數(shù)字化管道技術(shù)在輸氣管道上的應(yīng)用

畢逢東

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對能源的需求也在快速的增長，因此，開建更多的輸氣管網(wǎng)為我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展服務(wù)成為了當(dāng)前的主題。隨著運(yùn)營時間的延長，管網(wǎng)的維護(hù)難度越來越大，輸氣管網(wǎng)出現(xiàn)事故的概率不斷增大，如何盡最大可能減少事故對安全、環(huán)境的影響成為當(dāng)前管網(wǎng)運(yùn)維的主要議題，數(shù)字化管道技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文闡述了數(shù)字化管道技術(shù)的概念及技術(shù)內(nèi)容，介紹了數(shù)字化管道系統(tǒng)的三大組成部分：管道信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)）、SCADA系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)三大系統(tǒng)的功能，通過分析可知，數(shù)字化管道技術(shù)能夠有效提高油氣集輸過程中的管理效率，為油氣長輸數(shù)字化提供參考意義。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化;管道技術(shù);輸氣管道;應(yīng)用

輸氣管道是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，所涉及的地理信息、環(huán)境參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、資源等都是龐大的，在沒有應(yīng)用地理信息系統(tǒng)（GIS）對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行管理之前，很難做到科學(xué)的決策和管理。數(shù)字化管道建設(shè)將在確定最佳路線走向、資源優(yōu)化配置、災(zāi)害預(yù)測預(yù)警和運(yùn)營風(fēng)險管理中發(fā)揮極大的作用，數(shù)字化管道必將成為今后長輸天然氣管道建設(shè)的目標(biāo)。

1數(shù)字化管道概述

數(shù)字化管道源于數(shù)字化地球的概念，數(shù)字化管道是對管道本身的屬性、沿線相關(guān)環(huán)境要素統(tǒng)一的數(shù)字化重視和認(rèn)識，其表現(xiàn)形式是一個管道綜合信息系統(tǒng)。從廣義上講，數(shù)字管道是以信息數(shù)字設(shè)施為基礎(chǔ)，集空間化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可視化等多種類的空間基礎(chǔ)信息為框架，充分利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)、現(xiàn)代辦公網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，將管道設(shè)施和沿線有限的自然環(huán)境、人文環(huán)境等信息，以及施工過程的各種數(shù)據(jù)資料在三維地理坐標(biāo)上有機(jī)整合。

2數(shù)字化管道技術(shù)特點(diǎn)

2.1信息共享與協(xié)同工作

數(shù)字化管道采用RTK測量技術(shù)，將管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)、竣工數(shù)據(jù)、設(shè)備及人員資料、管理文檔等全部實(shí)現(xiàn)數(shù)字化系統(tǒng)管理，通過局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)傳送到數(shù)據(jù)庫中，將各個線路單位不同數(shù)據(jù)融為一個整體，實(shí)現(xiàn)了信息共享和協(xié)同工作。

2.2海量數(shù)據(jù)存儲

采用大型數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，空間數(shù)據(jù)中心可以管理、存儲在數(shù)字管道建設(shè)和運(yùn)營中獲取的所有數(shù)據(jù)。在管道建設(shè)的每個環(huán)節(jié)，都建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，并使得每個階段的數(shù)據(jù)成果和系統(tǒng)相互銜接。

2.3全線三維空間模擬

數(shù)字化管道實(shí)現(xiàn)了全線管道信息情況的FLASH形象化虛擬展現(xiàn)，使得數(shù)字化管道能夠在準(zhǔn)確、可視的三維地理信息分系統(tǒng)環(huán)境下展示在用戶面前，使用戶在辦公室就可以了解全線信息，并可通過網(wǎng)絡(luò)交互方式對管道的公用信息進(jìn)行相互溝通和查詢，充分體現(xiàn)了數(shù)字管道的空間特征。

3數(shù)字化管道系統(tǒng)構(gòu)建

數(shù)字化管道運(yùn)行系統(tǒng)由管道信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)）、SCADA系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)三大系統(tǒng)構(gòu)成。三大系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，MIS系統(tǒng)提取并保存SCADA系統(tǒng)中的生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，為管理信息系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、業(yè)務(wù)管理需要和決策支持，MIS系統(tǒng)還可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要調(diào)用仿真系統(tǒng)運(yùn)算后的仿真結(jié)果，接收并保存從在線仿真系統(tǒng)中提取的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析;仿真系統(tǒng)可提取SCADA系統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)作為仿真、預(yù)測、檢測等仿真操作的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.1管道信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)）

管道信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)）主要具有以下功能：（1）統(tǒng)一的綜合業(yè)務(wù)平臺，可以與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)緊密集成，并實(shí)現(xiàn)真正的信息共享;（2）采用組件式功能設(shè)計(jì)，具有良好的接口和方便的二次開發(fā)工具;（3）提供多種接入方式及終端系統(tǒng)的移動業(yè)務(wù)平臺;（4）結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）先進(jìn)的地圖處理及空間分析功能;（5）可靠、開放的數(shù)據(jù)庫管理結(jié)構(gòu)。管道信息系統(tǒng)（MIS系統(tǒng)）的主要構(gòu)成部分為管道GIS系統(tǒng)和管道完整性管理子系統(tǒng)等。

3.1.1管道GIS系統(tǒng)

管道GIS系統(tǒng)的主要作用為通過矢量化的管線電子地圖，實(shí)現(xiàn)管道、設(shè)備信息的空間定位、搜索、查詢和分析，分為四個工作子系統(tǒng)：地圖管理、管道管理、設(shè)備管理、動態(tài)監(jiān)視和綜合查詢統(tǒng)計(jì)。其中地圖管理和綜合查詢統(tǒng)計(jì)兩個模塊是本系統(tǒng)的基本工作子系統(tǒng)。

3.1.2管道完整性管理子系統(tǒng)

管道完整性管理子系統(tǒng)是將施工中采集數(shù)據(jù)（如測量放線、焊接記錄、穿越記錄）和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入到系統(tǒng)，系統(tǒng)對錄入的數(shù)據(jù)自動校驗(yàn)，誤差超標(biāo)的數(shù)據(jù)將被排斥。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括機(jī)組和線路參建人員信息，這在管道完整性管理中也是非常重要的，管理者可以在系統(tǒng)中查看現(xiàn)場的施工人員是否通過了輸氣管道工程培訓(xùn)考核，是否與報(bào)審人員一致，線路人員是否在場，以及人員替換情況等。

3.2SCADA系統(tǒng)

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。它可以對現(xiàn)場的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報(bào)警等各項(xiàng)功能。結(jié)構(gòu)上SCADA系統(tǒng)包括調(diào)度系統(tǒng)、站控系統(tǒng)及相應(yīng)的通信系統(tǒng)。從內(nèi)容上看SCADA系統(tǒng)，由工程定義文件、組態(tài)軟件、控制設(shè)備三個方面構(gòu)成。工程定義文件，是關(guān)于SCADA系統(tǒng)監(jiān)控界面、數(shù)據(jù)映射、設(shè)備定義和連接、體系結(jié)構(gòu)的綜合性描述;控制設(shè)備由PLC、RTU、智能儀表、多功能板卡等構(gòu)成，是SCADA系統(tǒng)的采集和執(zhí)行終端;而軟件平臺，則是工程定義和運(yùn)行的環(huán)境，它的性能和功能，本質(zhì)上決定了SCADA系統(tǒng)的性能和功能。

3.3仿真系統(tǒng)

天然氣管道仿真系統(tǒng)用天然氣管道系統(tǒng)模型對真實(shí)管道系統(tǒng)進(jìn)行模擬，并借助于專家經(jīng)驗(yàn)知識、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等對模擬結(jié)果進(jìn)行分析研究，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理提供支持。該系統(tǒng)具有如下功能：一、可以模擬管道和設(shè)備的運(yùn)行操作，顯示管路縱斷面圖和管道設(shè)備的流量、壓力、溫度等運(yùn)行參數(shù)隨時間的變化，同時也可以實(shí)時顯示管道、設(shè)備狀況，并對仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和多種形式的輸出;二、可以預(yù)測諸如爆管、設(shè)備故障或其他的事故時所采取的不同的控制策略;三、模擬參數(shù)為管道優(yōu)化運(yùn)行和調(diào)峰提供依據(jù);四、可應(yīng)用于在線操作人員的培訓(xùn)，大大縮短培訓(xùn)時間，節(jié)約大量經(jīng)費(fèi)。

4結(jié)束語

數(shù)字化管道管理系統(tǒng)在我國處于起步階段，也存在一些亟待解決的問題。例如在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管上尚需規(guī)范，管理制度及人員設(shè)備不健全，一些管道系統(tǒng)的管理者尚未實(shí)現(xiàn)聯(lián)合管理，管理時易出現(xiàn)漏洞等。數(shù)字化管道建設(shè)在我國還任重道遠(yuǎn)，需要不斷嘗試，積累經(jīng)驗(yàn)，也需要對相關(guān)的配套設(shè)備進(jìn)一步進(jìn)行完善，提高技術(shù)開發(fā)能力。管道數(shù)字化管理的推廣普及還需要企業(yè)提高自身的管理水平、加強(qiáng)隊(duì)伍的建設(shè)、加強(qiáng)企業(yè)之間的溝通和聯(lián)系，這樣才能更好地推動我國管道數(shù)字化建設(shè)。

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