长输管道智能化技术应用现状与展望

摘要：长输管道智能化技术是现代科学技术方面核心领域，其发展方向对管道全生命周期管理以及推动油气管道全面发展与起着积极的作用。本文介绍了目前国内长输管道智能化系统的组成及应用现状，并就未来管道智能化发展趋势进行展望。

关键词：长输管道，智能化技术，现状，展望

1.引言

长输管道智能化技术是以工程数字交付的数据模型为基础，开展建设期、运营期的大数据分析与辅助智能决策。通过对物资调拨、工艺数据采集、设备维修、生产调度等数据进行聚类、关联、分类和预测等大数据分析处理，为建设方提供资源平衡、质量分析、设备预防性维护、运行方案优化等提供决策支持。现阶段建设方为提高效益、缩短工期、降低投资及运营成本，正积极推行互联网、云计算、大数据等先进技术，通过长输管道智能化技术来实现管道全生命周期管理。

2.管道智能化系统组成及应用

长输管道工程从上世纪90年代开始管道信息化建设工作，近几年来随着PCM集成系统的引入，加速了智能化管道建设的进程，特别是在漠大原油管道（二线）、西气东输闽粤支干线、中俄天然气管道等几项国家重点工程建设中，投资方开发以统一数据库为基础，云平台为架构的管道工程建设和运营一体化的智能管理平台，初步实现了工程的数字化移交、智能化运营及管道全生命周期的管理。

目前国内主流的管道智能化系统包括数字化设计、采办智能化、施工智能化、智能管道4个分系统，其核心工作就是各阶段数据无缝衔接，统一管理。

2.1数字化设计分系统

利用先进的设计平台对各专业进行三维协同数字化设计，结合大型设备的部件解构，实现实体管道数字化，为后续采办、施工、运行数据搭建载体;同时云平台的应用，使设计成果的审查摆脱地域限制，实现监理、业主远程访问数字化设计平台，在线审查。

1、基于地理信息系统的管道线路PCDS设计平台，实现基础信息整理、勘察测绘、三维设计模型到GIS系统的转换。在统一平台上，建立设计成果、专项评价（环境影响、地质灾害、文物调查等）及地理信息DOM、DEM、DLG等数据的关联。

2、站场采用SPP&ID、SP3D开发的数字化设计系统，采用SmartPlant、BIM等三维设计模型与三维地理信息平台（GIS）模型转换，对数据进行结构化、矢量化、三维建模等处理，根据用户的需求提供站场全数字化设计与交付。

3、工程建设方通过数字化设计云平台实现在线审查及设计管理，设计云平台内置数字化成果审查软件，业主能在设计过程中实现模型在线浏览、数据审查、在线意见反馈。

2.2采办智能化分系统

物资采办业务由集团物资采办系统、合同管理系统、ERP系统、PCM系统共同支撑，利用电子标签、卫星定位技术，实现物资采办全过程动态管理。

1、各方数据由ERP应用项目集成，实现需求计划、采购执行、招评标、采购合同、结算单据的自动入库，并采购过程进展信息与采购过程形成的成果文件移交PCM系统。

2、物资供应管理采用二维码、RFID技术、移动应用技术，实现物资数据采集及货物批量验收等过程管理，数据一次采集、多处利用及各阶段数据交互。

2.3施工智能化分系统

现场智能化管理是长输管道智能化建设的重要环节，管理助手，视频监控终端等设备可通过无线局域网接入前置服务器。结合二维码、电子标签、摄像头、手机等终端设备，实现工程建设过程的实时视频监视、感知和数据采集，真实反映现场作业过程，及时完整进行资料数字化移交归档，提高过程管控能力。

1、利用物联网和移动应用技术搭建二、三维地理信息系统，通过现场布控球，电流电压等传感器、A/D模块、4G网络模块等技术手段实现施工数据的移动采集、现场视频、人脸识别、智能门禁、隧道人员定位等功能，实现关键作业现场视频监控。

2、线路工程以实体对象的焊口编码和空间坐标，实现焊口及其周边相关环境的数据、模型、文档的关联管理。站场工程以实体对象的标识码（Item Tag），实现工程对象与其相关数据、模型、文档关联管理。

3、建立施工数据后台可视化展示系统，全面、直观地展示工程概况、管道走向、标段划分、机组定位、施工进展、技术数据等内容，完成施工及业务管理数据的集成整合及可视化管控。

2.4智能管道分系统

利用地理信息系统（GIS）开发建设运维一体化平台，开展运营期智能化管理系统开发，包含管道仿真、应急指挥、生产调运、设备管理、安全环保、辅助决策等功能模块，实现运行管理的管道模型与数据集成，解决”信息孤岛”，实现数据共享。

1、长输管道仿真系统包括在线仿真、离线仿真、模拟培训等功能，优选方案可用于指导调度，提高管道系统运行效率和安全性。仿真系统可对建设管道业务活动、高后果区管理、风险管理、完整性管理、维修维护及效能评估等进行闭环式预管控。

2、管道调度运行以SCADA系统为核心，各类感知元件与数据为基础，对油气管道温度、压力、流量及硫化氢等危害物质含量进行监控和报警分析，通过对操作原理、控制逻辑进行优化与提升，实现调控中心对生产运行与设备的全面远程监控。

3、对管线安全、设备维护、生产调度和营销统计等运营数据进行分析，为业主提供管线风险控制、设备预防性维修、运行方案优化和收输销存优化等决策支持。

2.5管道智能化技术应用

本节以西气东输闽粤支干线为例对管道智能系统应用现状简要介绍，该工程总长381km，工艺场站4座，阀室17座，设计压力10.0MPa，设计输量58.1×108m3/a。

建设方在可研阶段就将管道智能化列为创新目标，在实施过程中积极推进。数字化设计阶段同步维护数据、图纸、模型17524条;在模型搭建30%、60%、90%三个节点，充分结合运营需求进行三维模型可视化审查，从源头降低设计变更风险。采办智能化依托ERP、PCM系统实现智能采购，厂家将设备三维模型，设计图纸等信息维护至PCM系统，物资跟踪、入库验收、调令管理、调拨出库等业务均实现智能化操作。施工智能化在现场部署视频监控系统，通过4G与互联网数据互联，配备NVR和存储卡，后台CVR存储与回看。建设期间施工智能化平台完成焊接、射线及相控阵检测系统录入焊口数据151046条。智能管道阶段西气东输管道公司使用调度优化模型和仿真模拟模型，实现管道运行优化、安全风险的预测预警、应急抢险的交互联动响应。并通过地质灾害监测、阴极保护数据监测、无人机智能巡线等技术，实现管道安全平稳运行。

3.管道智能化技术展望

管道智能化技术以“互联网+”和人工智能为基础，实现智能感知、智能控制、优化运营，智能决策的目的。未來，管道智能化技术在以下三方面发展空间尤为宽广。

1、研究整合非接触检测技术、多传感器融合技术及物联网技术，配置激光雷达定位、音频传感、可燃气体检测等传感装置，实现全方位智能监测。未来管道智能监测技术的需求更迫切。

2、通过管道仿真模拟系统，进行泄漏与检测分析、运行优化与调峰以及事故状态模拟，对保证管道运行安全至关重要，未来管道仿真系统的研发空间更广阔。

3、无人机巡护技术作为新鲜事物，需验证山区飞行的可靠性，验证无人机与地面巡检的配合比。通过加载红外夜间传感器，实现数据全天候采集、可燃毒害气体空中监测等功能。无人机巡护将大大降低管道的运维巡护成本。

当前，全球管道行业数字化、智能化发展驶入快车道，新的增长动力不断积聚。随着“互联网+”与油气管道建设行业的深度融合，建设智能管道，实现全数字化移交，全智能化运营，全生命周期管理，正在成为行业发展的新目标，

参考文献：

[1]刘丽、杨兴国，长输管道SCADA系统冗余技术及应用，《工业控制计算机》

作者简介：

于涛（1977～），男，工程师，主要从事长输管道项目管理及管道智能化技术研究。