基于数据包络分析的管道完整性管理效能评价

管道完整性管理效能评价是发现管道完整性管理的改进空间,推动其持续完善的有力工具,但目前国内外尚无成熟的相关技术及方法.将管道完整性管理视为多投入、多产出的复杂系统,按照具体业务将其划分为数据管理、高后果区识别等9个业务模块和1个综合管理模块,并针对各模块综合考虑其不同方面、不同属性的各项因素,建立评价指标体系.应用数据包络分析(DEA)方法,对各评价单元进行相对有效性评价,计算其效能值,并对效能结果进行分级,给出评价结论和改进建议.在中国石油某管道公司的应用结果表明,该方法合理、可行.     

基于B/S架构的管道完整性管理系统

为了提升管道完整性管理效率,结合完整性管理具体要求及业务流程,开发了基于B/S架构模式的管道完整性管理系统,建立了管道完整性数据模型,构建了数据库,实现了数据的集中管理和共享。该系统包括管道高后果区识别、风险评价、完整性评价等核心评价模块:高后果区识别模块能够实现管道高风险管段的识别、上报、统计分析、更新等;风险评价模块能够展示管道的全线风险分布,并进行风险敏感性分析;完整性评价模块能够对内检测到的腐蚀、凹陷、裂纹等缺陷进行统计分析,对外检测到的数据进行分析评价,实现管道防腐层及阴极保护的有效性评估。将基于B/S架构的管道完整性管理系统应用于国内某输油管道,实践表明:系统基本满足该管道的完整性管理需求,响应速度快,可靠性高,应用效果良好,为管道的安全维护决策提供了依据。     

中美油气管道完整性管理规范发展现状及差异

中国油气管道建设发展迅猛,加快油气管道完整性管理标准规范的体系建设势在必行,而美国油气管道完整性管理法规标准体系较为完备。采用对比分析方法,总结了中美油气管道完整性管理的发展现状,重点分析了中美油气管道法律法规标准有关基线评估、高后果区识别、完整性评价、维修维护等关键技术条款的特点及差异,提出了当前中国油气管道完整性管理在标准体系、监管、技术应用等方面存在的问题和发展方向。研究结果表明:美国已将完整性评价最低要求扩展至中后果区,冲击水压试验和超声导波探伤已列入油气管道完整性评价技术体系;中国提出了在役油气管道压力试验的新要求。今后可借鉴美国油气管道完整性管理的技术体系和先进理念,依托油气管道隐患治理工作,建立适合中国国情的油气管道完整性管理规范体系和政府监管体系。     

中国油气管道高后果区现状与全过程管理体系

为加强中国油气管道高后果区安全管理,有效管控人员密集型高后果区安全风险,调研了高后果区由来,分析了人员密集型高后果区管段典型事故案例及事故后果影响范围,并对比了国内外高后果区识别准则。统计了中国已建管道和新建管道人员密集型高后果区现状,已建输油管道和输气管道每1×10~4 km分别约有1 523处和517处人员密集型高后果区,新建油气管道人员密集型高后果区管段约占管道总长度的18%。分析了高后果区成因,新建管道路由未经充分优化和已建管道周边土地利用缺乏有效控制是主要因素,从而提出了规划前预防、规划中评估、形成后管控的高后果区全过程管理体系。最后从制定油气管道周边土地划分方法和控制要求、明确油气管道安全防护距离、推广城市管廊带建设等方面提出了相关建议。     

长输管道完整性数据模型及其建立

数据管理是管道完整性管理的基础。对比现有管道数据模型,结合国际上管道完整性管理的理论和应用方法,以我国长输管道完整性管理的实施经验和发展需求为出发点,充分利用APDM模型的数据集合划分和空间信息管理的优势,建立长输管道完整性数据模型。该模型重点针对事故侵害、识别评价、检测评估、海底管道等数据集的数据结构进行构建,细化管道缺陷、侵害来源、检测方式、高后果区、风险及完整性评价信息等要素,统一管道数据类别从属、拓扑方式、格式精度等的参考标准。同时,拓展建立数据字典,结合Geodatabase空间数据库技术,确立中心线特征和沿线要素的表示规则,开发管道完整性管理数据库。长输管道完整性数据模型在某原油管道完整性管理中开展了应用,基本满足该管道的数据管理需求。     

基于高分辨率遥感影像的管道高后果区识别方法

管道高后果区识别工作主要依据GB 32167—2015《油气输送管道完整性管理规范》开展,但由于缺乏有效技术手段的支撑,标准中的定量识别判据对实际识别工作的指导作用受限,从而导致识别工作的效率以及识别结果的准确率不高。为此,提出基于高分辨率遥感影像的高后果区识别方法,采用卷积神经网络和条件随机场组合模型,通过管道中心线两侧缓冲区的建立和基于线性参考的管段划分,实现管道沿线建筑物的自动检测与提取,最后,应用几何计算完成全线高后果区识别。利用该方法对某管道高后果区进行了识别,识别的准确率与召回率分别为93%、90%,大幅提高了高后果区识别的效率与准确性。研究成果可为管道高后果区的高效、定量识别提供技术指导,具有良好的应用前景。（图4,表1,参27）     

天然气长输管道泄漏爆炸后果评价

由于腐蚀、自然破坏、人为破坏及本身缺陷等因素,输气管道易发生泄漏事故,其中蒸气云爆炸造成的失效后果最严重。为了评估天然气长输管道泄漏爆炸造成的物料损失、人员伤亡及财产损失,结合工程实例,对3种定量失效后果评价方法进行对比分析,确定了它们的应用条件和适用范围。分析认为:API 581失效后果评价方法评估步骤清晰简明,考虑因素全,应用范围广,评估结果优于ASME B31.8S-2001失效后果评价方法和爆炸超压-冲量法。该结论可为管道风险评价和完整性管理提供参考依据。     

长输管道高后果区识别系统软件的设计

长输管道高后果区识别及统计受人为因素影响较大,导致识别过程冗长,人力与物力消耗大,识别结果查询不便、通用性差、后处理困难,不能在次年识别过程中有效应用。根据Q／SY1180．2—2009的相关规定,利用Microsoft Visual Studio 2010设计了一套完整的软件组织架构,完成了管道风险评价、管道完整性评价、数据库表结构及效能评价软件开发。该软件建立了完整的高后果因素数据库,能够杜绝工作人员在识别过程中对高后果因素的识别误差、等级划分误差、打分误差等人为错误;利用计算机软件系统整合全部数据,形成完整、规范的高后果区识别报告,可有效避免统计误差,形成完全一致的电子和书面报告,大大减少了工作时间,节约资金,形成统一的完整性管理工作信息平台,进一步提高了管道完整性管理水平。     

管道高后果区第三方破坏智能识别方法

油气长输管道高后果区通常采用视频监控形式开展技术布防,识别高后果区管道周围人工挖掘、机械挖掘及重车碾压等第三方破坏事件,但视频监控往往依靠值守人员监屏,存在效力不足的问题。为此,提出一种基于深度学习的管道高后果区第三方破坏智能识别方法,对采集到的沿线图像视频进行分析,提取特征目标,建立基于YOLO v5的图像智能识别模型。该模型提升了寻优速度和目标检测精度,模型训练在226次迭代后训练过程损失函数值和验证过程损失函数值分别趋近于0和0.01,达到最优态。利用新建立的识别方法在天津地区某高后果区开展管段视频监控测试,识别精确率高达99.33%,验证了该方法的有效性,可为后续开展高后果区视频监控系统智能识别和实时预警提供工程应用参考。（图6,表2,参19）     

基于多源遥感影像的高后果区变化检测方法

近年来,随着城镇化进程的持续推进,部分管道的周边环境不断变化,相应管道的高后果区范围也随之发生变化,准确、高效地掌握环境变化数据以持续更新高后果区信息对管道企业的安全管理工作具有重要意义。由于短期内管道沿线具有自然地物变化较少、人工地物变化频率较高的特点,利用高分辨率正射影像与多光谱影像,提出一种基于多源遥感影像的高后果区变化检测方法。该方法在超像素分割基础上,以LBP-HOG融合特征和光谱梯度差方法对多源数据的变化信息进行提取。实验表明,此方法对管道周边人工地物的变化检测具有较高的准确性,可有效提高高后果区管理的工作效率。     

基于完整性管理方案的管道完整性效能评价方法

针对目前完整性考核指标与完整性管理中存在的问题,结合目前管道完整性管理方案在管道完整性管理过程的作用,提出了建立基于管道完整性管理方案的效能评价方法。该评价指标体系以完整性管理方案规定内容与运营单位实际工作内容之间的符合度作为评价基础,以管道的风险水平、日常工作量大小、事故情况等影响效能的因素作为修正因子,建立了一套符合完整性效能评价要求的评价方法。该评价方法是一种对完整性管理方案执行质量的考核,实现了管道企业对风险控制水平的考核,同时该评价方法实现了目前多种考核与审核工作的结合。（表2,图l,参7）     

涩北气田集输管道风险评价方法修正

为了评估涩北气田天然气集输管道风险,使风险评价结果更加准确,对中国现有的半定量风险评价规范的失效可能性及失效后果评价因子进行了对比分析。结合涩北气田天然气集输管道运营现状,确定了风险评价一级评价因子11个、二级评价因子59个。利用层次分析法对涩北气田天然气集输管道失效后果评价因子权重进行计算修正,确定了半定量风险评价计算方法。选取涩北气田具有代表性的两条天然气集输管道为例,采用修正前及修正后的方法进行风险评价,将两种方法的评价结果进行对比,结果表明修正后的半定量风险评价方法更加符合涩北气田地域特点和管道实际风险状况。(图1,表6,参22)     

基于多源数据的管道沿线功能区识别方法

传统的管道沿线功能区识别方法以人工现场踏勘的方式进行,受识别人员经验和对识别工作的熟练程度影响,识别效率有限。基于高分辨率遥感影像,利用深度学习方法实现高后果区建筑物的高精度提取。利用改进的网络模型与现有成熟的语义分割模型在公开数据集上进行对比实验,结果表明,该建筑物提取网络具有更高的建筑物解译精度。结合兴趣点（Points of Interest,POI）与开放街道地图（Open Street Map,OSM）数据,采用密度峰值聚类分析法计算各类型数据的频率密度,从而实现管道沿线功能区的识别。将该方法应用于西气东输某管道的高后果区功能区识别中,共识别出包括居住区、公共服务区、工业区、商业区、交通设施区及农业区6类功能区。该方法能够准确、快速地对人员密集型场所进行识别,可进一步提升高后果区识别的准确率和效率。（图7,表2,参23）     

长输天然气管道泄漏事故后果评价方法与应用

基于层次分析法和模糊综合评价法,提出了一种长输天然气管道泄漏事故后果影响的评估方法。将长输天然气管道的泄漏后果划分为安全后果、经济后果和环境后果3大层次11个影响因素,建立后果评价指标体系,在PHAST等后果模拟计算的基础上使用层次分析法求取权值,建立等级评价矩阵,确定事故后果的主要影响因素,采用模糊分析法确定最终事故后果严重度,从而完整评估泄漏事故的后果。经实例验证,此方法有重要的工程应用价值。     

管道完整性管理效能评价指标体系

针对国内外尚无管道完整性管理效能评价的成熟方法及标准规范可供遵照执行的现状,深入调研了国外法律法规和标准规范的相关要求,包括美国法规H.R.3609、H.R.5782,美国联邦法规49CFR192,GAO报告和OPS指导意见,以及ASMEB31.8S和API1160等相关标准。指出管道完整性管理效能评价是用于对管道企业或管理单元实施完整性管理的有效性及其效率进行评价,而管道完整性管理效能评价是一个多投入、多产出的综合评价系统,因此对其投入、产出要素进行分析界定,遵循指标的完备性、可比性、可操作性和简练性等原则,从管道企业或运营商的管理对象和完整性管理工作内容两个维度综合考虑,针对每项具体工作设定效能度量指标,构建管道完整性管理效能评价指标体系。     

输油管道的风险评价

考虑油气管道运行中的风险因素,应用风险评价的指标模型,对一条输油管道进行了风险评价.模型中的失效可能性包括内、外腐蚀、第三方破坏、地面移动、设计/材料、运行等六个子模块,失效后果考虑了对环境、高价值地区和居民的影响.模型的因素权重由该管道以往事故统计分析确定.依据风险相同的原则和管道的实际情况,对管道进行了分段,对每一段管道确定了管道失效可能性和失效后果,并进行了风险敏感因素分析,识别风险源.基于风险评价结果,给出了该管道沿程风险分布和相对风险等级,指出腐蚀、第三方破坏以及施工时的误操作(管道建设施工遗留问题)是该管道的主要问题.风险评价的结果可以该管道的完整性管理提供参考.     

兰成渝管道风险评价实践

管道完整性管理是当今世界各大管道公司普遍采用的一种管道管理模式,风险评价则是完整性管理过程中的一个重要环节。管道风险评价是通过对可能危及管道安全运行的诸因素进行分析,对各种可能的后果进行预测计算,对管道的各种风险按其大小进行排序,为管道风险治理提供依据。介绍了运用半定量的评价方法对兰成渝管道内江—重庆段的风险计算过程,给出了评价结果。     

基于WebGIS的管道完整性管理系统的设计与实现

针对传统长输油气管道完整性管理中存在的数据不规范、数据关联困难、缺少GIS空间数据管理、分析处理效率难以适应当今管道安全管理等问题,为了提高其数据分析和信息集成的能力,利用WebGIS技术构建管道完整性管理系统,为管道完整性管理提供可视化基础。基于WebGIS的管道完整性管理系统以GIS作为平台开展风险识别、高后果区分析、巡检监控、应急方案设计等工作,其关键技术包括多源异构数据无缝聚合技术、云部署机制以及基于SOA地理信息服务架构技术。实例应用结果表明:基于APDM数据模型的管道完整性数据库,采用B/S网络结构开发应用系统,其GIS系统在管道完整性管理中强大的空间数据处理和分析能力,提高了管道完整性评价和决策支持的水平,为管道完整性管理提供了实用平台。     

基于CFD的液态烃罐区泄漏爆炸事故后果模拟

针对液态烃罐区的危险特性,利用CFD技术对某液态烃储罐区液态烃泄漏、爆炸事故后果进行模拟分析,建立了一套从泄漏到扩散再到爆炸的事故后果分析方法,并在某球罐区进行了实际应用。结果表明:该方法能考虑到爆炸后空间各个部位超压的变化趋势与规律,能够弥补传统方法不能进行近场超压预测的不足,并能够对爆炸冲击波进行实时三维展示与预测,更加直观可靠,适用于具有密集管道与复杂设备的液态烃罐区事故后果分析评估。     

基于改进风险矩阵法的中俄东线高后果区风险评估

中俄东线天然气管道工程(黑河—长岭段)干线(简称中俄东线)是中国首条直径1 422 mm、X80M的大口径、高钢级输气管道,其沿线高后果区数量多、情况复杂且缺少可借鉴的工程数据。为了准确评价中俄东线风险,提出了一种改进的风险矩阵法,其采用定量分析方法确定了黑河—长岭段干线18个高后果区的失效可能性和失效后果等级,进而结合风险矩阵明确了中俄东线既定路由高后果区的风险等级为Ⅰ～Ⅱ级,风险水平可以接受,论证了目前管道路由的合理性。