長輸管道智能化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

摘要：長輸管道智能化技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)方面核心領(lǐng)域，其發(fā)展方向?qū)艿廊芷诠芾硪约巴苿?dòng)油氣管道全面發(fā)展與起著積極的作用。本文介紹了目前國內(nèi)長輸管道智能化系統(tǒng)的組成及應(yīng)用現(xiàn)狀，并就未來管道智能化發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：長輸管道，智能化技術(shù)，現(xiàn)狀，展望

1.引言

長輸管道智能化技術(shù)是以工程數(shù)字交付的數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，開展建設(shè)期、運(yùn)營期的大數(shù)據(jù)分析與輔助智能決策。通過對(duì)物資調(diào)撥、工藝數(shù)據(jù)采集、設(shè)備維修、生產(chǎn)調(diào)度等數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類、關(guān)聯(lián)、分類和預(yù)測(cè)等大數(shù)據(jù)分析處理，為建設(shè)方提供資源平衡、質(zhì)量分析、設(shè)備預(yù)防性維護(hù)、運(yùn)行方案優(yōu)化等提供決策支持?，F(xiàn)階段建設(shè)方為提高效益、縮短工期、降低投資及運(yùn)營成本，正積極推行互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，通過長輸管道智能化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)管道全生命周期管理。

2.管道智能化系統(tǒng)組成及應(yīng)用

長輸管道工程從上世紀(jì)90年代開始管道信息化建設(shè)工作，近幾年來隨著PCM集成系統(tǒng)的引入，加速了智能化管道建設(shè)的進(jìn)程，特別是在漠大原油管道（二線）、西氣東輸閩粵支干線、中俄天然氣管道等幾項(xiàng)國家重點(diǎn)工程建設(shè)中，投資方開發(fā)以統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，云平臺(tái)為架構(gòu)的管道工程建設(shè)和運(yùn)營一體化的智能管理平臺(tái)，初步實(shí)現(xiàn)了工程的數(shù)字化移交、智能化運(yùn)營及管道全生命周期的管理。

目前國內(nèi)主流的管道智能化系統(tǒng)包括數(shù)字化設(shè)計(jì)、采辦智能化、施工智能化、智能管道4個(gè)分系統(tǒng)，其核心工作就是各階段數(shù)據(jù)無縫銜接，統(tǒng)一管理。

2.1數(shù)字化設(shè)計(jì)分系統(tǒng)

利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)平臺(tái)對(duì)各專業(yè)進(jìn)行三維協(xié)同數(shù)字化設(shè)計(jì)，結(jié)合大型設(shè)備的部件解構(gòu)，實(shí)現(xiàn)實(shí)體管道數(shù)字化，為后續(xù)采辦、施工、運(yùn)行數(shù)據(jù)搭建載體;同時(shí)云平臺(tái)的應(yīng)用，使設(shè)計(jì)成果的審查擺脫地域限制，實(shí)現(xiàn)監(jiān)理、業(yè)主遠(yuǎn)程訪問數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，在線審查。

1、基于地理信息系統(tǒng)的管道線路PCDS設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)信息整理、勘察測(cè)繪、三維設(shè)計(jì)模型到GIS系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。在統(tǒng)一平臺(tái)上，建立設(shè)計(jì)成果、專項(xiàng)評(píng)價(jià)（環(huán)境影響、地質(zhì)災(zāi)害、文物調(diào)查等）及地理信息DOM、DEM、DLG等數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)。

2、站場(chǎng)采用SPP&ID、SP3D開發(fā)的數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，采用SmartPlant、BIM等三維設(shè)計(jì)模型與三維地理信息平臺(tái)（GIS）模型轉(zhuǎn)換，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、矢量化、三維建模等處理，根據(jù)用戶的需求提供站場(chǎng)全數(shù)字化設(shè)計(jì)與交付。

3、工程建設(shè)方通過數(shù)字化設(shè)計(jì)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)在線審查及設(shè)計(jì)管理，設(shè)計(jì)云平臺(tái)內(nèi)置數(shù)字化成果審查軟件，業(yè)主能在設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)模型在線瀏覽、數(shù)據(jù)審查、在線意見反饋。

2.2采辦智能化分系統(tǒng)

物資采辦業(yè)務(wù)由集團(tuán)物資采辦系統(tǒng)、合同管理系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、PCM系統(tǒng)共同支撐，利用電子標(biāo)簽、衛(wèi)星定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物資采辦全過程動(dòng)態(tài)管理。

1、各方數(shù)據(jù)由ERP應(yīng)用項(xiàng)目集成，實(shí)現(xiàn)需求計(jì)劃、采購執(zhí)行、招評(píng)標(biāo)、采購合同、結(jié)算單據(jù)的自動(dòng)入庫，并采購過程進(jìn)展信息與采購過程形成的成果文件移交PCM系統(tǒng)。

2、物資供應(yīng)管理采用二維碼、RFID技術(shù)、移動(dòng)應(yīng)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物資數(shù)據(jù)采集及貨物批量驗(yàn)收等過程管理，數(shù)據(jù)一次采集、多處利用及各階段數(shù)據(jù)交互。

2.3施工智能化分系統(tǒng)

現(xiàn)場(chǎng)智能化管理是長輸管道智能化建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，管理助手，視頻監(jiān)控終端等設(shè)備可通過無線局域網(wǎng)接入前置服務(wù)器。結(jié)合二維碼、電子標(biāo)簽、攝像頭、手機(jī)等終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)過程的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視、感知和數(shù)據(jù)采集，真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程，及時(shí)完整進(jìn)行資料數(shù)字化移交歸檔，提高過程管控能力。

1、利用物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)應(yīng)用技術(shù)搭建二、三維地理信息系統(tǒng)，通過現(xiàn)場(chǎng)布控球，電流電壓等傳感器、A/D模塊、4G網(wǎng)絡(luò)模塊等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)施工數(shù)據(jù)的移動(dòng)采集、現(xiàn)場(chǎng)視頻、人臉識(shí)別、智能門禁、隧道人員定位等功能，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控。

2、線路工程以實(shí)體對(duì)象的焊口編碼和空間坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)焊口及其周邊相關(guān)環(huán)境的數(shù)據(jù)、模型、文檔的關(guān)聯(lián)管理。站場(chǎng)工程以實(shí)體對(duì)象的標(biāo)識(shí)碼（Item Tag），實(shí)現(xiàn)工程對(duì)象與其相關(guān)數(shù)據(jù)、模型、文檔關(guān)聯(lián)管理。

3、建立施工數(shù)據(jù)后臺(tái)可視化展示系統(tǒng)，全面、直觀地展示工程概況、管道走向、標(biāo)段劃分、機(jī)組定位、施工進(jìn)展、技術(shù)數(shù)據(jù)等內(nèi)容，完成施工及業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)的集成整合及可視化管控。

2.4智能管道分系統(tǒng)

利用地理信息系統(tǒng)（GIS）開發(fā)建設(shè)運(yùn)維一體化平臺(tái)，開展運(yùn)營期智能化管理系統(tǒng)開發(fā)，包含管道仿真、應(yīng)急指揮、生產(chǎn)調(diào)運(yùn)、設(shè)備管理、安全環(huán)保、輔助決策等功能模塊，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行管理的管道模型與數(shù)據(jù)集成，解決”信息孤島”，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

1、長輸管道仿真系統(tǒng)包括在線仿真、離線仿真、模擬培訓(xùn)等功能，優(yōu)選方案可用于指導(dǎo)調(diào)度，提高管道系統(tǒng)運(yùn)行效率和安全性。仿真系統(tǒng)可對(duì)建設(shè)管道業(yè)務(wù)活動(dòng)、高后果區(qū)管理、風(fēng)險(xiǎn)管理、完整性管理、維修維護(hù)及效能評(píng)估等進(jìn)行閉環(huán)式預(yù)管控。

2、管道調(diào)度運(yùn)行以SCADA系統(tǒng)為核心，各類感知元件與數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)油氣管道溫度、壓力、流量及硫化氫等危害物質(zhì)含量進(jìn)行監(jiān)控和報(bào)警分析，通過對(duì)操作原理、控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化與提升，實(shí)現(xiàn)調(diào)控中心對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行與設(shè)備的全面遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3、對(duì)管線安全、設(shè)備維護(hù)、生產(chǎn)調(diào)度和營銷統(tǒng)計(jì)等運(yùn)營數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為業(yè)主提供管線風(fēng)險(xiǎn)控制、設(shè)備預(yù)防性維修、運(yùn)行方案優(yōu)化和收輸銷存優(yōu)化等決策支持。

2.5管道智能化技術(shù)應(yīng)用

本節(jié)以西氣東輸閩粵支干線為例對(duì)管道智能系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀簡要介紹，該工程總長381km，工藝場(chǎng)站4座，閥室17座，設(shè)計(jì)壓力10.0MPa，設(shè)計(jì)輸量58.1×108m3/a。

建設(shè)方在可研階段就將管道智能化列為創(chuàng)新目標(biāo)，在實(shí)施過程中積極推進(jìn)。數(shù)字化設(shè)計(jì)階段同步維護(hù)數(shù)據(jù)、圖紙、模型17524條;在模型搭建30%、60%、90%三個(gè)節(jié)點(diǎn)，充分結(jié)合運(yùn)營需求進(jìn)行三維模型可視化審查，從源頭降低設(shè)計(jì)變更風(fēng)險(xiǎn)。采辦智能化依托ERP、PCM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能采購，廠家將設(shè)備三維模型，設(shè)計(jì)圖紙等信息維護(hù)至PCM系統(tǒng)，物資跟蹤、入庫驗(yàn)收、調(diào)令管理、調(diào)撥出庫等業(yè)務(wù)均實(shí)現(xiàn)智能化操作。施工智能化在現(xiàn)場(chǎng)部署視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過4G與互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)互聯(lián)，配備NVR和存儲(chǔ)卡，后臺(tái)CVR存儲(chǔ)與回看。建設(shè)期間施工智能化平臺(tái)完成焊接、射線及相控陣檢測(cè)系統(tǒng)錄入焊口數(shù)據(jù)151046條。智能管道階段西氣東輸管道公司使用調(diào)度優(yōu)化模型和仿真模擬模型，實(shí)現(xiàn)管道運(yùn)行優(yōu)化、安全風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急搶險(xiǎn)的交互聯(lián)動(dòng)響應(yīng)。并通過地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)、陰極保護(hù)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、無人機(jī)智能巡線等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管道安全平穩(wěn)運(yùn)行。

3.管道智能化技術(shù)展望

管道智能化技術(shù)以“互聯(lián)網(wǎng)+”和人工智能為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)智能感知、智能控制、優(yōu)化運(yùn)營，智能決策的目的。未來，管道智能化技術(shù)在以下三方面發(fā)展空間尤為寬廣。

1、研究整合非接觸檢測(cè)技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，配置激光雷達(dá)定位、音頻傳感、可燃?xì)怏w檢測(cè)等傳感裝置，實(shí)現(xiàn)全方位智能監(jiān)測(cè)。未來管道智能監(jiān)測(cè)技術(shù)的需求更迫切。

2、通過管道仿真模擬系統(tǒng)，進(jìn)行泄漏與檢測(cè)分析、運(yùn)行優(yōu)化與調(diào)峰以及事故狀態(tài)模擬，對(duì)保證管道運(yùn)行安全至關(guān)重要，未來管道仿真系統(tǒng)的研發(fā)空間更廣闊。

3、無人機(jī)巡護(hù)技術(shù)作為新鮮事物，需驗(yàn)證山區(qū)飛行的可靠性，驗(yàn)證無人機(jī)與地面巡檢的配合比。通過加載紅外夜間傳感器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)全天候采集、可燃毒害氣體空中監(jiān)測(cè)等功能。無人機(jī)巡護(hù)將大大降低管道的運(yùn)維巡護(hù)成本。

當(dāng)前，全球管道行業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展駛?cè)肟燔嚨溃碌脑鲩L動(dòng)力不斷積聚。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”與油氣管道建設(shè)行業(yè)的深度融合，建設(shè)智能管道，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化移交，全智能化運(yùn)營，全生命周期管理，正在成為行業(yè)發(fā)展的新目標(biāo)，

參考文獻(xiàn)：

[1]劉麗、楊興國，長輸管道SCADA系統(tǒng)冗余技術(shù)及應(yīng)用，《工業(yè)控制計(jì)算機(jī)》

作者簡介：

于濤（1977～），男，工程師，主要從事長輸管道項(xiàng)目管理及管道智能化技術(shù)研究。