浅谈燃气智慧场站主动预警模块在生产运行中的应用

赵盛开 刘国君

寿光实华天然气有限公司 山东 寿光 262700

1 油气行业现阶段生产运行情况

1.1 介绍

随着燃气行业迅猛发展和规模不断扩大，燃气安全管理及险情处置工作受到人民群众与政府的高度重视。为做好燃气安全工作，我公司在天然气场站、管道、阀室安装了可燃气体报警器、振动光纤、视频监控、周界报警等多个检测预警系统。各系统独立运行，不利于管道信息化、智能化建设。实华智慧场站应急联动平台借助信息化科技手段，融合了GIS地图、实时视频、DAS振动光纤、可燃气体报警器和周界围栏、信息化管理等功能，将各系统有效整合，实现报警信息自动上传至智慧场站应急联动平台，利用地理信息数据、外部资源信息、其他业务相关数据及以往事故资料，多级通知，分级响应，数秒内通知50～500人接警，平台自动下发相应的应急处置任务，应急人员依据对应的角色、分工、步骤参与应急处置与救援。电话漏接自动重拨，大幅减少应急处置时间，增强判断准确度，提升协作效率与应急处置能力。

1.2 研究背景

城市燃气管道及场站由于第三方施工破坏、设备设施老化等安全隐患会导致燃气泄露、燃烧、爆炸等险情发生。公司巡检人员每天对管道、阀室、调压柜进行安全检查，但仍存在漏检漏报与23小时左右的燃气泄漏时间窗。如此巨大的安全隐患势必通过科技手段来提高防范，提示预警，避免灾害与损失的发生。

1.3 研究问题

随着5G技术与人工智能的推广应用，我公司对重点部位及高后果区设置振动光纤、可燃气体报警仪、视频监控系统等电子传感设备，实现24h不间断监控，并将实时监控记录回传至监控中心进行综合分析。监控信号接入智慧场站系统，实现主动预警与应急平台联动，提升应急处置反应速度与企业安全管控水平。

1.4 研究现状

2016年，国家发改委、能源局、工业和信息化部联合下发了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，提出以“互联网+”为手段，将智能化作为基础，促进能源与信息深度融合，推动能源互联网新技术、新模式、新业态发展[1]。公司巡检人员每天对管道、阀室、调压柜进行一次安全检查，但是两次巡检间有23小时以上的燃气泄漏失控期。自2018年开始有序地在管道、阀室安装了视频监控系统、分布式光纤防入侵振动检测系统、可燃气体报警器以及输气站周界防入侵系统，从技术上全面提升系统自动化水平，提高安全防范能力。

1.5 加装设备要求

（1）分布式光纤DAS防入侵振动检测系统 采用Φ-OTDR、相位干涉及解调技术，激光信号沿1芯传感光缆传输，每时每刻都有瑞利散射光向后传播，外界振动会改变散射回光相位发生变化并沿传感光缆返回，经光电转换、采集解析之后得到有效入侵信号，同时计算万分之一散射回光的传输时间乘以光在光纤中的传播速度实现精确定位。可实现5公里范围内定位精度2米，50公里范围内定位精度20米的目标。支持物联网远程上传、声音报警、短信报警等功能。

（2）视频安防监控系统 为预防管道沿线避免人为破坏，保障周边环境、居民安全，依据《视频安防监控系统技术要求》GA/T367-2001的相关规定，对视频安防监控系统的设计综合应用视频探测、图像处理/控制/显示/记录、多媒体、有线/无线通讯、计算机网络、系统集成等先进而成熟的技术，配置可靠而适用的设备，构成先进、可靠、经济、适用、配套的视频监控应用系统。[2]公司安装的海康威视视频安防监控系统做到从设计到安装源头把控。

（3）可燃气体报警器 工业用固定式可燃气体报警器由放置在值班室内的报警控制器和探测器组成，主要控制每个检测点，在可燃气体最易泄漏的地方安装探测器，其核心部件是内置检测空气中气体浓度的可燃气体传感器。当气体浓度达到或超过报警控制器设置的报警点时，探测器将传感器检测到的气体浓度转化为电信号，气体浓度越高、电信号越强，并可启动外联设备，如电磁阀、排气扇等自动排除隐患。本公司安装的固定式可燃气体报警器，具有分辨率：1%LEL响应时间：≤30S，检测精度：≤±1%线性误差：≤±1%。采用路由传输，可实现大批量仪器任意组网，现场声光报警，遥控控制器报警，传输距离可达3公里接入值班室控制报警器。

（4）周界电子围栏 根据GA 1551.1—2019，重点部位 油气田企业治安反恐防范要求的重点部位包括但不限于以下部位：

a）周界；

b）周界出入口；

c）门卫值班室；

d）安防监控中心；

e）油气处理核心装置区

技术防范要求8.3.1周界应设置入侵探测装置，探测范围应能对周界实现有效覆盖，不得有盲区[3]。我公司按照规范要求，在公司周界及输气站围墙安装了防爆张力围栏，从技术上解决了周界安全问题。

2 现存问题和不足

（1）问题一：目前生产运行各系统间相对分散独立，缺乏共享协同性，数据难以统一利用，满足安全运行需求的主动预警联动状态工作量很大。

（2）问题二：公司实现管道智能化升级改造缺少专业负责智能设备硬件操作、运维的技术人员和精通管道业务与人工智能的复合型专业人才。

（3）问题三：管线埋设一般都在野外，各类安全监控设备安装运行所需网络连接和市电接入费用高，施工协调难度大。

（4）问题四：管道阀室和调压柜存在燃气泄漏和外来非法进入风险。

3 解决方案

（1）问题一解决方案 针对各类信息系统分散、独立、共享性不够、协同性不强的现状，我公司与软件公司合作开发了实华燃气智慧场站管理系统，其主动预警模块将视频监控、可燃气体报警器、振动光纤、张力围栏等安防设备实现联动，险情发生一键上报至指挥部，指挥部综合判断现场实时视频下发应急任务，通过电话、短信、微信等多途径通知相关责任人，精准定位险情位置，提升险情响应速度。相关责任人在APP上根据应急预案要求，逐级完成各自的应急任务，可实时跟踪查看相关节点情况，快速与现场工作人员沟通、确认险情状况。在险情处置过程中，该系统可利用地理信息数据、外部资源信息、其他业务相关数据和以往事故资料，采用多级应急通知，以50～500人接警、秒通知救援人员方式，自动重拨未接电话，大大减少应急响应时间，提高事故判断准确率，提升维护抢修人员工作效率，具备快速处理突发事件的能力。

（2）问题二解决方案：外聘专业运维人员解决网络安全和运行维护问题。使用简单易用、稳定可靠、自动宕机迁移、自动快照备份、更方便恢复数据的腾讯云服务器，实现更便捷的操作，解决主机24小时在线安全运行。网络安全采用HTTPS和SSL技术，SSL以40位关键词作为保证网络传输安全的RC4流加密算法。

1）SQL安全：系统在防SQL注入方面，设置四道安全防护：

系统级SQL防注入检测。

程序级安全防SQL注入系统。

禁止外部提交表单。

数据库运行避免SQL字符串的组装使用存储过程

2）主机安全 架设安全防火墙，防DDOS攻击，保证系统可用性。主机安全系统架构采用SLB技术，可屏蔽真实的服务器IP地址，防止黑客入侵。

3）数据安全：在内网搭建数据库，保证数据安全，只需服务器即可访问。数据库采用双机热备模式，且会定时自动备份全量数据，有效防止数据丢失。

4）信息安全：重要数据采用安全性非常高的加密算法MD5加密，由于这种加密具有不可逆性，破解的可能性几乎为零。

5）日志安全：所有的创建、编辑记录行为，均记录此操作发生的IP、用户名、操作时间、操作内容等，在发现安全问题时，可提供系统操作的追溯服务。

（3）问题三解决方案：①具备接入条件时优先考虑接入农电和宽带网络。②在无法接入农电和宽带网络的区域，通过太阳能与风电一体的方式，解决野外供电难题，所有供电增设24V、5A的ups电源，实现断电保供，升降压模块能够满足视频监控和网桥的不同电压需求。在无线数据传输方面，我们设置了工业级有线无线双接入4G上网设备，构建智能物联网系统，实现网络断网互为备用，能及时地回传现场图像等数据。无线网桥的特点是功率大、传输距离远（最大可达50公里左右）、抗干扰强。可以用来连接通常相隔几百米到几十公里的两个或多个独立的网段。

（4）问题四解决方案：针对高风险与高后果区，做了如下工作

1）安装DAS分布式光纤预警系统

分布式光纤声波传感器DAS系统，通过相位解调技术，可以实时准确识别出外界振动源的频率和时域波形，能精准分析出振动源时频特性，绘制距离、振动频率、振动强度三维谱图，实现入侵实时监测，有效地降低高后果区由于第三方施工或泄露导致的安全风险。沿管道走向埋设光缆与主机连接，当振动强度高于预警值时报警，并确定报警位置，在地图上标注管道的预警点。实现了DAS与监控联动进行抓拍并记录取证。 GIS地图显示能够加载整个管道沿线的卫星地图，.能识别光缆正上方，距离光缆1m，2m的挖掘，最远识别到离光缆10m外的挖掘信号。

2）安装视频监控

管道沿线安装视频监控，可实时监控管道安全。利用网络球机智能识别技术，对管道高后果区、阀室、调压箱、场站周界进行全时段视频巡更，划定警戒区域，对进入区域的人员实施人脸侦测、越界侦测、徘徊侦测、物品遗留取走侦测等；对可疑人员进行喊话驱离，确保对管道重点位置的可疑人、可疑物、违法行为及时驱离制止，保证生产运行安全。同时控制室会发出报警信号，值班人员会通过远程喊话进行警告驱离，录像锁定证据。

3）燃气报警器联动报警

管道阀室、调压柜、计量箱安装防爆可燃气体报警器，实现与实华智慧场站应急平台联动。如发生泄漏报警，实华应急处置平台自动通知总指挥，员工会接到平台应急任务报警电话，根据应急预案分工及步骤，做好应急抢险工作。解决燃气泄漏无法第一时间处理的隐患问题，增强安全保障。

4）安装周界报警电子围栏

张力式电子围栏是一种安全、可靠、智能的周界防入侵报警系统，是防止非法逾越的障碍物和感应、传递报警、拉压报警、剪断障碍物信息的机电装置集合体。系统与视频监控实现联动，对闯入者脉冲主机会发出声光报警信号，启动监控抓拍功能，彻底改变了以往周界报警探测器环境适应性差、易误报的缺点。张力式电子围栏全天候稳定可靠，它集威慑、阻隔、报警三重功能于一身，是安防系统的第一道防线。

4 应用案例

（1）计量柜漏气应急处置 公司安全员接到应急平台报警电话，通知墨龙计量柜可燃气体报警仪发出天然气泄漏预警。应急处置人员经检测发现孔板阀下阀腔提升轴填料密封处泄漏，后用防爆工具对孔板阀下阀腔提升轴螺帽压盖进行紧固，密闭检测合格后应急处置结束。

（2）第三方施工应急处置 22年3月26日晚22点14分，安全员接到应急平台报警电话，纪台线6号里程桩南100米附近振动光缆报警，随后实时视频监控捕捉到在管道西侧15米处挖掘机进行取土挖沙作业。站长立即赶到现场进行险情确认并对施工队进行了安全教育、管道保护法宣传、安全告知。施工队停止作业，对挖掘处进行回填，直至本次隐患彻底消除。

（3）暴力耕种应急处置 22年4月13日晚23时许，应急平台报警，险情位置为纪台线钓鱼台村鱼塘附近，站长与值班人员赶往现场处置。发现村民在管道附近耕种，触及管道伴行振动光缆。经勘察发现挖掘未及管道埋深但振动光缆被挖断，数据已无法传输。该村民意识到后果严重，承诺将现场恢复原貌，不再耕种。次日，重新熔接光缆，恢复正常工作。

（4）异常工况提醒

场站工作人员设备巡查、检查、维护保养等不到位，后台通知提醒。逾期未完成短信通知分管领导进行督促考核，防止超期造成生产隐患。

5 结束语

随着国家进一步推动燃气行业向精细化、智慧化方向发展，推进各燃气企业由粗放式管理向由数据驱动的精细化管理转型的要求，智慧场站系统主动预警与应急联动的应用可以从技术层面有效的提升系统自动化水平，提高燃气行业安全防范能力。