智慧管道站场设备状态监测关键技术

以"全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理"的智慧管道建设为背景,探讨了物联网、大数据、云计算、人工智能等信息技术在智慧管道站场设备状态监测中的应用方式。为了满足状态监测的新需求和新模式,提出并研究了4项智慧管道站场设备状态监测关键技术:信息感知技术、数据存储技术、数据挖掘与智能分析技术、可视化展示技术。基于此,设计了包含4个层级的设备状态监测平台框架结构,分别为智能感知层、数据存储层、智能诊断层及可视化层。研究成果为智慧管道关键设备状态监测提供了技术方法。     

中俄东线天然气管道智能化关键技术创新与思考

中俄东线天然气管道是中国第三代长距离、大输量天然气管道标志性工程,是全球单体规模最大的输气管道,在中国乃至世界管道建设史上创下了多项新纪录。以该管道为试点,打造了中国首个智能管道样板工程。系统阐释了智能管道与智慧管网的基本内涵与关键技术,梳理了支撑管道"全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理"的关键技术及阶段性成果,为持续推进中国管道智能化建设、助力打造智慧互联大管网提供了重要指引。同时,从认识与技术等层面,就管道智能化的技术本质、管道数字基建、管道瓶颈技术攻关、管网智慧大脑等问题,给出了进一步思考与建议。(图1,参23)     

输油气站场智能巡检系统设计与实现

随着智能管道建设与区域化管理的推进,对输油气站场的智能化提出了更高要求。针对目前输油气站场以人工巡检为主,各监控系统相互独立的问题,设计了输油气站场智能巡检系统。通过三维建模技术,建立站场实景三维模型,将站场的视频实时监控画面拼接融合至三维模型,实现对站场全景的一张图管理。梳理站场巡检需求,开发视频智能识别算法,实现对站场不安全事件的智能识别;设置巡检路线制定、历史视频回溯等模块,实现对站场全景的自动巡检。将该系统应用于中俄东线天然气管道工程黑河首站,测试效果表明:该系统可根据巡检路线自动巡检,对典型威胁事件智能识别并报警,其应用提升了站场的智能化水平,为智能管道建设提供了技术支持。     

天然气管网智能调控初探

调控中心作为管网系统的"决策大脑",是集合大量数据、规则以及专家经验的综合性决策控制中枢,其与以数据驱动为特征的新一代人工智能发展思路和演进方向十分相近。分析了国内外管道公司和电网公司调控业务的智慧化及数字化转型方案,总结了其最新研究成果。结合人工智能技术的最新进展,基于天然气管网调控业务的需求,初步提出了智能调控的基本概念及功能特征,即实现智能感知、预测预警、优化决策、智能控制,最终达到黑屏调控的智能化调控模式;后续设计了智能调控的体系架构,并分析了智能控制层和智能决策层的关键技术及潜在应用场景。研究成果可为后续人工智能在管网调控领域的发展和应用提供参考。(图3,参20)     

中外智慧管网发展现状与对策方案

智慧管网具有全面感知、自动预判、自适应、自反馈、自学习等特征优势,近年来得到迅速发展,国内外智慧管网的侧重点有所不同,国外侧重于使用现代模型方法升级传统技术方法,而国内侧重于智慧系统的规划和整体设计。目前中国智慧管网建设仍处于起步阶段,在数字孪生体构建、传感技术、精准检测和评价、决策支持、模型构建、信息共享、大数据深度挖掘等方面缺乏系统性、规划性、科学性,基础模型和智能决策不足。阐述了智慧管网在国家管网多条管道上的开发与应用,逐步实现了设计、施工、运行等多环节覆盖。针对存在的问题,提出了解决方案:管网智能巡护,智慧管网的人工智能,视频实时监控智能识别,管道智能化应急防范,构建基于多源数据的智能化管理平台,灾害一体化智能监测与预警,管道完整性大数据融合、建模、决策支持等。建议进一步采用物联网、云平台、区块链等技术,研究建立管道全生命周期数据标准,构建管道全生命周期数据库,开展智能管网平台设计,包括管道全生命周期资产管控、运行控制、决策支持,最终形成基于多源数据融合的智能一体化管理平台。     

中缅原油管道智能化运行辅助决策系统建设方案

管道智能化运行是智慧管网系统的核心业务,辅助决策系统则是支撑管道智能化运行的中枢。基于原中国石油管道有限责任公司智慧管网的顶层设计和总体框架,以中缅原油管道为对象,针对其地形起伏大、地质条件复杂、周边环境敏感等特点,开展智能化运行建设方案试点。通过分析原中国石油管道有限责任公司与国外油气管道的智能化建设框架及实践成果,在物联共享系统、数字化恢复、云数据中心建设的基础上,提出了建设由运行管控、安全管控、全生命周期完整性管理3个方面构成的辅助决策系统方案;对建设难点进行分析,探讨统筹规划、分步实施的技术路线,从而实现管道运行管控实时自主优化、安全预测预警可控、全生命周期完整性管理高度智能等智能化运行内涵目标。     

基于大数据的全生命周期智能管网解决方案

智能管网可以解决当前系统繁多及数据采集与应用脱节的问题,实现油气管道安全、高效、可持续发展。全面阐述了国内外数字化管道、智能管网的实施进展,分析了智能管网发展的特点、难点以及存在的问题,研究建立了管道全生命周期数据标准,构建了管道全生命周期数据库。提出了全生命周期智能管网的设计架构,包括管道全生命周期资产设施管控、运行管理控制、决策支持3个方面。提出了基于GIS的智能化管理平台方案,搭建了管道建设与运维一体化智能管理平台,一是用于建设期施工数据采集、数字化数据库移交、施工质量可视化管理;二是用于运营期腐蚀防护电位控制,在线完整性评估,高后果区、地区等级升级地区的风险评估,以及无人机巡线等完整性管理循环;三是用于管网的决策支持,包括大数据建模、应急决策支持、焊缝大数据风险识别、基于物联网的灾害监测预警、管道泄漏实时监测、远程设备维护培训、远程故障隐患可视化巡检、移动应用等。智能管网的推广应用,有利于管道管理水平的提升,为决策者提供足够的信息,从而保障管道安全、高效运营。     

中俄东线智能化工艺运行基础与实现的思考

随着数字化、智能化等技术的发展,油气管道运行管理模式将发生根本性转变,形成以智能管道、智慧管网为核心的发展理念。从管道运行工艺角度对中国智能管道建设的基础及实现条件进行了分析:①从智能管道的定义、国内外智能管道的发展现状以及油气管道智能运行的物联网基础与技术准备3个方面论述了智能管道建设的基础及所需实现的功能,指出智能管道在油气生产过程中的应用性是智能管道建设的核心问题;②探讨了天然气管网数据、建模及计算复杂性的根源,明确了智能管道、智慧管网的建设思路;③以中俄东线天然气管道为例,阐述了中俄东线智能运行的目标、基础以及工艺运行智能化组成的设想,其中工艺运行智能化组成包括管道工艺仿真系统建设、基于管道数据的数字孪生体构建以及综合运行调度和可靠性评价。最后,针对智能管道技术发展与应用面临的形势与挑战,给出几点认识及建议。     

智慧管网主要特征与建设构想

针对目前在智慧管网建设方面存在定义不清、认识不统一的问题,基于现有文献提出的智慧管网定义,从智慧系统感知、分析、决策、处置4个环节应该具备的功能出发,给出了智慧管网定义:充分利用信息技术和人工智能技术,在尽可能减少管网运行中人的体力和脑力劳动的前提下,实现对管道状态的全面智能感知和自主分析计算,具备对管网运营各类生产需求和异常事件的自主决策和处置能力,能够对管网的安全和运行状态做出快速、灵活、准确的判断和响应,实现管网全生命周期安全环保水平最高和运营效益最优的目标。借鉴智能制造能力成熟度模型中智能维的5要素及现有智慧管网研究成果,明确了智慧管网应具备的5大特征为业务智能化、数据统一化、信息互通化、状态可视化及知识网络化,并以此为依据,提出了智慧管网的建设构想。(图2,参21)     

油气长输管道巡检中的智能视频监控技术

随着中国对油气长输管道安全运营监管力度不断加大,管道运输企业迫切需要引入新的技术来加强管道巡检。油气长输管道日常巡检管理中通过引进智能视频巡检监控技术,自主识别安全威胁并自动跟踪,实现巡检管理向移动化、智能化的转变。介绍了智能视频监控的原理和相关技术发展现状,针对油气长输管道建设智能视频巡检监控系统进行了应用研究和展望,为油气长输管道智能视频巡检监控系统的建设与实施提供参考。     

中俄东线天然气管道工程SCADA系统的设计与实现

长输油气管道的自动化控制水平直接关系着其生产运行安全与效率,中俄东线天然气管道工程通过创新实践开启了中国长输油气管道自动化控制技术的新篇章。以自动化控制系统的技术特点为主线,以具有代表性的油气长输管道控制系统为依托,回顾了中国长输油气管道控制系统关键技术的发展历程,介绍了长输油气管道自动化控制技术发展现状,并结合智慧化管道建设,展望了长输油气管道自动化控制技术的发展前景。中俄东线天然气管道工程北段各项设计指标均处于全球领先水平,从SCADA系统组成、结构、功能等的创新成果来看,其自动化控制系统代表了目前中国长输油气管道自动化控制技术的最高水平。     

智慧管网建设进展及存在问题

随着中国油气管道骨干管网初具规模,运维体系日趋完善以及大数据、人工智能、物联网技术的应用,智慧管网的建设成为可能。以中国石油天然气集团有限公司智慧管网的建设为例,基于智慧管网现有设计方案,梳理了现阶段智慧管网在科技、信息、物联网方面各个系统的建设进展,介绍了中俄东线和中缅油气管道试点工程的最新成果,提出了智慧管网建设仍需解决的问题。通过明确智慧管网建设的原则及目标,实践探索出一条智慧管网建设的有效途径,最终实现“数据全面统一、感知交互可视、系统融合互连、供应精准匹配、运行智能高效、预测预警可控”的管道智能化运行目标。     

中俄东线智能管道数据可视化探索与实践

为了推动油气管道数据可视化及大数据分析技术发展,对中俄东线智能管道数据可视化建设成果进行了总结。从数据可视化角度,论述了中俄东线天然气管道的数据种类、数据现状及各信息系统的数据架构及数据量;从数据传输、数据ETL(Extract-Transform-Load)等方面,探索了数据可视化实现的做法和实践。通过中俄东线智能管道可视化交互系统的探索和实践,实现了建设期和运营期多源动静态数据的集成展示,提出需数据中心建设和应用层解决方案作为技术支撑的建议,对推进管道数据可视化、大数据分析有一定指导意义。     

管道智能化管理的发展趋势及展望

国内外长输管道的建设、运行已迈入数字化时代,大量新技术的研发及应用为管道智能化管理提供了技术支撑,同时也提出了挑战。对国内外管道智能化技术的发展现状进行了调研,结合目前管道智能化技术在油气管道行业内的应用情况,建立了“数据层-服务层-应用层”的管道智能化管理核心架构,并提出了“做好顶层设计,将管道数据的管理贯穿管道的全生命周期;坚持以问题为导向,抓住主要矛盾;正确处理好数据、技术、生产与管理的关系”的管理原则。通过对管道智能化管理的典型案例进行分析,总结出了多技术融合的应用趋势,以期为中国管道智能化管理的提升提供参考。     

跨国长输天然气管道清管作业特点

清管作业是天然气长输管道投产前或运行中的一项重要作业,可保证管道的安全运行和输气效率。跨国天然气管道的清管作业不同于常规清管作业,其具有一定的复杂性和特殊性。介绍了中亚天然气管道在清管站设置、清管站工艺、清管器选型等方面与国内一般管道的不同之处,并以中亚天然气管道清管作业为例,对中亚天然气管道乌国段的清管工艺特点和清管经验以及跨国段管道清管作业的特点和关键要点进行了总结和解析,以期为后续跨国长输天然气管道的清管作业提供帮助。     

山地油气管道智能化建设实践与展望

西南山地油气管道的建设与运行管理存在地质变化复杂、人员活动活跃“两大风险”,同时还有法律法规标准适用性不强、建设及管理成本预算低、山地油气管道技术缺乏“三大问题”,使得管道管理的系统性风险高、安全管控难度大。通过系统分析山地油气管道工程特征及管控难点,提出依托数字化、智能化来解决风险的不可知与不可控、管控体系效能不够高的两大制约因素。结合山地管道公司业务实际情况,提出了以“五纵两横、两大体系”为核心的数字化转型总体思路,形成了山地管道智能化运行从数据感知、数据传输、数据存储及标准化、应用与决策优化到智能逻辑控制的完整技术路线,提高了山地管道风险管控能力及管控效率。系统阐述了山地油气管道智能化建设基础支撑层(两大体系)、具体应用层(五纵)、平台集成层(两横)的建设实践与成果,并提出了未来的发展建议。     

天然气管道在线清管作业风险识别及控制

长输天然气管道在线清管作业是在不停输、不放空及不影响给下游用户供气的情况下,使用管输天然气作为清管器运行动力源的特殊清管作业,极具风险.结合清管作业的具体实施流程以及山东省天然气管道公司济淄输气管道十余次在线清管作业的现场经验,分别对发球作业环节、清管器运行过程和收球作业环节进行风险分析,详细阐述了风险形成的具体原因并提出了具有针对性的风险控制措施.后期的风险控制能效分析结果表明,各类风险因素基本得到了有效控制,确保了济淄天然气管道在不停输情况下清管作业的顺利进行,可为今后天然气长输管道在线清管作业提供借鉴和理论参考.     

基于T-S模糊神经网络预测算法的管道泄漏定位研究与分析

长输管道的泄漏检测和定位对管道安全平稳运行意义极其重大,在以软件计算为主的检测方法里,模糊神经网络模型综合了模糊算法和神经网络模型的优点,能较好地适应长输管道的非线性特征。本文采用中亚地区某管道某相邻两站场的历史数据训练基于高木-关野（Takagi-Sugeno）模糊神经网络的预测模型,使用STONER管道仿真软件产生实时数据,用一种较简单的软方法较好的实现管道泄漏定位,该种方法对中亚某长输管道这类没有专门硬件泄漏检测设备和系统的管线有一定的实用意义。