長輸管道智能化技術應用現狀與展望

摘要：長輸管道智能化技術是現代科學技術方面核心領域，其發展方向對管道全生命周期管理以及推動油氣管道全面發展與起著積極的作用。本文介紹了目前國內長輸管道智能化系統的組成及應用現狀，并就未來管道智能化發展趨勢進行展望。

關鍵詞：長輸管道，智能化技術，現狀，展望

1.引言

長輸管道智能化技術是以工程數字交付的數據模型為基礎，開展建設期、運營期的大數據分析與輔助智能決策。通過對物資調撥、工藝數據采集、設備維修、生產調度等數據進行聚類、關聯、分類和預測等大數據分析處理，為建設方提供資源平衡、質量分析、設備預防性維護、運行方案優化等提供決策支持。現階段建設方為提高效益、縮短工期、降低投資及運營成本，正積極推行互聯網、云計算、大數據等先進技術，通過長輸管道智能化技術來實現管道全生命周期管理。

2.管道智能化系統組成及應用

長輸管道工程從上世紀90年代開始管道信息化建設工作，近幾年來隨著PCM集成系統的引入，加速了智能化管道建設的進程，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國家重點工程建設中，投資方開發以統一數據庫為基礎，云平臺為架構的管道工程建設和運營一體化的智能管理平臺，初步實現了工程的數字化移交、智能化運營及管道全生命周期的管理。

目前國內主流的管道智能化系統包括數字化設計、采辦智能化、施工智能化、智能管道4個分系統，其核心工作就是各階段數據無縫銜接，統一管理。

2.1數字化設計分系統

利用先進的設計平臺對各專業進行三維協同數字化設計，結合大型設備的部件解構，實現實體管道數字化，為后續采辦、施工、運行數據搭建載體;同時云平臺的應用，使設計成果的審查擺脫地域限制，實現監理、業主遠程訪問數字化設計平臺，在線審查。

1、基于地理信息系統的管道線路PCDS設計平臺，實現基礎信息整理、勘察測繪、三維設計模型到GIS系統的轉換。在統一平臺上，建立設計成果、專項評價（環境影響、地質災害、文物調查等）及地理信息DOM、DEM、DLG等數據的關聯。

2、站場采用SPP&ID、SP3D開發的數字化設計系統，采用SmartPlant、BIM等三維設計模型與三維地理信息平臺（GIS）模型轉換，對數據進行結構化、矢量化、三維建模等處理，根據用戶的需求提供站場全數字化設計與交付。

3、工程建設方通過數字化設計云平臺實現在線審查及設計管理，設計云平臺內置數字化成果審查軟件，業主能在設計過程中實現模型在線瀏覽、數據審查、在線意見反饋。

2.2采辦智能化分系統

物資采辦業務由集團物資采辦系統、合同管理系統、ERP系統、PCM系統共同支撐，利用電子標簽、衛星定位技術，實現物資采辦全過程動態管理。

1、各方數據由ERP應用項目集成，實現需求計劃、采購執行、招評標、采購合同、結算單據的自動入庫，并采購過程進展信息與采購過程形成的成果文件移交PCM系統。

2、物資供應管理采用二維碼、RFID技術、移動應用技術，實現物資數據采集及貨物批量驗收等過程管理，數據一次采集、多處利用及各階段數據交互。

2.3施工智能化分系統

現場智能化管理是長輸管道智能化建設的重要環節，管理助手，視頻監控終端等設備可通過無線局域網接入前置服務器。結合二維碼、電子標簽、攝像頭、手機等終端設備，實現工程建設過程的實時視頻監視、感知和數據采集，真實反映現場作業過程，及時完整進行資料數字化移交歸檔，提高過程管控能力。

1、利用物聯網和移動應用技術搭建二、三維地理信息系統，通過現場布控球，電流電壓等傳感器、A/D模塊、4G網絡模塊等技術手段實現施工數據的移動采集、現場視頻、人臉識別、智能門禁、隧道人員定位等功能，實現關鍵作業現場視頻監控。

2、線路工程以實體對象的焊口編碼和空間坐標，實現焊口及其周邊相關環境的數據、模型、文檔的關聯管理。站場工程以實體對象的標識碼（Item Tag），實現工程對象與其相關數據、模型、文檔關聯管理。

3、建立施工數據后臺可視化展示系統，全面、直觀地展示工程概況、管道走向、標段劃分、機組定位、施工進展、技術數據等內容，完成施工及業務管理數據的集成整合及可視化管控。

2.4智能管道分系統

利用地理信息系統（GIS）開發建設運維一體化平臺，開展運營期智能化管理系統開發，包含管道仿真、應急指揮、生產調運、設備管理、安全環保、輔助決策等功能模塊，實現運行管理的管道模型與數據集成，解決”信息孤島”，實現數據共享。

1、長輸管道仿真系統包括在線仿真、離線仿真、模擬培訓等功能，優選方案可用于指導調度，提高管道系統運行效率和安全性。仿真系統可對建設管道業務活動、高后果區管理、風險管理、完整性管理、維修維護及效能評估等進行閉環式預管控。

2、管道調度運行以SCADA系統為核心，各類感知元件與數據為基礎，對油氣管道溫度、壓力、流量及硫化氫等危害物質含量進行監控和報警分析，通過對操作原理、控制邏輯進行優化與提升，實現調控中心對生產運行與設備的全面遠程監控。

3、對管線安全、設備維護、生產調度和營銷統計等運營數據進行分析，為業主提供管線風險控制、設備預防性維修、運行方案優化和收輸銷存優化等決策支持。

2.5管道智能化技術應用

本節以西氣東輸閩粵支干線為例對管道智能系統應用現狀簡要介紹，該工程總長381km，工藝場站4座，閥室17座，設計壓力10.0MPa，設計輸量58.1×108m3/a。

建設方在可研階段就將管道智能化列為創新目標，在實施過程中積極推進。數字化設計階段同步維護數據、圖紙、模型17524條;在模型搭建30%、60%、90%三個節點，充分結合運營需求進行三維模型可視化審查，從源頭降低設計變更風險。采辦智能化依托ERP、PCM系統實現智能采購，廠家將設備三維模型，設計圖紙等信息維護至PCM系統，物資跟蹤、入庫驗收、調令管理、調撥出庫等業務均實現智能化操作。施工智能化在現場部署視頻監控系統，通過4G與互聯網數據互聯，配備NVR和存儲卡，后臺CVR存儲與回看。建設期間施工智能化平臺完成焊接、射線及相控陣檢測系統錄入焊口數據151046條。智能管道階段西氣東輸管道公司使用調度優化模型和仿真模擬模型，實現管道運行優化、安全風險的預測預警、應急搶險的交互聯動響應。并通過地質災害監測、陰極保護數據監測、無人機智能巡線等技術，實現管道安全平穩運行。

3.管道智能化技術展望

管道智能化技術以“互聯網+”和人工智能為基礎，實現智能感知、智能控制、優化運營，智能決策的目的。未來，管道智能化技術在以下三方面發展空間尤為寬廣。

1、研究整合非接觸檢測技術、多傳感器融合技術及物聯網技術，配置激光雷達定位、音頻傳感、可燃氣體檢測等傳感裝置，實現全方位智能監測。未來管道智能監測技術的需求更迫切。

2、通過管道仿真模擬系統，進行泄漏與檢測分析、運行優化與調峰以及事故狀態模擬，對保證管道運行安全至關重要，未來管道仿真系統的研發空間更廣闊。

3、無人機巡護技術作為新鮮事物，需驗證山區飛行的可靠性，驗證無人機與地面巡檢的配合比。通過加載紅外夜間傳感器，實現數據全天候采集、可燃毒害氣體空中監測等功能。無人機巡護將大大降低管道的運維巡護成本。

當前，全球管道行業數字化、智能化發展駛入快車道，新的增長動力不斷積聚。隨著“互聯網+”與油氣管道建設行業的深度融合，建設智能管道，實現全數字化移交，全智能化運營，全生命周期管理，正在成為行業發展的新目標，

參考文獻：

[1]劉麗、楊興國，長輸管道SCADA系統冗余技術及應用，《工業控制計算機》

作者簡介：

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