淺談燃氣智慧場站主動預警模塊在生產運行中的應用

趙盛開 劉國君

壽光實華天然氣有限公司 山東 壽光 262700

1 油氣行業現階段生產運行情況

1.1 介紹

隨著燃氣行業迅猛發展和規模不斷擴大，燃氣安全管理及險情處置工作受到人民群眾與政府的高度重視。為做好燃氣安全工作，我公司在天然氣場站、管道、閥室安裝了可燃氣體報警器、振動光纖、視頻監控、周界報警等多個檢測預警系統。各系統獨立運行，不利于管道信息化、智能化建設。實華智慧場站應急聯動平臺借助信息化科技手段，融合了GIS地圖、實時視頻、DAS振動光纖、可燃氣體報警器和周界圍欄、信息化管理等功能，將各系統有效整合，實現報警信息自動上傳至智慧場站應急聯動平臺，利用地理信息數據、外部資源信息、其他業務相關數據及以往事故資料，多級通知，分級響應，數秒內通知50～500人接警，平臺自動下發相應的應急處置任務，應急人員依據對應的角色、分工、步驟參與應急處置與救援。電話漏接自動重撥，大幅減少應急處置時間，增強判斷準確度，提升協作效率與應急處置能力。

1.2 研究背景

城市燃氣管道及場站由于第三方施工破壞、設備設施老化等安全隱患會導致燃氣泄露、燃燒、爆炸等險情發生。公司巡檢人員每天對管道、閥室、調壓柜進行安全檢查，但仍存在漏檢漏報與23小時左右的燃氣泄漏時間窗。如此巨大的安全隱患勢必通過科技手段來提高防范，提示預警，避免災害與損失的發生。

1.3 研究問題

隨著5G技術與人工智能的推廣應用，我公司對重點部位及高后果區設置振動光纖、可燃氣體報警儀、視頻監控系統等電子傳感設備，實現24h不間斷監控，并將實時監控記錄回傳至監控中心進行綜合分析。監控信號接入智慧場站系統，實現主動預警與應急平臺聯動，提升應急處置反應速度與企業安全管控水平。

1.4 研究現狀

2016年，國家發改委、能源局、工業和信息化部聯合下發了《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》，提出以“互聯網+”為手段，將智能化作為基礎，促進能源與信息深度融合，推動能源互聯網新技術、新模式、新業態發展[1]。公司巡檢人員每天對管道、閥室、調壓柜進行一次安全檢查，但是兩次巡檢間有23小時以上的燃氣泄漏失控期。自2018年開始有序地在管道、閥室安裝了視頻監控系統、分布式光纖防入侵振動檢測系統、可燃氣體報警器以及輸氣站周界防入侵系統，從技術上全面提升系統自動化水平，提高安全防范能力。

1.5 加裝設備要求

（1）分布式光纖DAS防入侵振動檢測系統 采用Φ-OTDR、相位干涉及解調技術，激光信號沿1芯傳感光纜傳輸，每時每刻都有瑞利散射光向后傳播，外界振動會改變散射回光相位發生變化并沿傳感光纜返回，經光電轉換、采集解析之后得到有效入侵信號，同時計算萬分之一散射回光的傳輸時間乘以光在光纖中的傳播速度實現精確定位。可實現5公里范圍內定位精度2米，50公里范圍內定位精度20米的目標。支持物聯網遠程上傳、聲音報警、短信報警等功能。

（2）視頻安防監控系統 為預防管道沿線避免人為破壞，保障周邊環境、居民安全，依據《視頻安防監控系統技術要求》GA/T367-2001的相關規定，對視頻安防監控系統的設計綜合應用視頻探測、圖像處理/控制/顯示/記錄、多媒體、有線/無線通訊、計算機網絡、系統集成等先進而成熟的技術，配置可靠而適用的設備，構成先進、可靠、經濟、適用、配套的視頻監控應用系統。[2]公司安裝的海康威視視頻安防監控系統做到從設計到安裝源頭把控。

（3）可燃氣體報警器 工業用固定式可燃氣體報警器由放置在值班室內的報警控制器和探測器組成，主要控制每個檢測點，在可燃氣體最易泄漏的地方安裝探測器，其核心部件是內置檢測空氣中氣體濃度的可燃氣體傳感器。當氣體濃度達到或超過報警控制器設置的報警點時，探測器將傳感器檢測到的氣體濃度轉化為電信號，氣體濃度越高、電信號越強，并可啟動外聯設備，如電磁閥、排氣扇等自動排除隱患。本公司安裝的固定式可燃氣體報警器，具有分辨率：1%LEL響應時間：≤30S，檢測精度：≤±1%線性誤差：≤±1%。采用路由傳輸，可實現大批量儀器任意組網，現場聲光報警，遙控控制器報警，傳輸距離可達3公里接入值班室控制報警器。

（4）周界電子圍欄 根據GA 1551.1—2019，重點部位 油氣田企業治安反恐防范要求的重點部位包括但不限于以下部位：

a）周界；

b）周界出入口；

c）門衛值班室；

d）安防監控中心；

e）油氣處理核心裝置區

技術防范要求8.3.1周界應設置入侵探測裝置，探測范圍應能對周界實現有效覆蓋，不得有盲區[3]。我公司按照規范要求，在公司周界及輸氣站圍墻安裝了防爆張力圍欄，從技術上解決了周界安全問題。

2 現存問題和不足

（1）問題一：目前生產運行各系統間相對分散獨立，缺乏共享協同性，數據難以統一利用，滿足安全運行需求的主動預警聯動狀態工作量很大。

（2）問題二：公司實現管道智能化升級改造缺少專業負責智能設備硬件操作、運維的技術人員和精通管道業務與人工智能的復合型專業人才。

（3）問題三：管線埋設一般都在野外，各類安全監控設備安裝運行所需網絡連接和市電接入費用高，施工協調難度大。

（4）問題四：管道閥室和調壓柜存在燃氣泄漏和外來非法進入風險。

3 解決方案

（1）問題一解決方案 針對各類信息系統分散、獨立、共享性不夠、協同性不強的現狀，我公司與軟件公司合作開發了實華燃氣智慧場站管理系統，其主動預警模塊將視頻監控、可燃氣體報警器、振動光纖、張力圍欄等安防設備實現聯動，險情發生一鍵上報至指揮部，指揮部綜合判斷現場實時視頻下發應急任務，通過電話、短信、微信等多途徑通知相關責任人，精準定位險情位置，提升險情響應速度。相關責任人在APP上根據應急預案要求，逐級完成各自的應急任務，可實時跟蹤查看相關節點情況，快速與現場工作人員溝通、確認險情狀況。在險情處置過程中，該系統可利用地理信息數據、外部資源信息、其他業務相關數據和以往事故資料，采用多級應急通知，以50～500人接警、秒通知救援人員方式，自動重撥未接電話，大大減少應急響應時間，提高事故判斷準確率，提升維護搶修人員工作效率，具備快速處理突發事件的能力。

（2）問題二解決方案：外聘專業運維人員解決網絡安全和運行維護問題。使用簡單易用、穩定可靠、自動宕機遷移、自動快照備份、更方便恢復數據的騰訊云服務器，實現更便捷的操作，解決主機24小時在線安全運行。網絡安全采用HTTPS和SSL技術，SSL以40位關鍵詞作為保證網絡傳輸安全的RC4流加密算法。

1）SQL安全：系統在防SQL注入方面，設置四道安全防護：

系統級SQL防注入檢測。

程序級安全防SQL注入系統。

禁止外部提交表單。

數據庫運行避免SQL字符串的組裝使用存儲過程

2）主機安全 架設安全防火墻，防DDOS攻擊，保證系統可用性。主機安全系統架構采用SLB技術，可屏蔽真實的服務器IP地址，防止黑客入侵。

3）數據安全：在內網搭建數據庫，保證數據安全，只需服務器即可訪問。數據庫采用雙機熱備模式，且會定時自動備份全量數據，有效防止數據丟失。

4）信息安全：重要數據采用安全性非常高的加密算法MD5加密，由于這種加密具有不可逆性，破解的可能性幾乎為零。

5）日志安全：所有的創建、編輯記錄行為，均記錄此操作發生的IP、用戶名、操作時間、操作內容等，在發現安全問題時，可提供系統操作的追溯服務。

（3）問題三解決方案：①具備接入條件時優先考慮接入農電和寬帶網絡。②在無法接入農電和寬帶網絡的區域，通過太陽能與風電一體的方式，解決野外供電難題，所有供電增設24V、5A的ups電源，實現斷電保供，升降壓模塊能夠滿足視頻監控和網橋的不同電壓需求。在無線數據傳輸方面，我們設置了工業級有線無線雙接入4G上網設備，構建智能物聯網系統，實現網絡斷網互為備用，能及時地回傳現場圖像等數據。無線網橋的特點是功率大、傳輸距離遠（最大可達50公里左右）、抗干擾強。可以用來連接通常相隔幾百米到幾十公里的兩個或多個獨立的網段。

（4）問題四解決方案：針對高風險與高后果區，做了如下工作

1）安裝DAS分布式光纖預警系統

分布式光纖聲波傳感器DAS系統，通過相位解調技術，可以實時準確識別出外界振動源的頻率和時域波形，能精準分析出振動源時頻特性，繪制距離、振動頻率、振動強度三維譜圖，實現入侵實時監測，有效地降低高后果區由于第三方施工或泄露導致的安全風險。沿管道走向埋設光纜與主機連接，當振動強度高于預警值時報警，并確定報警位置，在地圖上標注管道的預警點。實現了DAS與監控聯動進行抓拍并記錄取證。 GIS地圖顯示能夠加載整個管道沿線的衛星地圖，.能識別光纜正上方，距離光纜1m，2m的挖掘，最遠識別到離光纜10m外的挖掘信號。

2）安裝視頻監控

管道沿線安裝視頻監控，可實時監控管道安全。利用網絡球機智能識別技術，對管道高后果區、閥室、調壓箱、場站周界進行全時段視頻巡更，劃定警戒區域，對進入區域的人員實施人臉偵測、越界偵測、徘徊偵測、物品遺留取走偵測等；對可疑人員進行喊話驅離，確保對管道重點位置的可疑人、可疑物、違法行為及時驅離制止，保證生產運行安全。同時控制室會發出報警信號，值班人員會通過遠程喊話進行警告驅離，錄像鎖定證據。

3）燃氣報警器聯動報警

管道閥室、調壓柜、計量箱安裝防爆可燃氣體報警器，實現與實華智慧場站應急平臺聯動。如發生泄漏報警，實華應急處置平臺自動通知總指揮，員工會接到平臺應急任務報警電話，根據應急預案分工及步驟，做好應急搶險工作。解決燃氣泄漏無法第一時間處理的隱患問題，增強安全保障。

4）安裝周界報警電子圍欄

張力式電子圍欄是一種安全、可靠、智能的周界防入侵報警系統，是防止非法逾越的障礙物和感應、傳遞報警、拉壓報警、剪斷障礙物信息的機電裝置集合體。系統與視頻監控實現聯動，對闖入者脈沖主機會發出聲光報警信號，啟動監控抓拍功能，徹底改變了以往周界報警探測器環境適應性差、易誤報的缺點。張力式電子圍欄全天候穩定可靠，它集威懾、阻隔、報警三重功能于一身，是安防系統的第一道防線。

4 應用案例

（1）計量柜漏氣應急處置 公司安全員接到應急平臺報警電話，通知墨龍計量柜可燃氣體報警儀發出天然氣泄漏預警。應急處置人員經檢測發現孔板閥下閥腔提升軸填料密封處泄漏，后用防爆工具對孔板閥下閥腔提升軸螺帽壓蓋進行緊固，密閉檢測合格后應急處置結束。

（2）第三方施工應急處置 22年3月26日晚22點14分，安全員接到應急平臺報警電話，紀臺線6號里程樁南100米附近振動光纜報警，隨后實時視頻監控捕捉到在管道西側15米處挖掘機進行取土挖沙作業。站長立即趕到現場進行險情確認并對施工隊進行了安全教育、管道保護法宣傳、安全告知。施工隊停止作業，對挖掘處進行回填，直至本次隱患徹底消除。

（3）暴力耕種應急處置 22年4月13日晚23時許，應急平臺報警，險情位置為紀臺線釣魚臺村魚塘附近，站長與值班人員趕往現場處置。發現村民在管道附近耕種，觸及管道伴行振動光纜。經勘察發現挖掘未及管道埋深但振動光纜被挖斷，數據已無法傳輸。該村民意識到后果嚴重，承諾將現場恢復原貌，不再耕種。次日，重新熔接光纜，恢復正常工作。

（4）異常工況提醒

場站工作人員設備巡查、檢查、維護保養等不到位，后臺通知提醒。逾期未完成短信通知分管領導進行督促考核，防止超期造成生產隱患。

5 結束語

隨著國家進一步推動燃氣行業向精細化、智慧化方向發展，推進各燃氣企業由粗放式管理向由數據驅動的精細化管理轉型的要求，智慧場站系統主動預警與應急聯動的應用可以從技術層面有效的提升系統自動化水平，提高燃氣行業安全防范能力。