山西省燃气管网数字化管理现状及发展趋势

郭文朋，徐宁，杨一

(1.山西天然气有限公司，山西 太原 030032；2.中国石油大学(北京)，北京 昌平 102249)

0 引言

此前，油气管道通常采用人工管理，然而该方式不仅提升了管道日常管理难度，而且使得人工成本居高不下。随着油气管道不断发展，互通互联的油气管网逐渐形成，人工管理变得更为困难。数字化、智能化等技术的出现使得实时、连续的管网数据感知和基于此的数字化管理成为可能，不仅改变了传统人工管理模式，也极大促进了油气管线运行管理的安全、环保和高效性[1-2]。党的十九大报告提出：“要推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳安全高效的能源体系”。目前山西省已建成省级天然气管网共计约8 000 km，其中国化能源超过1 000 km，过境国家干线约1 000 km，其余约6 000 km归属国新能源，基本实现过境天然气和省内气源互通、互补的管网格局，放眼全国各省及自治区，山西省的燃气管网结构相对整装和统一[3]。随着能源需求不断增长，管网敷设范围变广，管理难度较此前大大增加；并且考虑管线通常埋设在地下，监测上同样困难。针对不同运营需求，山西省燃气管网主要实现了站场SCADA、管网GIS、地灾易发区管道监测、高后果区识别等不同的数字化信息系统，伴随着管道完整性的落实，山西省燃气管网基本完成管理信息化。

1 山西省燃气管网数字化管理现状

1.1 管道完整性管理可视化平台

在燃气管网可视化平台建设中，SCADA调控系统和GIS已融合在同一个管道完整性管理平台上，如图1所示。基于计算机系统和遥控技术，SCADA系统可达成监控现场设施数据的目的，并在此基础上，完成设定设备参数等工作。GIS技术则通过有机整合管道周围环境，包括地理环境和人文因素等，从而表征出管道沿线各点的运行情况，例如：巡检情况、第三方施工情况[4]。通过整合上述技术，平台可全面管理管道信息，实现管道管理可视化。

图1 山西天然气数字化管道平台

1.2 地灾易发区管道实时监测

山西是煤炭资源大省，由于采煤造成的沉陷区已达到3 000 km2，输气管道不可避免地会经过这些区域，目前在大同、朔州、忻州、晋中、太原、霍州、吕梁、长治地区均有不同程度管道敷设区地质沉降。如何保障全省管网运行安全，尤其是在地质灾害易发的高后果区的输配安全，不仅仅是民生问题，更是能源输送安全的战略问题。目前，国新能源对采动采空区燃气管道沉降开展了地表位移监测和管道本体应力应变监测，如图2所示，通过对埋地管道的沉降、倾斜和局部应力，以及地质的沉降、位移和降雨量进行监测数据实时采集[5]，并将数据用GPRS传输形式存储至服务中心数据库中，进而基于对管道及地质环境的历史监测数据提取和分析，对埋地管道进行健康状况的诊断、失效预测以及安全性的评价，最后通过系统显示出管道运行状况的实时健康状态[6]。

1.3 高后果区管道危险源视觉(图像)的自动识别

按照国务院安委办〔2016〕3号文件和〔2016〕11号文件要求，“各有关气输送管道企业按照GB 32167—2015《油气输送管道完整性管理规范》,全面开展人员密集型高后果区识别和风险评价工作”，山西省不局限于人工的平行拍摄，还开展了基于数字图像处理、模式识别、神经网络等技术的地下管道表面自动检测和识别的模型研究。主要包括自动图像采集、图像处理、特征提取和缺陷分类四大模块。利用微型多旋翼飞行器携带传感器采集技术，由斜上方或正上方对管道周边进行全方面的拍摄，然后将这些图像传输至管道外上位机用于观察或上传至数据库待处理，计算危险区域面积，可以在后台将资料进行智能识别[7]，作为风险评价的重要依据。通过无人机技术，现已甄别出山西省燃气管网高后果区，较常规人工识别准确率提高20%，通过针对性地采取避灾措施，能够尽可能减少地质灾害造成的后果，保证燃气管网安全可靠运行。

图2 管道本体应力智能采集与监控

2 山西省燃气管网数字化管理存在的问题

2.1 数据种类多样，检索困难

按照管道运行业务数据分类，可分为管道基础与维检数据、油气管道运行实时数据、油气管道空间与影像数据。管道基础与维检数据指管道及站场设施本体的众多属性数据以及针对管道设施的维修检测数据等内容，这类数据通常具有静态与周期性特点；燃气管网运行数据指的是随着运行时间增长，累计的与管道运行相关各种动态数据，如：SCADA系统采集的运行压力、介质温度、管输流量等反映管道实时运行状态的各类运行数据；油气管道空间与影像数据包括油气管道沿线的GIS地理信息、高后果区卫星影像、遥感遥测数据等非结构化数据。

2.2 数据体的总量大，未能实现数据智慧处理和应用

山西省燃气调控中心SCADA每年采集运行数据总量已达到26.8亿条，归档存储的管道运行实时数据量也已达到188亿条(2013—2019年)。同时，管道设施静态数据、维检修数据、周边地理信息等数据体也呈“指数级”增长，管道运行业务数据达到了海量数据的级别。随着信息量的不断增加，此前的数据管理方式在数据查询方面较为费时。不利于关联数据的联合查询、有效提取、综合分析、智能评价以及决策利用。因此，急需研究开发出集成数据采集、反馈、警报发出等多种功能，且能满足生产优化调度、迅速响应、及时制止安全危险、紧急维抢修等需求的智慧管道系统[8,9]，以确保新型城镇化建设、两化(自动化、信息化)建设，提升管道管理水平。

3 山西省燃气管网由数字化向智慧化发展势在必行

随着信息量的不断增加，结合现有的数据数字化管理方式，山西省燃气管网更易实现和推广智慧管道，以确保新型城镇化建设、两化(自动化、信息化)建设、新形势下城市管理体系创新、地下综合管廊建设等工作的顺利开展。所以，山西省燃气管网必将向智能化发展。依据管道完整性管理要求，首先集成新建管道建设期数据，同时逐步完善现役管道的数据，进而构建大数据库，进一步整合管道全生命周期[10-12]数据，提高管道全生命周期数据全自动化移交能力。将现有的SCADA、GIS、地质灾害监测、高后果区危险源智能识别、视频监控等平台，融合人工智能、大数据技术，开发智能感知数据分析模型，提高数据综合分析、智能评价以及决策利用实用价值。通过集成多种智能监测系统及智能化模型，构建面向管道生产运营、安全预警、应急抢险智能一体化平台，促进管道完整性管理向智慧化管理迈进。

4 结语

总体来讲，在山西省燃气管网基本实现数字化管理的情况下，随着管网里程的不断增加，不同数字化平台的数据越来越多，越来越复杂，对关联数据的有效提取和分析利用，最终为综合决策提供依据是重中之重。在克服管道全生命周期的数据采集、集成不同智能监测系统等困难条件下，山西燃气管网由数字化向智能化发展势在必行。只有构建面向管道生产运营、安全预警、应急抢险智能一体化平台，才能提升管道管理水平，保障能源输送安全。