GIS在油氣長輸管道完整性管理中的應(yīng)用

盧茂林

【摘 要】論文將就系統(tǒng)總體方案進行闡述，對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計及應(yīng)用效果展開分析，旨在發(fā)揮GIS的優(yōu)勢，為提升油氣管道完整性管理水平，保障管道受控狀態(tài)提出方案參考。

【Abstract】This article will elaborate on the overall system plan and analyze the design and application effects of the system database. The aim is to give full play to the advantages of GIS， and provide plan reference for enhancing the integrity management of oil and gas pipelines and ensuring the controlled status of pipelines.

【關(guān)鍵詞】地理信息系統(tǒng)；油氣傳輸管道；完整性評價

【Keywords】geographic information system； oil and gas pipeline； integrity evaluation

【中圖分類號】TE973 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）02-0035-02

1 系統(tǒng)總體方案

基于GIS的油氣長輸管道完整性管理系統(tǒng)由數(shù)據(jù)管理層、技術(shù)服務(wù)層及業(yè)務(wù)層組成，采用三層體系架構(gòu)。應(yīng)用地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、遙感系統(tǒng)（3S）和GPRS移動通信技術(shù)、MIS管理信息系統(tǒng)等多項技術(shù)，以GIS為載體，運用甲骨文公司Oracle數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及微軟銀光Web呈現(xiàn)技術(shù)（Microsoft SilverLight）開發(fā)用于分析油管完整性管理的應(yīng)用系統(tǒng)。其總體架構(gòu)見圖1。

油管完整性管理系統(tǒng)以主服務(wù)器和微處理器及信息存儲系統(tǒng)作為硬件載體，結(jié)合Web和2.5G通訊基礎(chǔ)應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)構(gòu)成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)支撐；在此基礎(chǔ)上自下而上分別為數(shù)據(jù)管理層、技術(shù)支持層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層，其中數(shù)據(jù)管理層收集了GIS地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫空間結(jié)構(gòu)信息及POI數(shù)據(jù)，還集成了環(huán)境經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫和評估指標(biāo)庫內(nèi)信息。油氣長輸管道完整性管理系統(tǒng)以管道中心線及配套設(shè)施作為主體，評估各類第三方因素指標(biāo)，集成GIS空間信息整合能力，為技術(shù)支持層分析管道完整性后續(xù)工作提供數(shù)據(jù)保障。

技術(shù)支持層按職能分工分為兩部分：信息系統(tǒng)及完整性評價系統(tǒng)。信息技術(shù)層囊括了工作流管理、權(quán)限管理、全球定位系統(tǒng)及2.5G移動通信系統(tǒng)空間定位管理系統(tǒng)、接口模塊、數(shù)據(jù)語音分析等維持系統(tǒng)運行技術(shù)保障系統(tǒng)；完整性評價系統(tǒng)包含地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)控、效能評估、第三方破壞評估、腐蝕度評價等風(fēng)險識別及完整性評價系統(tǒng)，對長輸管道服役過程中可能存在的風(fēng)險因素進行識別和評估，動態(tài)監(jiān)控整體管道環(huán)境。這些單元依照面向服務(wù)架構(gòu)組件模型，經(jīng)反復(fù)調(diào)試集成至中央管理層，以達到獨立分析、協(xié)同工作的目的，為業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供技術(shù)支持。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層共開發(fā)13個功能模塊，未來可依據(jù)需求增加至17個以上。目前，業(yè)務(wù)應(yīng)用層功能已包括效能評估、數(shù)據(jù)維護、系統(tǒng)管理等多重管理模塊，使用時工作人員依據(jù)權(quán)限訪問應(yīng)用區(qū)，可對數(shù)據(jù)采集管理、風(fēng)險識別、管道完整性進行評估。系統(tǒng)設(shè)計時考慮到Web應(yīng)用，因此工作人員可聯(lián)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)調(diào)用及在線辦公，將后勤管理與在線操作相結(jié)合，運用GIS、GPS、GPRS的空間定位與移動通訊管理功能實時獲取管線信息與風(fēng)險線段識別，提升管道應(yīng)急響應(yīng)速度，降低維護成本[1]。

2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)存儲及分析管理的技術(shù)支撐，是調(diào)研空間信息及管線識別的數(shù)據(jù)保障，油氣長輸管道完整性管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中心包括POI及地理信息數(shù)據(jù)庫、環(huán)境及人文數(shù)據(jù)庫、管線數(shù)據(jù)庫和評估指標(biāo)庫。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息分支廣泛，設(shè)計領(lǐng)域較多，其中基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫和環(huán)境經(jīng)濟數(shù)據(jù)庫收集了管道沿線地區(qū)的航拍及衛(wèi)星影像、POI信息點、地名庫、行政規(guī)劃信息等內(nèi)容。目前，俄羅斯—哈薩克斯坦至我國的管線數(shù)據(jù)已基本收錄完畢，未來中亞地區(qū)與我國的能源合作將不斷加深，延伸至烏茲別克斯坦和土庫曼斯坦的數(shù)據(jù)將隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在亞太地區(qū)的覆蓋而逐漸精確，而西氣東輸管道沿線的地理信息數(shù)據(jù)就接近15TB。

管線數(shù)據(jù)庫在系統(tǒng)中采用的是APDM管道數(shù)據(jù)模型，運用線性參照系，結(jié)合基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫相關(guān)信息，使地理要素與管道數(shù)據(jù)相融為一體，工作人員可及時掌控出險管道狀況，定位管線位置，識別風(fēng)險因素，提升管道可控性。本文所研究的管道專業(yè)數(shù)據(jù)庫在ArcGIS模型基礎(chǔ)上進行了升級，新增了地質(zhì)災(zāi)害和天氣變化等自然因素對管道影響程度的分析；針對社會治安狀況、人口密度、人類發(fā)展指數(shù)、經(jīng)濟發(fā)展水平等第三方破壞因素對管道及配套裝置影響性的分析；依據(jù)土質(zhì)環(huán)境和大氣濕度增加了腐蝕因素對管線的影響分析。升級后的APDMV4數(shù)據(jù)庫信息更加全面，可對多種風(fēng)險因素進行識別，提升管線運營完整度。

3 系統(tǒng)功能及應(yīng)用效果

3.1 HCA識別和管理

高后果區(qū)指管道泄漏后燃?xì)夂驮蛯ι鐣绊懙妮椛浞秶?。高后果區(qū)的面積會隨著泄漏程度、環(huán)境狀況、人口密度等因素而變化。地理信息系統(tǒng)的空間信息處理功能和完整性管理系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)險分析功能可對泄漏程度和管道沿線地帶水文、氣候環(huán)境進行識別，依據(jù)內(nèi)置函數(shù)計算判定HCA區(qū)域，并及時報警啟動應(yīng)急預(yù)案。例如，我國最大的能源管線西氣東輸管道主干線3000km的沿線高后果區(qū)已完成自動識別并保存至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，自該系統(tǒng)2010年試用以來，共在累計近1000km的管線識別HCA，極大程度降低了風(fēng)險排查響應(yīng)時間，提升了搶修效率。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害識別

地質(zhì)災(zāi)害是影響管道完整性的重要因素，本系統(tǒng)地質(zhì)災(zāi)害檢測服務(wù)模塊分為應(yīng)力監(jiān)測和風(fēng)險評估兩部分。應(yīng)力監(jiān)測是通過傳感器收集管線附近土質(zhì)應(yīng)變趨勢，觀察地下應(yīng)力變化幅度，收錄常規(guī)情況下地質(zhì)波動狀況，經(jīng)數(shù)據(jù)庫分析計算該地域風(fēng)險系數(shù)，用于風(fēng)險報告評估。如地質(zhì)波動異常超出常規(guī)范圍，則會對系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號并進行效能分析。地質(zhì)災(zāi)害識別系統(tǒng)收錄了我國長油氣輸送管道主干線沿線地帶全部地質(zhì)信息，共出臺1500份風(fēng)險評估報告，對近80萬平方公里的水域進行資料收集，設(shè)立1685個風(fēng)險點，以保障對西氣東輸管道的全線覆蓋和識別精準(zhǔn)度，節(jié)約維護成本近億元。

3.3 管道抗腐蝕管理及巡線管理

土壤環(huán)境及人工污染都可能造成管道本體的腐蝕，為改善這一情況，地勤人員依據(jù)長輸管道腐蝕評價方法及2005年出臺的《中華人民共和國油氣管道執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)》中管道完整性評價體系為基礎(chǔ)，開發(fā)出信息化線路管理模式。對管道及配套設(shè)施參數(shù)、防腐層數(shù)據(jù)集、土壤環(huán)境數(shù)據(jù)集、管道腐蝕數(shù)據(jù)集等信息進行分析，結(jié)合土壤環(huán)境，管道材質(zhì)出示外腐蝕評價報告。目前，西氣東輸主干線已完成管道抗腐蝕管理信息收集，基本掌握侵蝕性土壤分布狀況，為后續(xù)管道完善及維護提供了技術(shù)參考；管道巡線管理是針對第三方破壞及巡線不穩(wěn)定因素設(shè)立的服務(wù)模塊，包括對沿線地上管道的監(jiān)控存檔、不符合區(qū)域規(guī)劃的違章施工和陰極保護系統(tǒng)運行狀況等內(nèi)容加以管理，安設(shè)巡檢人員和重點區(qū)域監(jiān)控，利用衛(wèi)星定位和GIS空間數(shù)據(jù)分析能力進行風(fēng)險識別與追蹤，達到防范人工對管道的破壞及追責(zé)作用，自系統(tǒng)投入使用以來，預(yù)警響應(yīng)速度較往常提升78.5%。

4 結(jié)論

以GIS地理信息系統(tǒng)為核心開發(fā)的油氣長輸管道管理系統(tǒng)在維護油管完整性方面發(fā)揮了重要作用，該系統(tǒng)集成多個領(lǐng)域的先進技術(shù)，可有效降低不穩(wěn)定因素帶來的運輸風(fēng)險，提升油氣長輸管道的可控性和風(fēng)險識別能力，并逐步提升智能化水平。望本文所述理論能得到相關(guān)部門及企業(yè)關(guān)注，進一步推動GIS系統(tǒng)與ESB、ERP、EAM等多領(lǐng)域管理系統(tǒng)的集成優(yōu)化，保障油管完整性管理的可控性。

【參考文獻】

【1】李振宇，黃保龍，周利劍，等.油氣管道站場完整性管理數(shù)據(jù)模型[J].油氣儲運，2014，33（06）：599-603.endprint