昆侖能源公司安全生產(chǎn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實踐

中國石油天然氣股份有限公司天然氣銷售遼寧分公司 李福慶

昆侖數(shù)智科技有限公司 李新俊

北京華油聯(lián)合燃氣開發(fā)有限公司馬駒橋分公司 孫永兵

中國石油天然氣股份有限公司天然氣銷售公司 毛 勇

當今世界以云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈等為代表的數(shù)字技術孕育興起，推動著傳統(tǒng)油氣行業(yè)對其組織、流程、業(yè)務模式和員工能力等方面重新定義，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035 年遠景目標綱要》《“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+安全生產(chǎn)”行動計劃(2021—2023 年)》等政策文件提出推進安全隱患治理體系建設，提升數(shù)字化治理能力，加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型。多年來，中國石油天然氣股份有限公司天然氣銷售分公司(昆侖能源有限公司)(以下簡稱昆侖能源公司)積極探索安全生產(chǎn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作，先后建立了車輛GPS 系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、LPG 營銷系統(tǒng)、管網(wǎng)風險數(shù)據(jù)庫、管道生產(chǎn)管理系統(tǒng)、天然氣銷售系統(tǒng)等22 個信息化管理系統(tǒng)。系統(tǒng)之間未能有效整合對接，基層單位多系統(tǒng)、多平臺運行，存在系統(tǒng)邊界不清、數(shù)據(jù)共享不及時、信息海量和數(shù)據(jù)利用率較低等問題，造成風險管控不到位、完整性管理不到位、專業(yè)化管理不到位和管理粗放效率不高等弊端。

針對上述問題，昆侖能源公司從滿足生產(chǎn)運行統(tǒng)一管控、支撐重要生產(chǎn)業(yè)務開展、輔助基層日常工作進行、提升安全應急管理水平等4 項需求出發(fā)，按照頂層設計、統(tǒng)一架構、系統(tǒng)集成、需求驅(qū)動的總體方針，借鑒行業(yè)最佳實踐，以安全生產(chǎn)風險受控為目標，歷時數(shù)年，搭建完成一套生產(chǎn)管理系統(tǒng)，助力天然氣銷售城鎮(zhèn)燃氣、支線管道、加氣站、LNG接收站、LNG 工廠、LPG 六大業(yè)務的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1 數(shù)字化技術路線

昆侖能源公司由于點多、線長、面廣、業(yè)務種類多，所以生產(chǎn)管理系統(tǒng)打破了以往業(yè)務應用系統(tǒng)鐵板一塊的設計模式，采用功能模塊化，做到高內(nèi)聚、松耦合，系統(tǒng)架構層次化，降低信息數(shù)據(jù)、業(yè)務數(shù)據(jù)、用戶交互資源間的耦合度，應用功能能夠靈活的組合和封裝，且數(shù)據(jù)、處理邏輯等任何資源的變化不影響其他功能應用。

整個系統(tǒng)部署在中石油云平臺。采用“三臺一湖+三體系”總體架構，以滿足生產(chǎn)管理系統(tǒng)多業(yè)務應用、多流程交互、多系統(tǒng)集成、多數(shù)據(jù)匯聚的需求，支持業(yè)務的變化和發(fā)展需要。

(1) 三臺指基礎底臺、服務中臺和應用前臺。基礎底臺主要提供容器化部署和管理，并支持微服務開發(fā)部署，通過中間件提供相關服務。服務中臺向下采集基層業(yè)務數(shù)據(jù)，以集成方式與其他應用系統(tǒng)做數(shù)據(jù)集成，甚至功能和業(yè)務集成，搭建數(shù)據(jù)中臺；封裝公共技術服務和開發(fā)組件構建技術中臺；在公共服務的基礎上抽取共通業(yè)務，搭建業(yè)務中臺。應用前臺則基于服務中臺，按照業(yè)務主線，以生產(chǎn)動態(tài)管理、生產(chǎn)運行監(jiān)視、安全管理、設備管理、完整性管理、應急管理六大模塊為核心構建，同時配套系統(tǒng)管理、工作流、移動應用等功能，支持PC 端、大屏端、移動端應用。另外以綜合展示方式，提供生產(chǎn)管理業(yè)務域的GIS 專題圖、生產(chǎn)運行KPI、應急指揮、大屏展示等子功能。

(2) 一湖指統(tǒng)一數(shù)據(jù)入湖。本系統(tǒng)參照夢想云數(shù)據(jù)湖成果，構建管道數(shù)據(jù)湖，主要解決數(shù)據(jù)信息孤島問題，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)收集層進行基層數(shù)據(jù)采集和內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)集成，數(shù)據(jù)處理層則是數(shù)據(jù)標準化、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和清洗等，數(shù)據(jù)應用層提供公共數(shù)據(jù)接口及制定數(shù)據(jù)指標等，為其他層提供數(shù)據(jù)支撐，最終減少基層的數(shù)據(jù)操作工作量，增加管理層數(shù)據(jù)的完整性，同時為領導層提供數(shù)據(jù)決策支持。

(3) 三體系指信息系統(tǒng)建設標準體系、信息系統(tǒng)建設安全防護體系和DevOps 開發(fā)運維體系。

2 系統(tǒng)架構及功能設計

2.1 業(yè)務及部署架構

業(yè)務架構按照總部與二級單位、三級單位以及基層站隊的三層業(yè)務架構設計原則，實現(xiàn)了縱向到底、橫向到邊的業(yè)務全覆蓋，見表1?；贒ocker＋K8S 的PaaS 云架構的技術路線，建立微服務架構體系，形成“模塊化、迭代式”敏捷開發(fā)模式，具備先進、開放和可拓展的技術特點，為國內(nèi)油氣和城鎮(zhèn)燃氣管道業(yè)務領域首次實際應用，見圖1。

圖1 生產(chǎn)系統(tǒng)管理部署架構

采用全量功能總部集中部署，前置應用區(qū)域(省)中心的總分式兩級部署架構。應用架構為總部、二級單位、三級單位以及基層場站+外部客戶的四級應用架構。

2.2 集成方案及功能設計

在集成方案方面為了實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的互通和共享，滿足昆侖能源公司批零一體化要求，完成與管道生產(chǎn)管理系統(tǒng)(A3)、地理信息系統(tǒng)(A4)、天然氣零售系統(tǒng)(A10)、天然氣銷售運行管理系統(tǒng)(A13)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車輛GPS 定位系統(tǒng)、短信管理系統(tǒng)等22 個統(tǒng)/自建系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成對接，解決了公司數(shù)據(jù)信息孤島、基層人員重復填報問題。

建立統(tǒng)一的規(guī)范標準和監(jiān)視平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)運行、重點設備、調(diào)壓箱、閥井、智能陰保樁等相關監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時獲取、遠程診斷、及時預警、輔助決策。功能設計主要考慮了基礎服務、通用功能和專業(yè)應用功能等3 方面。其中專業(yè)應用功能按照城鎮(zhèn)燃氣、支線管道、加氣站、LNG 接收站、LNG工廠、LPG 六大業(yè)務線設計，包括生產(chǎn)動態(tài)、運行監(jiān)視、管道完整性、安全管理、設備管理、應急管理，以及綜合展示，并配套系統(tǒng)功能、智能報表和移動應用等基礎服務和通用功能小計達50 項。

2.3 智能感知終端

生產(chǎn)管理系統(tǒng)接入了場站SCADA 系統(tǒng)、遠傳調(diào)壓箱、智能閥門井、智能陰保樁、智能管道標識、地質(zhì)災害易發(fā)點檢測裝置等設備的實時采集數(shù)據(jù)，從而開展綜合監(jiān)視分析，為管網(wǎng)調(diào)度平衡和應急響應提供數(shù)據(jù)支撐。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1) 通過對場站壓縮機/泵的進出口壓力、溫度、功率，儲罐的液位、壓力、溫度等參數(shù)實時監(jiān)測，實現(xiàn)重點設備運行狀態(tài)和故障情況的智能分析診斷。(2) 監(jiān)視重點工商業(yè)用戶調(diào)壓箱通信狀態(tài)、實時壓力、供電電壓，超出安全限值時自動產(chǎn)生報警，通過GIS數(shù)字地圖定位調(diào)壓箱位置，支持人員快速排查問題。(3) 監(jiān)視通電電位、斷電電位、自然電位、交流電壓、直流電流，自動識別異常數(shù)據(jù)并提醒，通過歷史趨勢曲線圖功能查詢各項參數(shù)波動情況。(4)監(jiān)視井內(nèi)燃氣濃度、水位情況、溫度以及井蓋移動情況，結合GIS 數(shù)字地圖快速定位，實現(xiàn)了閥門井的可見、可控、可管理，降低燃氣泄漏或者井蓋丟失造成的安全風險。

3 系統(tǒng)亮點及創(chuàng)新

系統(tǒng)創(chuàng)新有以下幾點：

(1) 管道數(shù)據(jù)模型。結合昆侖能源管道特點，吸收消化APDM (ArcGis Pipeline Date Model:ArcGis：管道數(shù)據(jù)模型)和UPDM(Utility and Pipeline Date Model：公共管道數(shù)據(jù)模型)的優(yōu)點，兼容CJJ/T 269—2017《城市綜合地下管線信息系統(tǒng)技術規(guī)范》中數(shù)據(jù)成果，擯棄UPDM 對ArcGis 軟件的依賴，具有專業(yè)性強等特點，創(chuàng)造性地提出KLPDM(昆侖管道數(shù)據(jù)模型)，作為昆侖能源生產(chǎn)管理系統(tǒng)管道完整性管理模塊核心，并建立了企業(yè)級管道管理標準規(guī)范。

(2) 數(shù)字化管道方案。通過數(shù)字化管道完整性管理方案[1-3]，將體系文件的管理要求直接轉(zhuǎn)化成高后果區(qū)識別、密閉空間識別、地質(zhì)災害調(diào)查、泄露檢測、管道巡檢、腐蝕防護、管道保護、風險評價、完整性評價等9 大類具體工作計劃和任務，實現(xiàn)體系文件落地和管道完整性管理的閉合管理循環(huán)。

(3) 建立標準規(guī)范。通過梳理昆侖能源管道及設備業(yè)務功能，配套生產(chǎn)管理系統(tǒng)完成管道與設備管理相關標準11 項，保證了系統(tǒng)的推廣與應用。

4 應用分析

4.1 管道完整性管理

管道完整性管理的應用主要在3 個階段。

(1) 管道基礎數(shù)據(jù)入庫。通過基于北斗位置服務的高精度自主采集工具應用、第三方測繪數(shù)據(jù)批量導入、竣工圖紙在線標繪等方法，快速推進昆侖能源公司支線及城鎮(zhèn)燃氣管道數(shù)字化，實現(xiàn)管道主體結構、管道附屬結構、陰極保護設施、管道周邊環(huán)境等基礎數(shù)據(jù)快速數(shù)字化。內(nèi)置專業(yè)數(shù)據(jù)入庫校驗工具，對測繪數(shù)據(jù)提供可視化校驗檢查，數(shù)據(jù)質(zhì)量一目了然，為測繪數(shù)據(jù)驗收、驗證提供直觀判斷依據(jù)，保證入庫數(shù)據(jù)的準確性、可靠性、可用性。

(2) 管道完整性管控。通過系統(tǒng)衛(wèi)星影像初步判斷+現(xiàn)場調(diào)查的方法準確識別高后果區(qū)，有針對性地制定“專項一區(qū)一案”，現(xiàn)場采用AI 智能攝像頭、加密標識、無人機智能巡檢、重點區(qū)域安裝可燃氣體檢測裝置等手段，實現(xiàn)對高后果區(qū)的全天候監(jiān)控。通過系統(tǒng)內(nèi)置的支線管道和城燃金屬/非金屬管道的風險評價模型，采用系統(tǒng)提供的風險評價工具準確判定管段風險等級及主要風險類型，助力企業(yè)準確高效地采取管理措施，實現(xiàn)管道風險的精準管控。采用基于北斗精準定位的移動應用，實現(xiàn)密閉空間的準確高效采集，并進行風險等級劃分。泄漏事件發(fā)生時可快速定位周邊密閉空間，立即開展可燃氣檢測，智能關閥分析，避免串氣造成的嚴重后果。根據(jù)管道分布情況和運行特點，對管網(wǎng)進行網(wǎng)格化管理，明確責任人，管理范圍，做到城燃管網(wǎng)管理的精細化、準確化。利用管道GIS 地圖[4]實時監(jiān)控巡線任務執(zhí)行情況，掌握人員實際位置，查看現(xiàn)場上報事件及監(jiān)護執(zhí)行情況，實現(xiàn)人員實時統(tǒng)籌調(diào)配。通過移動APP 與PC 功能結合，將第三方施工標準處置流程固化到系統(tǒng)中，并在現(xiàn)場配置移動AI 攝像頭，實現(xiàn)第三方施工全過程管控。系統(tǒng)內(nèi)置了國家標準要求的11 類、38 項腐蝕防護相關的判定準則，在PC 端設置判定條件，支持智能陰保樁數(shù)據(jù)遠傳和人工錄入，并自動分析判斷，將腐蝕風險控制在可接受的范圍內(nèi)。

(3) 管道數(shù)字地圖輔助決策。通過系統(tǒng)GIS 地圖功能，利用支線及城鎮(zhèn)燃氣管道高后果區(qū)、風險評價、密閉空間、內(nèi)外檢測、巡線監(jiān)控、地質(zhì)災害管理、關閥分析、片區(qū)管理等19 張專題圖的全面應用，強化重點區(qū)域、重要管段、重點時段的實時監(jiān)視、及時預警、智能處置，高效支持管道風險識別、管控及突然事件應急處置，全面滿足國家數(shù)字化地圖管控要求，輔助管理決策。

4.2 安全生產(chǎn)運行管理

通過標準化工作流程，自動派發(fā)工作任務、快捷統(tǒng)計工作成效，實時監(jiān)控、自動采集、及時預警、快速生成任務工單，推動安全生產(chǎn)管理模式向“無人化、智能化、集約化”轉(zhuǎn)變。

(1) 生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析和應用。重點設備監(jiān)視過程中，自動采集的運行數(shù)據(jù)運用到值班記錄表的自動生成中，減少繁雜的手工錄入工作，提高工作效率。根據(jù)實時用氣量預測全天累計用量，對比計劃量提醒調(diào)度人員及時溝通用戶，調(diào)整用氣進度，確保日用氣量波動處于±3%的范圍之內(nèi)，實現(xiàn)供氣調(diào)度的準確性。提供門站日實際進氣量和預測進氣量及計劃量分析圖、流量趨勢圖、進氣進度與時間進度分析圖、溫度趨勢圖、壓力趨勢圖、工業(yè)用氣量與總進氣量監(jiān)測分析圖，智能分析預測場站進銷情況，指導調(diào)度人員及時調(diào)整上下游運行，優(yōu)化調(diào)度，確保供銷平衡。利用計量點信息及計量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)購銷計量網(wǎng)絡可視化、輸差自動計算以及異常預警。

(2) 作業(yè)風險管控?；诒倍返母呔榷ㄎ患夹g，利用電子圍欄技術，將原來紙質(zhì)的危險作業(yè)票進行電子化，支持防爆移動終端手動簽批，將作業(yè)全過程信息化和規(guī)范化，從風險評估、作業(yè)申請、作業(yè)審批、作業(yè)實施、作業(yè)關閉、統(tǒng)計歸檔等6 個環(huán)節(jié)實現(xiàn)現(xiàn)場危險作業(yè)的全流程精細化管控，有效解決作業(yè)票填寫不規(guī)范、不到現(xiàn)場簽發(fā)或事后補票和補簽等問題，降低了現(xiàn)場危險作業(yè)風險。

4.3 應急管理

以GIS 地圖平臺為載體，建立企業(yè)重點防護目標、應急救援力量、重大危險源分布、應急物資庫、應急物資儲備、應急供氣裝置、應急事件等應急專題圖層，集成氣象信息、工業(yè)視頻監(jiān)控和應急車輛定位等信息，為應急指揮提供空間信息支持、空間分析決策支持、圖形化輔助決策支持。一方面，“平時”通過周邊環(huán)境、救援隊伍、防護目標、應急專家、預案數(shù)字化等基礎數(shù)據(jù)動態(tài)維護和線上全流程應急演練，應急資源立體聯(lián)動，持續(xù)優(yōu)化應急預案，鍛煉隊伍、健全應急管理體系，增強預案的針對性、適用性和有效性線上全流程演練；另一方面，“戰(zhàn)時”則可實現(xiàn)應急資源調(diào)度、應急態(tài)勢研判、應急信息共享、快速事件處置，實現(xiàn)“平戰(zhàn)一體”，提升應急處置能力。

4.4 設備管理

以設備實物管理為中心，利用信息化技術將設備在使用、維護、修理、檢驗、變更、閑置、封存和報廢環(huán)節(jié)形成的履歷信息數(shù)字化，達到設備從投產(chǎn)到報廢的全流程管控。通過重點設備狀態(tài)的切換/持續(xù)時間的運行狀態(tài)可視及運行時間的自動分析統(tǒng)計，為設備開機率、使用率等指標提供數(shù)據(jù)基礎?；谀甓染S檢修預算申報管理模式，建立了可在線審核、監(jiān)管、查閱的設備年度工作計劃管理平臺，為維修費用精細化管理奠定基礎。固化特種設備、電氣設備等國家規(guī)定的檢定周期，實現(xiàn)作業(yè)在線定標、到期預警自動提醒、作業(yè)結論快捷維護的周期性作業(yè)閉環(huán)管理。利用防爆移動終端，將公司“三冊三卡一清單”植入系統(tǒng)，借助北斗定位技術，通過移動巡檢、故障申報、維修處理、智能統(tǒng)計等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)場站智能化巡檢和運維。

5 結語

昆侖能源公司經(jīng)過多年探索、開發(fā)及應用，初步搭建完成一套先進適用、專業(yè)高效、滿足生產(chǎn)安全和應急管理實際的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，基本實現(xiàn)了城鎮(zhèn)燃氣、支線管道、加氣站、LNG 接收站、LNG工廠、LPG 六大業(yè)務安全生產(chǎn)的“實時監(jiān)控、安全管控、平戰(zhàn)一體、便捷應用、智能分析”的應用目標，對確保我國能源戰(zhàn)略應用市場發(fā)展和推廣起到積極作用。未來昆侖能源將緊貼我國能源戰(zhàn)略的特色需求，圍繞“高質(zhì)量建設國內(nèi)領先、世界一流的天然氣能源企業(yè)”戰(zhàn)略目標，強化核心技術攻關，加強科技成果轉(zhuǎn)化，奮力推進能源企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型智能化發(fā)展。