油氣長輸管道智能化管理技術概述

王 旭

中國石油化工股份有限公司天然氣分公司山東天然氣銷售中心 山東 濟南 250000

近年來，我國油氣管道建設規模持續增長，到2025年全國油氣管網規模將達到21萬公里左右。長輸管道發展經歷了傳統管道、數字管道、智能管道階段。數字管道改變了傳統管道的工作模式，由人工獲取管道運行和環境數據，逐步轉變為通過設備和軟件自動獲取，使得管道運行數字化、可視化，實現了遠程監控，同時對管道的勘察、設計、施工、和運營都產生了深遠的影響。智能管道則在數字管道的基礎上，配備了控制處理單元，通過數據采集與遠程控制設備，不僅能夠實時掌握管道情況，還能夠智能地處理管道問題。本文主要對油氣長輸管道全生命周期的智能化管理技術進行闡述分析。

1 數字化設計、施工與交付

數字化設計是指在三維模型中集成管道本體及周邊環境信息，通過數字化平臺實現的多專業協同設計，形成全生命周期的數據源頭。設計環境包括必要的數據庫、設計軟件、設計流程以及相應的圖形設計硬件資源等，同時需要植入技術標準和數據標準，利用虛擬化技術，實現數字化設計。

數字化施工是指通過借助全自動焊機、機械化防腐設備、視頻監控設備、無人機及一體機以及智能移動終端、智能感知設備等，結合可視化、物聯網、移動互聯網等技術的應用，實現物資采購、工程質量管理、造價控制、安全監督等常規重點項目的智能化管理。

數字化交付是以管道工程設計、建設與管理全過程的數據庫為源頭，以統一的標準規范為基礎，借助智能移動終端及智能感知等設備，通過物聯網、網絡通信、數據庫及信息化等技術，對數據進行采集、流轉、分析、整合，形成數字高程模型、數字正射影像圖、基礎地理信息、站場三維模型、設計數據、采辦數據等數字系統，實現對數據的直觀展示及有效管理。

中俄東線工程智能管道項目累計投入包括全自動焊機、中頻加熱設備、機械化防腐設備、視頻監控設備、無人機及一體機等智能化設備，對焊接、防腐、開挖、下溝全過程記錄，同時應用AI識別技術、挖機駕駛艙攝像頭、管線交叉點監控攝像頭，加強對施工現場、高后果區的監控和安全隱患的排查。該工程通過統一數據采集規范，暢通了數據對接渠道，以全生命周期數據庫為載體，實現數據的關聯、存儲與共享，以此推動數字化移交的有序開展，滿足實體管道與數字化管道同時交付的需求，并保證數據歷史的可追溯性[1]，實現了數字化設計、數字化施工、數字化交付，是我國首條智能化管道樣板工程。

2 智能化監控技術

在管道運行過程中，面臨的風險主要有第三方破壞、管道腐蝕、誤操作和地質災害，管道運行時期不同，主要的風險源也不同。在管道運行初期，主要風險來自第三方損壞和誤操作，在管道運行后期，主要風險來自管道腐蝕。智能化監控技術通過對管道內部參數和外部環境的監控，第一時間對面臨的風險發出預警，為管道的安全運行提供保障。

2.1 管道外部環境監控

2.1.1 光纖預警技術

圖1 光纖預警系統的工作原理

光纖預警系統是利用與管道同溝敷設的通信光纜構成基于光纖干涉儀原理的分布式震動信號傳感器，獲取管道沿途的震動信號，實現對長距離管道上方及周圍5 m范圍內動土事件進行實時連續監測的一種預警系統[2]。但是該系統在工況復雜的環境中，容易出現誤報警信息，而在管道沿線的第三方活動較少且活動方式較為固定的工況環境中，則能更好的應用和提升預警能力。

2.1.2 無人機偵察與監視技術

無人機低空遙感技術系統組成如圖 2 所示。地面操控人員可利用無線數據信息交換控制擁有人機混合智能光電偵查平臺進行偵查與監視活動[3]。該技術具有長距離自動巡航、熱成像實時傳輸等功能，通過自動沿管道視角巡檢航行，預防偷盜油、第三方施工破壞、覆蓋人力巡護盲區，實現空中監視。但無人機飛行受氣象條件、地形地貌、續航里程和空管等影響，不能實現不間斷飛行。

圖2 無人機低空遙感技術系統組成

2.2 管道內部參數監控

圖3 泄漏監測系統工作原理

泄漏檢測及定位技術是多學科多技術的集成，特別是隨著傳感器技術、通信技術、信號處理技術等人工智能的發展，通過對流量、壓力、溫度、密度等管道和流體信息進行采集和分析，建立信息分析或數學模型，確定管道泄漏位置。油氣管道的泄漏檢測技術常見的有負壓波法、音波法和質量平衡法。但也存在泄漏量小時，帶來的波動被日常生產壓力波動所掩蓋的情況發生。

3 智能巡檢技術

智能巡檢技術可以實現不同時間段的靈活任務或固定工作計劃，使巡檢人員的工作更加井序有然、高效便捷。同時，以GIS地理信息系統為基礎，結合GPS、藍牙、射頻識別等多重位置校驗方式，實時接收巡檢設備上傳的巡檢數據，實現對人員、車輛設備的可視化、規范化和網絡化管理，進行各項工組的全過程重現，并且實現數據的智能統計分析。巡檢人員發現隱患時，可第一時間提示管理人員進行處理和調度，并且能夠圖文并茂的展現隱患現場和工單打印，及時加以處理，同時結合地圖和數據可掌握隱患分布，系統可對上報事件的時間、類型、數量等信息進行自動的統計和分析，調整區域巡查力度，能夠實時掌握工作重點，防隱患于未然。

4 智能化管道保護技術

現存的油氣長輸管道多采用防腐涂層和陰極保護技術來防止管道的老化，隨著智能化的發展，管道的陰極保護系統步入智能化的時代。陰極保護智能化監控技術是互聯網技術與傳統的陰極保護技術完美的結合，通過恒電位儀或犧牲陽極的方式向管道施加負電位，使管道對地構成陰極，形成防護、減緩腐蝕，并每天定時自動采集通電電位、斷電電位、腐蝕電流、設備自身電池電壓等數據，通過網絡定時上傳云服務器，通過軟件對管道腐蝕狀態進行全面自動監測、異常數據在線診斷、管道保護電位自動調整，完全代替了傳統的人工采集方式，徹底改變了原有陰極保護粗放的管理模式，實現全線陰保的集中統一管理。

5 智能輔助決策管理

數字孿生體是物理世界和數字空間交互的新技術，也智能輔助決策管理的新趨勢和重要抓手。以全生命周期的數字庫為基礎，在統一的數據標準下開展設計、采購、施工等階段的數據采集，形成的數字化成果，通過數字化設計云平臺、智能工地及數據回流等，構建管道數字孿生體。在管道進入運營期后，管道數字孿生體隨著生產運行、設備設施管理、管道線路風險控制等數據的接入而同生共長，實現實體空間的數據映射，支撐數字空間的監控、分析與模擬，提升輔助決策水平。

油氣長輸管道智能化是信息技術與工業技術的深度融合，通過對管道狀態的全面智能感知、監測、分析、模擬和控制，實現風險預測及管控水平的全面提升，同時也是未來油氣管道發展的必然趨勢和終極目標。