長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

馬貴利 劉海峰 彭 磊 王 浩 魏群坤 袁 豹 何炆憶 陳彬源

（1.中國(guó)石油青海油田公司管道處，青海 格爾木 816000；2.中國(guó)石油西南油氣田公司，四川 成都 610000；3.中國(guó)石油西南油氣田公司蜀南氣礦，四川 瀘州 646000；4.四川華油集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610023；5.中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司，四川 成都 610000）

0 引言

長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理技術(shù)是當(dāng)前以及未來(lái)油氣輸送必不可少的技術(shù)手段，通過(guò)智慧化管理技術(shù)的應(yīng)用使得數(shù)字化管道發(fā)展為智慧化管道，實(shí)現(xiàn)油氣輸送的智慧化管理，在降低油氣輸送能源損耗的同時(shí)提高油氣輸送各個(gè)環(huán)節(jié)的效率，從根本上有利于推動(dòng)能源行業(yè)以及社會(huì)整體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展［1］?，F(xiàn)階段我國(guó)長(zhǎng)輸油氣管道智能化管理應(yīng)用已經(jīng)較為普遍，但智慧化管理尚處于起步階段，管道智能管理的關(guān)鍵技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為成熟，而智慧化管理技術(shù)仍然處于起步階段，還具有著較大的發(fā)展空間。智能管理主要體現(xiàn)在長(zhǎng)輸油氣管道各類運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和管理上［2］，智慧化管理要求我們的管理系統(tǒng)能通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行數(shù)據(jù)收集后，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)判斷或預(yù)判我們油氣管道在運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并能初步判斷出現(xiàn)問(wèn)題的原因，甚至能提出解決問(wèn)題的方案。在未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展過(guò)程中，油氣企業(yè)應(yīng)當(dāng)以長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理為發(fā)展方向不斷加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的研究力度，推動(dòng)長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理水平向更高層次發(fā)展。

1 長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理應(yīng)用概述

1.1 我國(guó)長(zhǎng)輸油氣管道智慧化發(fā)展歷程

長(zhǎng)輸油氣管道在世界各國(guó)能源輸送過(guò)程中均占據(jù)著無(wú)與倫比的重要作用，我國(guó)從20世紀(jì)70年代便開始了長(zhǎng)輸油氣管道的建設(shè)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，現(xiàn)階段我國(guó)的長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理技術(shù)得到了初步的應(yīng)用，特別是無(wú)人值守、遠(yuǎn)程控制、事件預(yù)判和集中調(diào)控技術(shù)在我國(guó)近年建設(shè)的長(zhǎng)輸管道上均得到了體現(xiàn)［3-5］，標(biāo)志著我國(guó)長(zhǎng)輸管道智慧化管理取得了顯著成果。

隨著現(xiàn)階段各種先進(jìn)技術(shù)的愈加成熟，長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理技術(shù)發(fā)展得也是愈加迅速，無(wú)人值守、自動(dòng)控制和事件預(yù)判是我國(guó)長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)。而想要完全實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，那么最關(guān)鍵的便是需要引入各種先進(jìn)技術(shù)到長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理中［6］，從長(zhǎng)輸油氣管道前期建設(shè)開始，便應(yīng)當(dāng)注重于智慧化設(shè)施設(shè)備的應(yīng)用，利用現(xiàn)代信息化手段，從長(zhǎng)輸油氣管道的線路走向、站場(chǎng)建設(shè)開始便實(shí)現(xiàn)完整性管理，采取仿真技術(shù)對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道將來(lái)的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行模擬，分析所獲取的模擬數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)一步明確長(zhǎng)輸油氣管道的能源損耗以及輸送效益等，從而以此來(lái)達(dá)到確定長(zhǎng)輸油氣管道最佳建設(shè)方案和運(yùn)行方案的目的。同時(shí)通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)不僅能夠使得長(zhǎng)輸油氣管道的數(shù)據(jù)收集分析更加方便，而且還能夠?qū)﹂L(zhǎng)輸油氣管道進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)管理，一旦長(zhǎng)輸油氣管道運(yùn)行過(guò)程中某一地方出現(xiàn)石油天然氣泄漏等問(wèn)題，那么長(zhǎng)輸油氣管道智慧管理系統(tǒng)將及時(shí)監(jiān)測(cè)到泄漏風(fēng)險(xiǎn)并根據(jù)實(shí)際情況發(fā)出警報(bào)，提出搶救措施，可以說(shuō)長(zhǎng)輸油氣管道智慧化技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向便是實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)人值守、遠(yuǎn)程控制和事件預(yù)判，通過(guò)智慧化技術(shù)手段來(lái)對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道進(jìn)行管理，既可保證長(zhǎng)輸油氣管道的輸送安全性，還能提高其輸送效率［7-10］。

1.2 長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理的必要性

當(dāng)前我國(guó)長(zhǎng)輸油氣管道基本都采用了數(shù)字化管理技術(shù)，但是隨著《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》等政策的推出，數(shù)字管道已經(jīng)無(wú)法滿足能源行業(yè)的發(fā)展需求，須轉(zhuǎn)變?yōu)橹腔刍艿啦拍軌蚋玫赝苿?dòng)長(zhǎng)輸油氣管道自身功能作用的發(fā)揮［11］。到2016年我國(guó)已實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)長(zhǎng)輸油氣管道到數(shù)字管道的全方位轉(zhuǎn)變，但是隨著相關(guān)技術(shù)和社會(huì)的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段的數(shù)字管理也不得不向智慧化管道進(jìn)行發(fā)展，才能適應(yīng)現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)社會(huì)的管理要求，促進(jìn)長(zhǎng)輸管道向智慧化管理方面進(jìn)步，因?yàn)樵谥腔刍墓芾碇?，長(zhǎng)輸油氣管道整體的輸送安全性將得到大幅度提升，輸送效益也將得到大幅度提高，對(duì)于油氣行業(yè)的發(fā)展也能夠不斷發(fā)揮出極其重要的推動(dòng)作用［12-17］。

2 長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理的新模式

隨著石油天然氣長(zhǎng)輸管道輸送業(yè)務(wù)需求的不斷增多，傳統(tǒng)的長(zhǎng)輸油氣管道管理方式已經(jīng)逐漸無(wú)法滿足行業(yè)的發(fā)展需求，將長(zhǎng)輸油氣管道進(jìn)行智慧化管理，融入仿真、信息、自動(dòng)化以及人工智慧等多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)輸油氣管道無(wú)人管理模式，提高長(zhǎng)輸油氣管道的調(diào)度效率和安全運(yùn)行水平，以智慧化的方式來(lái)推動(dòng)長(zhǎng)輸油氣管道整體效益的提升。

2.1 智慧化管道的功能

1）長(zhǎng)輸油氣管道調(diào)度。長(zhǎng)輸油氣管道在進(jìn)行石油天然氣輸送的時(shí)候?qū)Ω鱾€(gè)方面的參數(shù)都有著較高的要求，智慧化長(zhǎng)輸油氣管道則能夠?qū)崿F(xiàn)智慧調(diào)度的目的。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的智慧化軟件系統(tǒng)，基于神經(jīng)元算法和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，基本能提供油氣管道在不同的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，不同的油氣輸送需求模擬，并依據(jù)大數(shù)據(jù)分析，能提出具體的調(diào)度要求。智慧控制系統(tǒng)能夠?qū)τ蜌膺M(jìn)行快速合理的自動(dòng)規(guī)劃分配，一方面能夠保證油氣輸送量的精準(zhǔn)性，降低人為因素導(dǎo)致油氣輸送量與需求量之間出現(xiàn)差距的可能性；另一方面則能夠減少油氣分配過(guò)程中出現(xiàn)的失誤，長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理可根據(jù)油氣管道實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)管道輸送系統(tǒng)設(shè)備和控制系統(tǒng)下達(dá)對(duì)應(yīng)指令，設(shè)備和控制系統(tǒng)在指令下展開工作，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)輸油氣管道的遠(yuǎn)程無(wú)人調(diào)度，同時(shí)在油氣輸送過(guò)程中智慧化管理系統(tǒng)還能夠?qū)﹂L(zhǎng)輸油氣管道運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保了長(zhǎng)輸油氣管道運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

2）長(zhǎng)輸油氣管道運(yùn)行管理。智慧管道管理系統(tǒng)通過(guò)長(zhǎng)輸油氣管道已有SCADA系統(tǒng)可對(duì)管道運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行管理，一方面可以對(duì)油氣輸送過(guò)程中產(chǎn)生的各方面數(shù)據(jù)進(jìn)行全面地收集和分析，以此來(lái)達(dá)到判斷油氣在傳輸過(guò)程中能源損耗嚴(yán)重程度的目的；另一方面則能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道的全通道監(jiān)測(cè)管控，整條長(zhǎng)輸油氣管道的全面監(jiān)測(cè)能夠直觀地將油氣的實(shí)時(shí)輸送狀態(tài)顯示出來(lái)，如果長(zhǎng)輸油氣管道某一位置發(fā)生油氣泄漏或遭到第三方破壞等問(wèn)題時(shí)，那么長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理系統(tǒng)能夠在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)事件發(fā)生位置并發(fā)出相應(yīng)警報(bào)，維修人員根據(jù)長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理系統(tǒng)的警報(bào)內(nèi)容到達(dá)指定位置對(duì)其進(jìn)行維修，同時(shí)長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)油氣泄漏的時(shí)候也會(huì)對(duì)事件發(fā)生點(diǎn)管道兩邊進(jìn)行遠(yuǎn)程關(guān)閉，以此來(lái)達(dá)到降低油氣泄漏數(shù)量的目的［18］。

3）長(zhǎng)輸油氣管道的信息管理。長(zhǎng)輸油氣管道油氣輸送工作中所涉及到的各類信息是非常多的，智慧化管道能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信息的智慧化管理，這主要是因?yàn)橹腔刍芾硐到y(tǒng)與長(zhǎng)輸管道各類數(shù)據(jù)采集設(shè)備均有接口進(jìn)行連接，包括SCADA系統(tǒng)，油氣站場(chǎng)電力系統(tǒng)，水處理系統(tǒng)，腐蝕檢測(cè)系統(tǒng)等。而信息管理則是智慧化管理系統(tǒng)功能作用發(fā)揮的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)油氣輸送涉及到的相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在長(zhǎng)輸油氣管道系統(tǒng)內(nèi)對(duì)油氣輸送的溫度、壓力等各個(gè)方面數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，確保長(zhǎng)輸油氣管道處于安全輸送狀態(tài)下。與此同時(shí)，在長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理中GIS技術(shù)也有著較為重要的應(yīng)用，通過(guò)GIS技術(shù)能夠?qū)㈤L(zhǎng)輸油氣管道線路進(jìn)行地理信息采集，使得長(zhǎng)輸油氣管道的各個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有著地理位置信息，在對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)或者處理故障問(wèn)題時(shí)，才能夠更加快速地對(duì)其進(jìn)行定位，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)輸油氣管道線路的及時(shí)搶修。長(zhǎng)輸油氣管道大數(shù)據(jù)系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)收集到的相關(guān)信息進(jìn)行智慧化分析、整理和判斷，主要是因?yàn)橹腔酃艿来髷?shù)據(jù)系統(tǒng)具有專業(yè)的感知設(shè)備、精準(zhǔn)的布點(diǎn)方案、完善的監(jiān)測(cè)平臺(tái)和全局全鏈路監(jiān)控，其通過(guò)GIS技術(shù)能夠?qū)㈤L(zhǎng)輸油氣管道的管線位置全方位、多角度地進(jìn)行地理信息空間分布展示，通過(guò)數(shù)據(jù)采集、分析，明確不同管道的油氣輸送情況，從根本上有利于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)輸油氣管道的實(shí)時(shí)監(jiān)管［19］。

2.2 智慧化管道管理控制系統(tǒng)構(gòu)成及發(fā)展趨勢(shì)

1）模擬仿真系統(tǒng)。模擬仿真系統(tǒng)是長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理功能作用發(fā)揮的中心所在，也是長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理未來(lái)發(fā)展的主要方向。通過(guò)模擬仿真系統(tǒng)能夠?qū)㈤L(zhǎng)輸油氣管道在進(jìn)行油氣輸送過(guò)程中的狀態(tài)進(jìn)行模擬，不管是油氣輸送的能源損耗程度，還是長(zhǎng)輸油氣管道在輸送油氣中可能出現(xiàn)的各種故障均能夠被模擬出來(lái)。模擬仿真系統(tǒng)結(jié)合SCADA系統(tǒng)能夠在油氣輸送過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對(duì)其后期運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)估，提前預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)，從根本上有利于降低長(zhǎng)輸油氣管道出現(xiàn)問(wèn)題的可能性。

2）SCADA系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理的主要依靠，主要由調(diào)度控制中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、站控制系統(tǒng)、閥室RTU等組成，如圖1所示。通過(guò)SCADA系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道各個(gè)閥門的遠(yuǎn)程開啟關(guān)閉操控，在長(zhǎng)輸油氣管道輸送油氣過(guò)程中如若出現(xiàn)油氣泄漏等安全事故的話，SCADA系統(tǒng)便會(huì)直接對(duì)周圍閥門進(jìn)行關(guān)閉，從而達(dá)到對(duì)管道以及設(shè)備進(jìn)行保護(hù)的目的?，F(xiàn)階段SCADA系統(tǒng)在某些方面仍然存在著一些不足之處，油氣相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)持續(xù)加強(qiáng)對(duì)SCADA系統(tǒng)的研發(fā)，這樣才能夠更好地推動(dòng)長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理水平的提升。

圖1 SCADA系統(tǒng)

3）GIS技術(shù)。GIS也就是地理信息系統(tǒng)，指的是一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)測(cè)繪地理信息技術(shù)，將GIS技術(shù)應(yīng)用到長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理中，能夠更加精準(zhǔn)地將長(zhǎng)輸油氣管道所處位置的地理信息和社會(huì)環(huán)境信息模擬到智慧化管理系統(tǒng)中，通過(guò)GIS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不斷地對(duì)系統(tǒng)中的地理信息、社會(huì)環(huán)境信息進(jìn)行更新，有利于提升智慧化管理系統(tǒng)的管理水平和事件預(yù)判精準(zhǔn)度。同時(shí)在油氣輸送過(guò)程中，長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理系統(tǒng)能夠根據(jù)GIS技術(shù)對(duì)各節(jié)管道的應(yīng)用狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取管道不同位置的油氣輸送狀態(tài)、管道氣壓、溫度等各方面情況，用以監(jiān)測(cè)長(zhǎng)輸油氣管道運(yùn)行過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題量化計(jì)算、定性分析，并研究產(chǎn)生這種問(wèn)題的原因，為長(zhǎng)輸油氣管道后期維護(hù)和調(diào)度工作做準(zhǔn)備［20］。

2.3 無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理中的應(yīng)用

近年無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在長(zhǎng)輸油氣管道方面也有著極其廣泛的應(yīng)用，涉及山區(qū)管道巡檢、沙漠戈壁油氣管道監(jiān)視、災(zāi)后次生災(zāi)害評(píng)價(jià)、漏油和盜油點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)定位等各方面。無(wú)人機(jī)相對(duì)于普通飛機(jī)而言，具有體積小、重量輕、成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單、使用靈活等特點(diǎn)。在管道作業(yè)中效率高，機(jī)動(dòng)靈活，使用方便，可以承擔(dān)高風(fēng)險(xiǎn)的飛行任務(wù)，為長(zhǎng)輸管道管理提供了一種新的選擇。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在管道巡線中，可獲得管道沿線高后果區(qū)地段的數(shù)據(jù)，避免由于人工巡線不及時(shí)或無(wú)法到達(dá)造成數(shù)據(jù)遺漏，可補(bǔ)充傳統(tǒng)人工巡線方式的不足；在管道搶險(xiǎn)中，利用無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)傳回的視頻圖像，能清晰地辨識(shí)現(xiàn)場(chǎng)情況，并能做到定點(diǎn)跟蹤，第一時(shí)間掌握潛在危險(xiǎn)地點(diǎn)，為防止險(xiǎn)情發(fā)生節(jié)約時(shí)間。此外，還可精準(zhǔn)定位、不定時(shí)監(jiān)控漏油盜油點(diǎn)，監(jiān)控管道沿線危害管道安全的外部施工作業(yè)等，對(duì)保障管道時(shí)刻安全運(yùn)行，可發(fā)揮重要作用。無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)和智慧化管理系統(tǒng)相結(jié)合，可大大方便智慧化管理系統(tǒng)時(shí)刻對(duì)管道監(jiān)控，方便智慧化管理系統(tǒng)時(shí)刻進(jìn)行各類信息的采集和更新，對(duì)提高智慧化管理系統(tǒng)的事件預(yù)判水平有重要作用。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、科技水平的不斷進(jìn)步與發(fā)展，對(duì)于能源資源的運(yùn)用以及達(dá)到新的需求高度，我國(guó)相關(guān)企業(yè)應(yīng)不斷加強(qiáng)長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理的建設(shè)和發(fā)展，積極將各種先進(jìn)技術(shù)與長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理業(yè)務(wù)進(jìn)行深度融合，特別是GIS技術(shù)和無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理中的應(yīng)用對(duì)促進(jìn)長(zhǎng)輸油氣管道智慧化管理水平進(jìn)一步提高具有重要作用，對(duì)實(shí)現(xiàn)油氣輸送的高效管理和安全運(yùn)營(yíng)具有十分重大意義。