數(shù)字天然氣管道的建設(shè)與管理初探

梁曉龍

陜西省天然氣股份有限公司 （陜西 西安 710016）

數(shù)字天然氣管道的建設(shè)與管理初探

梁曉龍

陜西省天然氣股份有限公司 （陜西 西安 710016）

介紹了數(shù)字天然氣管道的概念及關(guān)鍵技術(shù)，從管道設(shè)計(jì)、管道施工兩方面對(duì)數(shù)字天然氣管道的建設(shè)加以闡述，并分析了管理數(shù)字天然氣管道應(yīng)具備的相應(yīng)軟件。指出，數(shù)字天然氣管道做為一種全方位、高速化、網(wǎng)絡(luò)化的天然氣管道綜合信息系統(tǒng)，已成為管道發(fā)展的必然趨勢(shì)。

數(shù)字技術(shù) 天然氣管道 標(biāo)準(zhǔn)

隨著世界信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛發(fā)展和應(yīng)用，成為一種新的管理理念。數(shù)字天然氣管道的概念源于數(shù)字圖書(shū)館、數(shù)字地球等。1998年美國(guó)前副總統(tǒng)戈?duì)柼岢隽藬?shù)字地球（Digital Earth）的概念，引起了全球的關(guān)注。數(shù)字地球已成為世界科學(xué)技術(shù)界的發(fā)展熱點(diǎn)之一。數(shù)字天然氣管道就是在數(shù)字地球這一概念的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。傳統(tǒng)的管道建設(shè)理念、手段、方式越來(lái)越難以適應(yīng)日益變化的需要，同時(shí)對(duì)管道的運(yùn)營(yíng)、管理和環(huán)境的保護(hù)也提出了新的課題。通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)，將各種文字信息、地理信息、圖片信息統(tǒng)一建立一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)信息庫(kù)，在計(jì)算機(jī)相應(yīng)軟件的支持下，可以隨時(shí)了解和獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)資料，同時(shí)對(duì)保存有關(guān)歷史文獻(xiàn)有著不可代替的重要意義。實(shí)現(xiàn)管道信息化、數(shù)字化是我國(guó)管道建設(shè)和運(yùn)行管理融入全球信息化浪潮的必要條件，也是在管道建設(shè)和管理的全部生命周期內(nèi)，做出理智的判斷和正確的選擇并確保管道安全運(yùn)行的保證。

數(shù)字天然氣管道概念

數(shù)字天然氣管道是指以數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理為基礎(chǔ)，在多尺度、多種類的空間基礎(chǔ)地理信息支撐下，以管道建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理的業(yè)務(wù)流程為主線，將衛(wèi)星遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實(shí)以及數(shù)字通訊等數(shù)字技術(shù)充分應(yīng)用于各個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，在管道的整個(gè)生命周期內(nèi)通過(guò)對(duì)管道設(shè)施、沿線環(huán)境、地質(zhì)條件、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化等各方面的信息在三維地理坐標(biāo)上的有機(jī)整合，為管道可研、勘察設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)管理提供一個(gè)高效率的操作平臺(tái)和決策環(huán)境，全面提升管道規(guī)劃建設(shè)效率和運(yùn)營(yíng)管理水平。從狹義上講，所謂數(shù)字化管道就是利用空間信息技術(shù)把從管道勘察、設(shè)計(jì)、采辦、施工以及運(yùn)營(yíng)的全過(guò)程的數(shù)據(jù)、信息、圖片等錄入和記錄下來(lái)，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理和相應(yīng)的軟件建立圖（圖形圖像數(shù)據(jù)）屬（表數(shù)據(jù)）一體化管道數(shù)據(jù)庫(kù)，為將來(lái)管道的運(yùn)營(yíng)和管理提供真實(shí)可靠的技術(shù)數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合管線運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)實(shí)際需求開(kāi)發(fā)專業(yè)應(yīng)用功能模塊，達(dá)到信息化動(dòng)態(tài)管理的目的。

數(shù)字天然氣管道的關(guān)鍵技術(shù)

構(gòu)筑數(shù)字天然氣管道的主要支撐技術(shù)有衛(wèi)星遙感 （Satellite Remote Sensing，SRS）、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）、地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）、網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)及現(xiàn)代通訊等。其中關(guān)鍵技術(shù)是4S（SRS、DCS、GPS、GIS）技術(shù)。

數(shù)字天然氣管道建設(shè)

數(shù)字天然氣管道建設(shè)包括數(shù)字天然氣管道設(shè)計(jì)與數(shù)字天然氣管道施工。顧名思義就是將傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工方式數(shù)字化，天然氣管道的建設(shè)過(guò)程應(yīng)遵循《長(zhǎng)距離輸油輸氣管道測(cè)量規(guī)范》、《天然氣集輸管道施工及驗(yàn)收規(guī)范》、《計(jì)算機(jī)軟件配置管理計(jì)劃規(guī)范》、《計(jì)算機(jī)軟件質(zhì)量保證計(jì)劃規(guī)范》等。

1 數(shù)字天然氣管道設(shè)計(jì)

數(shù)字天然氣管道在設(shè)計(jì)上的應(yīng)用：利用衛(wèi)星遙感、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)、現(xiàn)代通信等高科技手段，對(duì)管道資源、環(huán)境、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的數(shù)字化、數(shù)字處理、仿真等信息集成的應(yīng)用系統(tǒng)，并在可視化的條件下提供決策支持和服務(wù)。通過(guò)對(duì)管道設(shè)施、沿線環(huán)境、地質(zhì)條件以及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化等各方面的信息在三維地理坐標(biāo)上的有機(jī)整合，構(gòu)筑一個(gè)數(shù)字化的管道系統(tǒng)，為管道施工與維護(hù)管理提供數(shù)據(jù)與地圖相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

（1）數(shù)字天然氣管道踏勘

利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)對(duì)天然氣管道走向?qū)嵤┈F(xiàn)場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)、地理、地質(zhì)、氣候等客觀條件和環(huán)境進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。遵循《長(zhǎng)距離輸油輸氣管道測(cè)量規(guī)范》、《工程測(cè)量規(guī)范》、《油管道工程測(cè)量規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的結(jié)果建立數(shù)據(jù)庫(kù)，采用管道模擬計(jì)算軟件對(duì)天然氣管道進(jìn)行初步計(jì)算，為初步設(shè)計(jì)提供科學(xué)計(jì)算機(jī)依據(jù)。

（2）數(shù)字天然氣管道選線

從地質(zhì)勘察的角度在天然氣管道的可行性研究選線階段，通過(guò)掌握各線路方案的地形地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件和區(qū)域性不良地質(zhì)的分布規(guī)律與發(fā)展趨勢(shì)，全面了解走廊帶工程地質(zhì)條件，分析評(píng)價(jià)對(duì)線路的影響，從多條線路方案中提出推薦方案和下階段勘察工作的建議。

·輸氣管道沿線衛(wèi)星遙感影像圖。遵循《遙感影像平面圖制作規(guī)范》、《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在幾何精校正的基礎(chǔ)上，疊加各條管道備選路線方案、沿途行政區(qū)劃、城市、村鎮(zhèn)、廠礦、公路、場(chǎng)站、閥室等信息，為決策者綜合考慮社會(huì)經(jīng)濟(jì)、道路交通等因素確定路線方案提供直觀信息。

·管道沿線遙感綜合工程地質(zhì)平面圖（比例尺：1∶50 000）。遵循《油管道工程測(cè)量規(guī)范》、《1∶50 000地形要素?cái)?shù)據(jù)規(guī)定》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，根據(jù)遙感解譯，提取地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、滑坡泥石流、崩塌等信息，綜合上述因素進(jìn)行工程地質(zhì)分區(qū)。

·管道沿線路線工程地質(zhì)縱斷面圖（比例尺：1∶50 000）。遵循《油管道工程測(cè)量規(guī)范》、《1∶50 000地形要素?cái)?shù)據(jù)規(guī)定》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

·輸氣管道遙感工程地質(zhì)調(diào)查分析報(bào)告：對(duì)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)等專題解譯內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)分析，著重闡明各個(gè)方案的工程地質(zhì)條件，對(duì)各方案的優(yōu)劣進(jìn)行對(duì)比分析。

利用遙感手段進(jìn)行線路方案比選研究，一般工作范圍為備選線路兩側(cè)各2km，實(shí)際上已經(jīng)將初步勘察階段線路工程地質(zhì)調(diào)查大部分工作完成 （初步勘察階段線路工程地質(zhì)調(diào)查精度要求為1∶50 000～1∶100 000），基本上可以確定管線延伸走向，避免后期因線路方案較大變動(dòng)帶來(lái)的工作反復(fù)，也避免了在勘察初期由于線路走向遲遲不能確定而影響后續(xù)勘察工作，為下階段勘察工作盡快全面開(kāi)展指明方向，節(jié)約時(shí)間并提高效率。

（3）數(shù)字天然氣管道施工圖設(shè)計(jì)

遵循 《大比例尺地形圖機(jī)助制圖規(guī)范》、《1∶500 1∶1000 1∶2000地形圖圖式》、《石油工程制圖標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，利用天然氣管道模型計(jì)算軟件、流量計(jì)算軟件、制圖軟件等工具，根據(jù)確定的管道走向進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)，為業(yè)主方提供完整的數(shù)字化設(shè)計(jì)資料。

2 數(shù)字天然氣管道施工

數(shù)字化管道在施工中的應(yīng)用主要是：在施工過(guò)程中，按施工工序采集出相關(guān)的施工數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)按一定的標(biāo)準(zhǔn)記錄格式輸入計(jì)算機(jī)，建立一個(gè)管道安裝敷設(shè)后的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，記錄出管道的測(cè)量數(shù)據(jù)和地貌特征、管溝開(kāi)挖數(shù)據(jù)和地質(zhì)特性、管道焊接數(shù)據(jù)、管溝回填數(shù)據(jù)、管道通球試壓數(shù)據(jù)，記錄與管道施工相關(guān)的各種材料規(guī)格型號(hào)，以及施工圖片、影像資料等，施工過(guò)程需滿足《輸油輸氣管道線路工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》。

工程竣工后，通過(guò)錄入的施工數(shù)據(jù),可以隨時(shí)查看和調(diào)取出每一個(gè)施工階段、每一點(diǎn)的施工情況和相關(guān)的數(shù)據(jù)資料，對(duì)管道的施工過(guò)程有一個(gè)可追溯性，是管道處于隱蔽狀態(tài)下的一個(gè)數(shù)據(jù)可視化的再現(xiàn)系統(tǒng)。

數(shù)字天然氣管道管理

數(shù)字天然氣管道的設(shè)計(jì)與施工為天然氣管道的數(shù)字化管理提供了良好的數(shù)字平臺(tái)。為了充分發(fā)揮數(shù)字平臺(tái)效率，依據(jù)目前國(guó)家石油天然氣管道行業(yè)規(guī)范、計(jì)算機(jī)技術(shù)規(guī)范、通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字天然氣管道的管理應(yīng)該具備相應(yīng)的管理軟件（圖1）。

1 SCADA系統(tǒng)

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。全線站場(chǎng)和閥室的監(jiān)控采用了以計(jì)算機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，進(jìn)行管道輸送工藝過(guò)程的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制、操作預(yù)測(cè)、優(yōu)化運(yùn)行、調(diào)度和控制管理等工作。全線設(shè)有一個(gè)或一個(gè)以上調(diào)度中心 (主調(diào)度中心和分調(diào)度中心)。調(diào)度中心通過(guò)通信公網(wǎng)或自建通信專網(wǎng)與各個(gè)站場(chǎng)的站控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，完成對(duì)該管道的數(shù)據(jù)采集、處理及存儲(chǔ)歸檔、設(shè)備控制、故障處理、安全保護(hù)、報(bào)警等任務(wù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行跟蹤、輸送調(diào)配、故障檢測(cè)、運(yùn)營(yíng)分析等功能。調(diào)度中心的操作人員通過(guò)工作站提供的管道系統(tǒng)工藝過(guò)程的壓力、溫度、流量、密度、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息，完成對(duì)管道全線的監(jiān)控及運(yùn)行管理。沿線各站場(chǎng)的站控系統(tǒng)將完成對(duì)該站的數(shù)據(jù)采集、控制、連鎖保護(hù)等任務(wù)，向調(diào)度中心上傳各項(xiàng)數(shù)據(jù)，接受和自動(dòng)執(zhí)行調(diào)度中心下達(dá)的指令。

2 GIS系統(tǒng)

GIS（Geography Information System地理信息系統(tǒng)）是近幾年發(fā)展很快的、應(yīng)用領(lǐng)域很廣的計(jì)算機(jī)技術(shù)，它可以與遙感技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)技術(shù)相結(jié)合。GIS地圖是能夠詳細(xì)反映天然氣管道沿線各級(jí)行政區(qū)域的地理信息，天然氣管道及場(chǎng)站所有數(shù)據(jù)信息以及數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的形式進(jìn)行管理，對(duì)天然氣管道的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行科學(xué)管理和分析有著重要的作用。系統(tǒng)能夠直觀的反映出天然氣管道的信息，并可使用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行綜合分析，能為天然氣管道的科學(xué)決策提供更加直觀、科學(xué)的綜合分析依據(jù)。

3 管道智能巡檢系統(tǒng)

天然氣管道置于野外，無(wú)人看管，易遭到自然或人為因素的破壞，需要定期巡檢。管道智能巡檢系統(tǒng)以天然氣管線及其附屬設(shè)施為對(duì)象，運(yùn)用現(xiàn)代管理理念,采用衛(wèi)星通信、GPS、GIS和計(jì)算機(jī)技術(shù),對(duì)管道全域范圍內(nèi)的地理環(huán)境等信息資源進(jìn)行一體化的采集、存儲(chǔ)、管理與分析，開(kāi)發(fā)配置合理、功能齊全、反應(yīng)快速、運(yùn)行高效、維護(hù)簡(jiǎn)單、界面友好的信息系統(tǒng)。系統(tǒng)最大程度地實(shí)現(xiàn)資源共享，為天然氣管道設(shè)備管理、運(yùn)行、檢測(cè)、檢修和決策提供有力的支持。

4 管道模擬仿真系統(tǒng)

模擬仿真系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)互連，按固定周期從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中采集實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)，此周期作為模擬仿真軟件的基本循環(huán)時(shí)間。系統(tǒng)根據(jù)管道的實(shí)際情況組態(tài)形成管道的模型。根據(jù)需要計(jì)算所得出的結(jié)果，如管線的泄漏報(bào)警、壓縮機(jī)的優(yōu)化工作點(diǎn)、天然氣分輸、清管器在管道中的位置、各個(gè)調(diào)節(jié)回路的設(shè)定點(diǎn)等，將由仿真軟件寫入到SCADA軟件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并在操作員工作站上顯示，作為操作員對(duì)管道運(yùn)行調(diào)度的參考。

5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以天然氣管道輸氣場(chǎng)站為監(jiān)控對(duì)象，采用計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)和多媒體技術(shù)、視音頻技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等，形成多功能、綜合性的智能化安全防范系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣管道輸氣場(chǎng)站工藝裝置區(qū)、壓縮機(jī)工藝區(qū)、場(chǎng)站周界、控制室的視頻監(jiān)控，通過(guò)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、編碼器進(jìn)行圖像信息的采集、存儲(chǔ)與控制，并可通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)上傳至調(diào)度指揮中心，調(diào)度指揮中心可隨時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)狀況，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的指揮調(diào)度，及時(shí)處理突發(fā)應(yīng)急事件。

結(jié)語(yǔ)

數(shù)字天然氣管道是信息化的管道,是管道發(fā)展的必然趨勢(shì)。它是一個(gè)擴(kuò)展了的、全方位的、高速的、網(wǎng)絡(luò)化的天然氣管道綜合信息系統(tǒng)。數(shù)字天然氣管道設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行與管理都采用了數(shù)字化的手段，是確保管道建設(shè)安全、優(yōu)質(zhì)、高效的管道工程，通過(guò)可視技術(shù)實(shí)現(xiàn)科學(xué)、規(guī)范的管道管理，從而提高天然氣管道安全生產(chǎn)水平。數(shù)字天然氣管道技術(shù)的運(yùn)用，將有助于減少管道建設(shè)以及運(yùn)營(yíng)管理中對(duì)環(huán)境的破壞、對(duì)人員健康的危害及事故安全隱患。

[1]吳明，孫萬(wàn)富，周詩(shī)崠.油氣儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2]李清輝，文必龍，曾穎.數(shù)字油田信息平臺(tái)架構(gòu)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008.

[3]劉明德.地理信息系統(tǒng)GIS理論與實(shí)務(wù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.

An introduction is given to the concepts and key technologies of digital natural gas pipeline.And the construction of digital natural gas is explained from two aspects:pipeline design and pipeline construction.Meanwhile,the analysis focuses on some corresponding software needed in the management of digital natural gas pipelines.It is pointed out that digital natural gas pipeline has become the essential tendency of pipeline development as an all-directional,high speed-up and networking comprehensive system of natural gas pipelines.

digital technology;natural gas pipeline;standards

梁曉龍（1976-），男，工程師，現(xiàn)從事天然氣自控管理工作。

2009-12-24