局的绿色升级。
提拔管道安乐防护本事看待确保众介质管网运输的安乐至闭要紧。相较于制品油，液氨、甲醇等介质的易燃易爆、毒性及气化特点推广了运输危机，来日应重心体贴流露监测、应急处罚和处境修复等方面。流露事变是重要危机，涉及的流露扩散机理繁复，需求通过数值模仿预测流露影响，并用实行验证模仿结果；众方位监测本事可及时检测管道情状，以便提早呈现题目；应急预案和训练能增强疾速呼应才华，节减事变耗损；处境修复则须应用众种本事伎俩，复原受影响区域。正在斟酌掺氢输送也许激励的氢脆危机时，管网的资料和布局打算须相符氢输送的分外央求；正在管网的运营和维持历程中，也须总共斟酌氢脆题目，以确保输送安乐。相应的监测体例应可以监测与氢干系的流露和管道无缺性题目。
管网布局繁复，开发繁众，工况改变经常，难以实时掌控体例全体运转形态，同时管网体例操纵需求众样、操纵形式跨度较大，仅凭人力无法疾速拟订面面俱到的操纵计划，这都给管网的矫健运输带来了挑拨。目前，新音讯本事使管道的硬件水准取得了空条件拔，海量数据保障了任何行为导致的呼应是短期可预测的，但矫健自立调控本事研发尚处于起步阶段。数字孪生本事正在数据处罚的高效性、运转操纵的精确性等方面外示出庞大上风，可以将普通的数据源闭环化，完毕管网体例的形态评估、调运优化、智能操纵和辅助决定。
管网自己属于繁复体例，尚缺乏管网独立处境下的运营机制和资源摆设的体验和教导。现阶段，还需容身油气管网，进展可以顺应供应众元化、运营墟市化、布局繁复化等进展趋向的管网运营机制和资源摆设新外面、新手法。通过探寻管网运输才华模仿仿真估量手法，切磋墟市化前提下的管道运输才华生意机制，并开拓繁复供需搜集管输资源优化摆设手法，为管网运营本事供应核情绪论支柱。面向归纳能源体例的计议、筹划、运转场景具有泛耦合、非线性、不确定等特色，对体例形态演化理会提出了更高央求。看待此类繁复体例的理会，重要涉及数值模仿外面、博弈外面、运筹外面等，其筑模与求解历程需求凭借大宗的迭代估量、公式推导、数据练习等，以及高机能估量平台，因此央求对标外洋优秀的贸易软件，自立搭筑运算处境、开拓高机能算法。
为应对日益增进的能源与运输办事需求，修筑一个众元办事的归纳办理体例，完毕差别能源搜集和运输搜集之间的统一与互补变得至闭要紧。这种统一不单涉及古代的管网、电网、热网、冷网等能源搜集，还搜罗道途、轨道和水途等运输搜集。通过应用音讯本事、物流办理和运输计议，可能优化众种运输资源摆设，提拔办事结果与牢靠性。需求归纳斟酌差别能源搜集正在传输特点、需求特点上存正在的分别以及差别运输方法的经济性和牢靠性，进一步盛开管网运输墟市，创造众能分娩-运输-供应-存储协同优化办理体例，完毕全链条、全周期、全方位的能源供应链办理。
看待抛弃的油气管道，通过检修和改制，可能改输其他介质、拆除接纳、改酿成储蓄方法（如储蓄自然气、制品油）、改筑为其他方法（如通讯线缆管道），以节减资源的糜掷。进展地下物流管道，把管道物流从配送液体、气体等物质向配送其他固体能源物资等界限延迟米乐M6官方网站，把地面上以车辆配送为重要体例的物流转向地下和管道中，可能极大地节减都市处境污染并降低物流输配结果。来日需模仿外洋体验，采用主动化运转与智能化操纵本事完毕地下管道运输的全主动化。另外，真空管道运输体例也是一个新兴界限，正在陆地要打破600 km/h的超高速，真空管道运输是独一途径。然而，目前真空管道运输体例尚处于探寻和验证阶段，来日还要正在管道资料和布局、真空维护本事、顺应真空管道处境的载具和推动本事等方面发展切磋。
管网运营机制转换和“双碳”配景下，中邦能源布局正面对深入的厘革，管道行业也迎来了进展的闭头期、黄金期和攻坚期，亟须降低管网运输矫健性以应对管道运转工况众变、输送介质众元的挑拨。管道矫健运输对新型资源介质输送、体例工艺升级、音讯化和智能化水准、管网互联互通水平、归纳运输体例优化提出了更高央求。目今，需求凭借科技更始和学科交叉切磋，打破管网矫健运输闭头本事，需求进一步盛开管网运输墟市，督促管道输送介质向众元化进展；提拔管道安乐防护本事，保护管网矫健运输安乐；打制管网智能数字孪生本事，完毕管网的智能调控和辅助决定；打破繁复体例理会、筑模与求解本事，完毕管网矫健运输优化；搭筑众元化办事的能源归纳办理体例，完毕众网统一互补；斥地管道运输更始行使，降低管输资源应用结果。凭借更始思想打制矫健、牢靠的管网运输体例，助力修建低碳、矫健、安乐、高效的新颖归纳能源体例。
全文刊载于《前瞻科技》2024年第2期“管道运输工程科学与本事专刊”，点击文末“阅读原文”获取全文。