管道完整性管理研究

管道完整性管理研究

随着信息技术的快速发展，油气管道行业正朝着信息化、智能化管理方向转变。本文以西部管道酒泉输油气分公司的智能化管理平台为例，详细介绍了平台的技术架构、功能特点和应用效果，为油气管道行业的智能化管理提供了有益的参考和借鉴。

应用现代信息技术，采集管道基础数据及周边环境数据，搭建油气管道智能化管理平台，利用大数据存储检索优化技术，对管道数据进行归纳，经管理系统智能分析，为决策提供支持。依靠空间GIS技术与三维可视化技术，构建与现实长输管线及周边环境高度一致的生动直观的三维场景，以三维可视化方式展示各类信息的整合关联，为模拟演练及应急响应提供辅助决策。

平台建设

2016年开始，西部管道酒泉输油气分公司以云计算、物联网、大数据、GIS和三维可视化等技术为支撑，通过内容综合、形式统一的空间数据库，统一采集存储和管理二维、三维地理信息及长输管道业务三维模型，建设智能化管理平台，实现大场景的二三维一体化管理，以三维可视化的方式展示各类信息的整合关联。

数据处理

利用大数据存储检索优化技术，定制多类专用数据格式，包括三维设计模型数据、GIS数据、实时传输数据、设备信息等，数据经过转码与解码，在保障数据质量与场景效果的前提下，显著缩小存储空间，提升数据处理整体效率。并采用合理的逻辑组织，分散的物理存储，设计索引、数据操作的优化等技术，实现海量数据的存储检索与优化。

平台架构

智能化管道管理系统平台架构如图 1所示。

图 1 智能化管道管理系统平台架构

（1）数据库层。提供本地及远程等多种数据连接方式，将外系统数据及现场收集的其他数据进行整合分类，分为空间GIS数据库、静态数据库、动态数据库三类。空间GIS数据库主要包括GIS数据和三维模型数据，静态数据库包含周边社会经济要素等数据，动态数据库包含运行维护数据、生产动态数据等。

（2）平台层。采用全国产化睿-Pipe平台，实现虚拟现实技术、空间GIS技术及模拟仿真技术的有机融合，引擎提供标准对外接口和功能方法调用，同时对应用层提供支撑。

（3）应用层。将整合的各类业务数据分门别类展示，呈现系统全部功能并进行实际操作，查看各类数据的分布情况，并进行统计分析。

系统部署

采用客户端（C/S）嵌网页（B/S）模式，基于INTERNET/INTRANET的通信基础，以C/S+B/S模式架构。同时采用多逻辑服务器负载均衡，在1台硬件服务器上部署4个逻辑服务器，分别是3D-GIS服务器、数据库服务器、Web服务器、集成应用服务器。

3D-GIS服务器存放地理信息数据、全息场景数据、各种模型数据，并针对存储数据进行分发、控制、同步等管理工作，并提供空间量算等GIS操作功能。

数据库服务器用于安装数据库软件，存放除地理信息数据以外的所有数据，对所存数据进行管理，如生产工艺流程数据、救援资源数据、应急预案数据、外系统集成数据、系统配置数据等，并对所存数据进行同步管理操作。

Web服务器提供Web服务功能及集成其他Web服务器，以Web的形式发布数据、进行数据交互。Web程序操作快捷、方便，集成外系统功能和集成其他服务器功能，能以超链接的形式集成外系统Web服务器，也可以COM组件、网络等形式集成应用服务器、3D-GIS服务器、数据库服务器功能。

集成应用服务器主要负责集成外系统的功能，如油气扩散、火灾及爆炸模型等；集成其他已有信息系统的信息和数据。应用服务器除集成外系统的功能外还可以为灾情评估、灾情推演等应用提供后台支持及计算。

关键技术

采用地理坐标与虚拟现实坐标的转换匹配技术、虚拟仿真与空间GIS融合技术、大范围三维场景实时渲染优化显示技术、多源信息整合与数据接口标准化等技术，实现在不涉密的情况下，管道定位精度及在场景中的真实展现。

平台功能特点

实现数据集中和数字化

将管道本体及附属数据、管道业务数据、应急资源数据整合为统一数据库，在系统里构建与现实走向一致、状态一致的数字化管道，不仅仅是视觉上还原，更重要的是还原管道的各类信息，主要包括空间实体数据、静态数据、动态数据等三大类数据。包括通过焊缝、钢管、弯管等信息，还原管道本体及附属设施；周边地貌、敏感目标、居民等，构建管道周边环境；纳入实时温度、压力、流量等数据，呈现管道运行动态（图 2）。

图 2 管道状态数字化展示

实现可视化预案管理

将事故灾情、发展进程、救援行动等制作成数字化预案，按照事件的发展过程，将应急措施可视化展示，用于进行预案桌面推演和应急救援培训。同时，将已经发生过的典型事故和应急救援过程，制作成数字化预案的多媒体演示脚本，可以随时在平台查询和演示，改变传统纸质化预案演练模式（图 3）。

图 3 应急预案可视化展示

实现巡检区域化管理

站场巡检实现巡检点位精确定位和推送，三维可视化标识巡检对象；站内精确定位，巡检历史路线可视化回放；巡检操作精细化，按照提示任务进行拍照、录像等取证过程及巡检结果直接触发线上业务流，可直接向其他协作岗位推送消息或发起视频对讲。线路巡检实现对管道巡线在线人数、实时位置、历史轨迹、计划覆盖情况、计划执行情况等信息进行查询、统计、展示。提高了巡检人员的单兵作战能力；中心站将各分站场、线路巡检综合集中管理，有利于实现区域内所辖站场、阀室设备设施的集中巡检、统一维修、资源共享，提升设备可靠性、全员劳动生产力和员工技能水平。

实现风险主动管控

利用大数据，将影响管线完整性的各类影响因素（天气、施工、占压、腐蚀、运行压力、地质情况等）综合展现，掌握各类影响因素之间关联规律。通过建立三维信息系统，优化管道管理模式，提高信息传递的效率，宏观可以掌握走向态势，微观可以方便查看焊缝、阀门，将风险管控模式由被动转为主动，将事后处理转变为预防管理，提高了管道安全运行系数。如对第三方施工管理可按照施工状态（未施工、施工中、已完工）分类查询第三方施工分布情况，也可进行专题图统计。

对管道缺陷进行预警分析，通过ERF（预估维修比）指标，将ERF＞1的缺陷筛选维修；对不符合维修标准的缺陷，计算生长速率并持续关注；通过三维场景可视化展示，快速定位和修复需维修缺陷位置。阴极保护管理将测试桩数据在三维场景可视化展示，对测试数据进行纵向和横向统计分析，并展示报警位置，提高保护的有效性。对地质灾害风险点实现一张图管理，将不同种类的风险分类管理。分种类、分等级进行风险统计分析，在三维场景中定位风险点，风险点按等级在场景中分颜色展示 。

实现资源调配整体优化

利用设备运行监控平台和大数据查询功能，进行应急资源和物资调度、作业维修，提高资源周转能力及管道运力，降低设备故障率，提高工作效率。

结论

本文阐述的智能管道建设，是希望管道企业通过智能化管道管理平台，整合海量数据，实现管道的数字化、自动化、智能化管理，做到有效处理，分析，展示。在管道日常业务活动、应急抢险等过程中，能够快速获取管道的基本信息、周边环境、运行参数、风险隐患、应急资源等信息，辅助用户迅速做出决策。

酒泉分公司通过管道智能化管理平台实践，多次在处理管道缺陷风险时，利用系统查看特定范围内的人员、环境、管道附属设施、阴极保护等数据信息，通过系统内置的管道全生命周期数据分析，快速掌握管道的本质安全情况，为预防性维修维护提供依据。结合智能巡检模块，提升管道隐患的处理效率，在应急演练时预先在三维可视化场景中模拟灾害并进行事故推演，更加直观看到事故的整体态势和影响范围。

后期，智能化管道管理平台可延伸业务管理功能，加强分公司决策分析支持能力及基层核心业务过程管理，在分公司层实现管道等级划分，管道健康评价；在基层实现业务事件可追溯，工作任务可推送；结合移动端功能及大数据分析技术，依据不断累积的数据，逐步实现自动分析识别、主动预警预防。通过接入管道内检测数据和运行监测数据，结合数据分析模型，实现对管道非结构化数据的深入分析，查找管理短板，提升管理能力，对今后管网实施智慧化管理起到一定的作用。在基础数据应用、事件处置效率、应急响应速度、运行管理手段、本体业务管理、综合分析能力等方面实现“六提高”，成为企业管理的有力抓手，保障管道安全、平稳、可靠、绿色运行。