智能化管線建設(shè)技術(shù)難點(diǎn)與應(yīng)用效果

吳建軍

（中國(guó)石油化工集團(tuán)公司信息化管理部，北京100728）

1 中國(guó)石化油氣管線運(yùn)行管理現(xiàn)狀

中國(guó)石化管理著3萬(wàn)多千米油氣管線，涉及油田、煉化、長(zhǎng)輸三大板塊，是中國(guó)石化能源輸送的主要途徑，亦是國(guó)家能源輸送的重要組成部分。但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家管道公司相比，中國(guó)石化的油氣管道管理基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，運(yùn)行管理水平不高。

1.1 管道運(yùn)行存在安全隱患

一是非法占?jí)骸＝^大部分管道建設(shè)年代較早，初建時(shí)大多地處偏遠(yuǎn)，但受城鎮(zhèn)化發(fā)展、規(guī)劃不合理、安全意識(shí)淡薄等因素影響，存在非法占?jí)含F(xiàn)象。這些被占?jí)汗艿罒o(wú)法進(jìn)行正常安全檢測(cè)和維修，一旦發(fā)生泄漏爆炸事故，極易造成群死群傷，后果不堪設(shè)想。二是管線穿跨越安全風(fēng)險(xiǎn)大。原油管道與排水暗渠交叉現(xiàn)象較為嚴(yán)重，原油管道穿越河流、水庫(kù)，一旦發(fā)生原油泄漏，就會(huì)造成重大水體污染，特別是穿越作為飲用水源的水庫(kù)，可能造成巨大的社會(huì)影響。

1.2 運(yùn)行環(huán)境存在不可控因素

一是打孔盜油會(huì)造成管道停輸，影響了管道的輸送能力；大量人力、物力和精力集中到巡線上，影響了對(duì)管道本身的管理；造成的眾多漏點(diǎn)，嚴(yán)重影響了管道的正常檢測(cè)和安穩(wěn)運(yùn)行。二是第三方作業(yè)危害大。一些第三方施工單位法律意識(shí)淡漠，違法違規(guī)施工，造成原油管道受損泄漏的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

1.3 管道專業(yè)管理水平不高

一是巡線管理不到位。部分輸油處巡線管理制度不完善，人員業(yè)務(wù)素質(zhì)不高，雇用的農(nóng)民巡線工巡線質(zhì)量有待提高。二是管道檢測(cè)管理不完善。管道檢測(cè)制度落實(shí)不到位，部分長(zhǎng)輸管道未能按期進(jìn)行內(nèi)部檢測(cè)，無(wú)法掌握管道腐蝕減薄狀況，難以掌握管道腐蝕速率變化特點(diǎn)，缺少對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)和應(yīng)對(duì)措施。三是管道維護(hù)不及時(shí)。部分管段外防腐層破損嚴(yán)重，未能及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。四是應(yīng)急管理體系不完備。部分應(yīng)急預(yù)案未按國(guó)家有關(guān)規(guī)定在沿線的省、市、縣相關(guān)政府機(jī)構(gòu)備案；沒(méi)有統(tǒng)一的報(bào)警電話，沒(méi)有快速的通訊平臺(tái)，應(yīng)急演練缺乏全面性和實(shí)效性等。

東黃輸油管道泄漏爆炸特別重大事故教訓(xùn)深刻，追本溯源是由于管理手段不足導(dǎo)致的事故。加強(qiáng)管道運(yùn)行管理，提升風(fēng)險(xiǎn)管控水平，是中國(guó)石化當(dāng)前急需補(bǔ)上的短板，也是打造世界一流的內(nèi)在需求。

2 中國(guó)石化智能化管線管理系統(tǒng)建設(shè)的必要性與創(chuàng)新技術(shù)

2014年6月，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》，要求開(kāi)展城市地下管線普查，建立綜合管理信息系統(tǒng)。2014年10月，國(guó)務(wù)院安全生產(chǎn)委員會(huì)印發(fā)《關(guān)于深入開(kāi)展油氣輸送管道隱患整治攻堅(jiān)戰(zhàn)的通知》，要求加快油氣輸送管道隱患整治進(jìn)度，加快建立國(guó)家層面數(shù)字化、可視化、立體化的全國(guó)油氣輸送管道地理系統(tǒng)，滿足國(guó)家和地方政府監(jiān)管和社會(huì)監(jiān)督的需要。隨著GB32167和發(fā)改能源[2016]2197號(hào)文《關(guān)于貫徹落實(shí)國(guó)務(wù)院安委會(huì)工作要求全面推行油氣輸送管道完整性管理的通知》的強(qiáng)制推行，更加彰顯出國(guó)家對(duì)油氣管線安全運(yùn)行的重視。

建設(shè)智能化管線管理系統(tǒng)是落實(shí)國(guó)家要求的具體舉措，是解決現(xiàn)階段管線管理問(wèn)題的重要措施，是中國(guó)石化履行歷史使命和責(zé)任的實(shí)踐途徑。加強(qiáng)管線的基礎(chǔ)管理，完善管道和管道附屬設(shè)施設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、投產(chǎn)、運(yùn)行等階段的基礎(chǔ)資料，收集管道環(huán)境和社會(huì)資源數(shù)據(jù)等；加強(qiáng)管線制度建設(shè)，建立工作流程和工作程序文件，推行管道完整性管理；加強(qiáng)管道信息化建設(shè)，借助全球定位、遙感、現(xiàn)代通信、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管道快速定位、查詢、統(tǒng)計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、事故預(yù)警和突發(fā)事件處理等功能。將信息化和管道日常管理緊密結(jié)合，對(duì)可能造成管道失效的危險(xiǎn)因素進(jìn)行完整性評(píng)價(jià)，消除安全隱患，提高管道管理和突發(fā)事件應(yīng)急處理能力，保障管道安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

綜合國(guó)內(nèi)外情況，根據(jù)中國(guó)石化的管理特點(diǎn)，在調(diào)研的基礎(chǔ)上，采用具有自主產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，圍繞完整性管理進(jìn)行智能化管線管理系統(tǒng)建設(shè)。該系統(tǒng)是集管道完整性管理、管線運(yùn)行管理、應(yīng)急響應(yīng)管理、隱患治理管理、巡線管理應(yīng)用、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等功能為一體的綜合管理信息平臺(tái)（見(jiàn)圖1），采用云架構(gòu)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建了“標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)完整、關(guān)系清晰、功能完善、集中集成、上下貫通、安全可靠”的國(guó)內(nèi)首個(gè)能源行業(yè)集團(tuán)級(jí)管線管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了管線管理的數(shù)字化、可視化、標(biāo)準(zhǔn)化。

與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有管道完整性管理系統(tǒng)不同，智能化管線管理系統(tǒng)按照國(guó)家油氣輸送管道完整性管理規(guī)范GB32167，開(kāi)發(fā)完整性管理相應(yīng)功能，提升完整性管理效率。此外，系統(tǒng)創(chuàng)新性地研發(fā)了管線系統(tǒng)多源空間數(shù)據(jù)融合、風(fēng)險(xiǎn)隱患聚類分析、油品泄漏計(jì)算等技術(shù)，為系統(tǒng)數(shù)字化、可視化、標(biāo)準(zhǔn)化提供支持，主要?jiǎng)?chuàng)新技術(shù)如下。

2.1 研發(fā)管線系統(tǒng)多源空間數(shù)據(jù)融合技術(shù)

首創(chuàng)管線系統(tǒng)多源空間數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將站場(chǎng)及管線的各路實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻信號(hào)、高清影像動(dòng)態(tài)映射到三維場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)一體化融合顯示，形成所見(jiàn)即所得的各區(qū)域?qū)嵕爱?huà)面，構(gòu)建具備大區(qū)域、多視角、全局觀、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的數(shù)字化沙盤（見(jiàn)圖2）。

2.2 研發(fā)風(fēng)險(xiǎn)隱患聚類分析技術(shù)

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)隱患隸屬關(guān)系、空間位置、類型級(jí)別等信息進(jìn)行數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)層次聚類，開(kāi)展風(fēng)險(xiǎn)隱患熱度、趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)分析，達(dá)到隱患高效查詢、持續(xù)跟蹤、可視化管理的應(yīng)用效果，全面支持開(kāi)展油氣管道安全隱患整治攻堅(jiān)戰(zhàn)。

2.3 建立中國(guó)石化智能化管線管理系統(tǒng)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系

首創(chuàng)了一套涵蓋管線管理業(yè)務(wù)、技術(shù)、應(yīng)用、數(shù)據(jù)4大類88項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)體系，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)字典、地圖影像、三維模型、圖形圖例、集成接口等，并已在國(guó)家油氣管道地理信息系統(tǒng)建設(shè)中得到應(yīng)用。

2.4 建立中國(guó)石化SPDM管線數(shù)據(jù)模型

結(jié)合了中國(guó)石化管道業(yè)務(wù)的應(yīng)用場(chǎng)景，數(shù)據(jù)體中增加了版本、時(shí)間序列、多級(jí)組織機(jī)構(gòu)、權(quán)限靈活分配等管理內(nèi)容，適用于中國(guó)石化管道業(yè)務(wù)的靈活應(yīng)用。該模型支持管道線性參考數(shù)據(jù)管理、多圖層自定義管理、空間計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)管理、管線業(yè)務(wù)活動(dòng)、管道完整性數(shù)據(jù)管理及相關(guān)的數(shù)據(jù)對(duì)接（見(jiàn)圖3）。

圖1 智能化管線管理系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)

圖2 多源空間數(shù)據(jù)融合技術(shù)

2.5 建立成品油泄漏量在線實(shí)時(shí)計(jì)算方法

采用圖形化管道配置界面，將泄漏量測(cè)算系統(tǒng)與泄漏報(bào)警系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)集成，泄漏報(bào)警出現(xiàn)后，自動(dòng)計(jì)算管道泄漏量，并在地圖中顯示泄漏點(diǎn)位置和泄漏量計(jì)算結(jié)果?？紤]管線高程、上下游閥門距離、實(shí)時(shí)壓力、水利學(xué)模型等要素，預(yù)測(cè)泄漏量，并可實(shí)時(shí)跟蹤泄漏過(guò)程，提高應(yīng)急響應(yīng)的針對(duì)性和準(zhǔn)確性。

3 中國(guó)石化智能化管線管理系統(tǒng)應(yīng)用效果

智能化管線管理系統(tǒng)已在總部和51家企業(yè)上線，為總部、事業(yè)部、專業(yè)公司及企業(yè)深化管理、豐富管理手段提供了平臺(tái)，得到了各級(jí)用戶的高度認(rèn)可。在較短的時(shí)間內(nèi)，中國(guó)石化管線在數(shù)字化管理、完整性管理、巡線管理、隱患治理、應(yīng)急響應(yīng)管理等業(yè)務(wù)方面取得顯著效果。

圖3 中國(guó)石化SPDM管線數(shù)據(jù)模型示意

3.1 摸清家底，建成了集中統(tǒng)一的管線管理數(shù)據(jù)中心

通過(guò)建設(shè)智能化管線管理系統(tǒng)，利用管線探測(cè)、周邊環(huán)境調(diào)查、資料數(shù)字化、內(nèi)檢測(cè)等技術(shù)手段，收集、校核建設(shè)期和運(yùn)行期3萬(wàn)多千米長(zhǎng)輸和廠際管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，形成中國(guó)石化“管網(wǎng)一張圖”。梳理了管道本體、站庫(kù)、閥室、附屬設(shè)施等數(shù)據(jù)；調(diào)繪了管線周邊的重大危險(xiǎn)源（加油站、油庫(kù)等）、敏感目標(biāo)（學(xué)校、醫(yī)院等）、自然保護(hù)區(qū)、沿線搶險(xiǎn)資源、消防隊(duì)伍等信息，有效支撐了高后果區(qū)識(shí)別、管道完整性評(píng)估、隱患管理、應(yīng)急響應(yīng)和日常運(yùn)行等應(yīng)用，提高了管線施工、改線、隱患治理等業(yè)務(wù)效率。

3.2 利用可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)兩高一重大重點(diǎn)區(qū)域可視化管理

通過(guò)視頻，對(duì)管線占?jí)汉痛┛缭剑ㄈ玷F路、水源地、學(xué)校、居民區(qū)）進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，給海洋、沙漠、偏遠(yuǎn)山區(qū)的管線及其附屬設(shè)備安上了“安全眼”，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域“千里之外，咫尺眼前”；建立1 600多個(gè)三維模型，實(shí)現(xiàn)地面站庫(kù)多維度展示，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)穿跨越管段縱橫剖切分析，做到隱藏地下管線不再隱介藏形；利用全景影像，使市政管網(wǎng)光纜、電纜和第三方管線交叉、橫跨關(guān)系清晰可視、一目了然。通過(guò)多種可視技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了管線“高后果區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和重大危險(xiǎn)源”管理的可視化，為完整性管理、應(yīng)急響應(yīng)等業(yè)務(wù)提供支持。

3.3 閉環(huán)管理，有效支撐了管線隱患治理三年攻堅(jiān)戰(zhàn)

依據(jù)國(guó)務(wù)院對(duì)加強(qiáng)油氣管道隱患治理提出的明確要求，對(duì)長(zhǎng)輸和廠際管線，按照隱患的排查、立項(xiàng)、整治、評(píng)估等管理流程，制定隱患排查整治攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)占?jí)?、安全距離不足、第三方破壞等1.7萬(wàn)個(gè)隱患的全流程一體化閉環(huán)管理，有效支撐了管線隱患三年攻堅(jiān)戰(zhàn)。2016年，銷售華南利用系統(tǒng)數(shù)字化管理功能，查詢管線空間位置及信息，簡(jiǎn)單、快速計(jì)算管道埋深不足區(qū)間，為隱患治理提供準(zhǔn)確位置，大大縮短了普查時(shí)間，減少了資源的投入，節(jié)省了費(fèi)用并提高了隱患排查效率；勝利油田通過(guò)隱患信息聯(lián)動(dòng)、看板管理、進(jìn)度跟蹤、工作評(píng)比、經(jīng)驗(yàn)交流以及定位和可視化展示，對(duì)6 650余處管線隱患管理進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)管；2017年1月4日，中國(guó)石化宣布提前一年完成了國(guó)務(wù)院部署的油氣輸送管道隱患整治攻堅(jiān)任務(wù)。

3.4 標(biāo)準(zhǔn)融合信息化，有效支撐了管道完整性管理體制機(jī)制變革

依據(jù)《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》（GB 32167–2015），研發(fā)了從數(shù)據(jù)采集、高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性評(píng)價(jià)、維修維護(hù)和效能評(píng)價(jià)的六部循環(huán)管理體系。以效益提升為目標(biāo)、管理優(yōu)化為核心、科技創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，建立研究方法、優(yōu)化完善、試點(diǎn)驗(yàn)證、全面實(shí)施的完整性管理實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)了管線完整性管理業(yè)務(wù)的規(guī)范化、流程化、體系化。管道公司、銷售華南、銷售華北等油氣長(zhǎng)輸企業(yè)依規(guī)立行，成立了完整性管理中心，有效支撐了管理機(jī)制體制變革，提高了管道完整性管理水平。

3.5 智能巡線，實(shí)現(xiàn)了巡線的精細(xì)透明管理

利用智能移動(dòng)終端將巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)拍照、視頻、錄音等形式上傳相關(guān)數(shù)據(jù)；基于統(tǒng)一平臺(tái)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了近萬(wàn)名巡線人員的任務(wù)派發(fā)、事件上報(bào)、必經(jīng)點(diǎn)位、軌跡路徑回放、巡線人員監(jiān)控、績(jī)效監(jiān)督考核等巡線業(yè)務(wù)的在線監(jiān)控和全流程管理，巡線有效率、必經(jīng)點(diǎn)到位率均提高到99%以上，上報(bào)及時(shí)率達(dá)90%，處理周期縮短了2/3，達(dá)到了規(guī)范管理、精細(xì)管理和透明管理。截至目前，模塊上線以來(lái)僅管道公司管線打孔破壞發(fā)生次數(shù)與2016年同比下降90%以上，有效避免了安全事故和次生災(zāi)害的發(fā)生，為公司挽回?zé)o法估量的經(jīng)濟(jì)損失；同時(shí)，非計(jì)劃停輸時(shí)間也與2016年同比下降90%，為公司運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)贏得了寶貴時(shí)間，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3.6 自動(dòng)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急快速聯(lián)動(dòng)響應(yīng)

與泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、SCADA系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)集成，獲取報(bào)警信息后迅速對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行定位，聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急狀態(tài)下資源信息的自動(dòng)標(biāo)注，聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)和泄漏事故的動(dòng)態(tài)模擬，聯(lián)動(dòng)搶修處置現(xiàn)場(chǎng)的在線監(jiān)控和單兵視頻，查清事故點(diǎn)的管線本體及周邊環(huán)境信息、完整性評(píng)估信息、應(yīng)急處理流程信息，通過(guò)指揮中心、應(yīng)急指揮車等，形成應(yīng)急指揮中心、現(xiàn)場(chǎng)指揮部、應(yīng)急搶險(xiǎn)單位的管線應(yīng)急響應(yīng)三級(jí)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，建立應(yīng)急事件報(bào)警、資源檢索、方案確定、應(yīng)急指揮全程聯(lián)動(dòng)響應(yīng)的新應(yīng)急模式。實(shí)現(xiàn)總部和企業(yè)的統(tǒng)一指揮、協(xié)調(diào)、調(diào)度，響應(yīng)時(shí)間縮短1/2以上，全面提升了應(yīng)急響應(yīng)的能力和水平。

4 展望

中國(guó)石化通過(guò)現(xiàn)階段智能化管線管理系統(tǒng)建設(shè)，形成了從管線勘測(cè)、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、加載入庫(kù)、三維展示、業(yè)務(wù)應(yīng)用等系列技術(shù)，研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能化管線管理系統(tǒng)軟件套件，獲得了一系列創(chuàng)新成果，形成了國(guó)內(nèi)首個(gè)能源行業(yè)集團(tuán)級(jí)管線管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了管線管理的數(shù)字化、可視化、標(biāo)準(zhǔn)化。但距離管線自動(dòng)化、智能化還有很大差距，距離“全面感知、分析優(yōu)化、協(xié)同智能、預(yù)測(cè)預(yù)警”的智能化目標(biāo)還有很長(zhǎng)的路要走。雖任重道遠(yuǎn)但時(shí)不我待，下一步將從應(yīng)用便捷化、管理全面化、預(yù)測(cè)預(yù)警智能化、平臺(tái)服務(wù)化4個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)提升完善建設(shè)，做到易用、好用，為油氣管線安全平穩(wěn)運(yùn)行提供有力支撐。