西气东输智慧管网建设实践

随着大数据、物联网、云计算、人工智能等智能技术的不断发展及应用,管道行业由传统管理模式逐步向数字化、智能化发展。国家管网集团西气东输公司坚持以"全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理"为目标,聚焦智慧管网,经过管理创新与技术革新,建立了人工智能与管道行业深度融合的新模式:在已有管道运营体系的基础上,引入工业互联网、机器学习、智能控制等技术,形成了站场智能巡检、分输智能控制、流量计智能检定等核心技术,推动了天然气管道站场智能运行技术的发展;大力发展天然气管道关键设备全面智能感知技术,开展了天然气泄漏检测、站场运维巡检智能化管控、压缩机组与流量计智能监测等核心技术创新;构建管道风险智能管控技术体系,推进了管道线路风险智能识别、光纤安全预警、管道智能防腐等核心技术的提档升级。在此基础上,国家管网集团西气东输公司高效推进智能管道运行效率再升级,构建了"全方位感知、综合性预判、一体化管控、自适应优化"的智能管网雏形,为中国油气管道的智慧化发展提供了重要借鉴。     

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。     

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。     

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。     

“双碳”愿景下管网多介质灵活输运与智能化高效利用发展战略思考

“双碳”战略下，管道作为能源领域和现代运输体系重要基础设施，需加快适应“能源生产低碳转型、能源传输格局重塑、能源消费灵活多样”的发展新要求，统筹解决安全高效、绿色智能、价值提升的协同问题。通过分析国家和行业发展需求，回溯了油气储运多年来取得的丰硕技术成果，借力管网改革和储运技术积淀优势，分析了未来发展多介质灵活输运和智能化高效利用的战略需求和建设目标，提出了加快推进“油气+新能源”和“储运+数智化”融合创新步伐以及储运技术重心由“钢制管道+流体力学”向“智慧管网+系统工程”演进扩展的探索性思考。深入剖析了原油管道超弹性改性输送、天然气管道减阻增输、管网仿真优化与智能控制、管体微小缺陷检测评价、纯氢/掺氢管道输运、超临界/密相二氧化碳管输、管网智能化与能源互联等关键技术发展新需求，从构建国家能源管道数据平台、完善新能源管输体系顶层设计、发挥企业科技创新主体作用、面向基础-前沿-应用全链条深化创新、打造中国管道战略科技力量等多个方面进行了建设性思考，以期为新型能源体系下管网发展提供需求参考和技术支撑。（参27）     

智慧管网总体架构与发展策略思考北大核心

为进一步提升管道行业对智能化发展的认识和理解,调研分析了国内外智慧行业发展现状及趋势,收集了国外智能管道相关应用案例,总结了中国智慧管网建设已开展工作成果及中俄东线智能管道工程实践做法。国内外智慧行业(包括智慧管网)建设总体上均处于发展的初级阶段,发展方向主要集中在物联网、数字孪生、机器人、设备智能诊断、工业互联网平台应用等方面,同时提出了数据统一、系统集成以及标准化发展的总体思路。基于此,提出了智慧管网建设系统全面且具有工程可操作性的总体解决方案:基于业务维度、智慧维度、能力维度构建了智慧管网总体架构,并明确了各维度具体内容,以结果为导向建立了智慧管网能力成熟度评价的基本模型。依据"由简到难、由点到面、由局部到整体"的原则,提出了"智能化、智慧化、平台化"三大阶段逐步递进的智慧管网发展路线图。最后,对当前智慧管网建设中存在的问题进行了深入分析,提出了有针对性的发展策略。(图5,表3,参58)     

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。     

国内外油气管道运行管理现状与智能化趋势

根据国家发改委、能源局于2017年发布的《中长期油气管网规划》,油气管网将实现倍增式发展,对管道本质安全和运营效率同时提出了更高要求,推进管道智能化将有助于管道企业把握"保安全"和"求效益"的平衡点。为深化认识在工业4.0背景下管道企业由数字化向智能化升级所面临的挑战,从人均管理里程、管道失效频率、综合能耗率、设备国产化率4个方面对国内外油气管道运行管理现状进行了对比分析,梳理了国内外管道企业在智能化建设方面的先进做法,探讨了中国开展管道智能化建设面临的自动化、信息化、智能化3个方面的挑战,给出了智慧管网/智能管道建设的应对策略:同步推进管道自动化和信息化升级换代,积极开展管道智能化试点、示范工程建设,逐步缩小与国外先进油气管道运行管理的差距。     

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,...     

智慧能源时代的智能化管道系统建设

建立基于"互联网+"智慧能源的智能化管道系统,是提升油气管道管理水平、促进行业发展的有效手段。阐述了"互联网+"智慧能源的内涵特征,分析了"互联网+"智能化管道系统的现实需求,提出了智能化管道系统架构设计和智能物流平台建设规划,搭建了涵盖数字化管理、完整性管理、运行管理、应急管理、综合管理的智能化管道系统,具备数据挖掘与共享、完整性管理及应急管理等核心功能。实例应用结果表明:智能化管道系统有利于转变管道管理方式,对提升决策管理效率、优化资源配置等具有显著作用;围绕管道核心业务,利用云计算、大数据分析、物联网、移动应用等技术能够实现智能分析预警、快速协作响应及安全高效运行,在提升系统数据质量的基础上构建智能化管道专家系统,为智慧能源时代油气管道的转型升级提供支持。     

智慧能源时代的智能化管道系统建设北大核心

建立基于"互联网+"智慧能源的智能化管道系统,是提升油气管道管理水平、促进行业发展的有效手段。阐述了"互联网+"智慧能源的内涵特征,分析了"互联网+"智能化管道系统的现实需求,提出了智能化管道系统架构设计和智能物流平台建设规划,搭建了涵盖数字化管理、完整性管理、运行管理、应急管理、综合管理的智能化管道系统,具备数据挖掘与共享、完整性管理及应急管理等核心功能。实例应用结果表明:智能化管道系统有利于转变管道管理方式,对提升决策管理效率、优化资源配置等具有显著作用;围绕管道核心业务,利用云计算、大数据分析、物联网、移动应用等技术能够实现智能分析预警、快速协作响应及安全高效运行,在提升系统数据质量的基础上构建智能化管道专家系统,为智慧能源时代油气管道的转型升级提供支持。     

智慧管道总体架构设计及关键技术

随着中国油气管道建设步伐不断加快,基于互联网+、大数据、云计算等先进技术与油气管网创新融合的智慧管道建设,成为新形势下实现管道可视化、网络化、智能化管理的重要方法和途径。智慧管道建设首先要实现管道的智能感知,在感知层进行管道本体、关键设备、外界环境及维护资源等信息的全面感知,实现采集、处理及传输一体化,为管道运行决策提供可靠的数据基础。其次,是信息的网络化,在网络层将所有人、物及环境信息全部接入网络平台,实现信息流和资源流的统一。再次,是数据的标准化,在数据层对所有接入的数据进行清洗、转化及标记;在算法层采用人工智能算法对数据进行深度挖掘,抽取故障信息,预测运行状态,优化资源调配。最终,通过具体的业务平台实现"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。     

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)     

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。     

中俄东线天然气管道工程管理与技术创新北大核心

中俄东线天然气管道工程是重要的民生工程,是发展新时代中俄全面战略协作伙伴关系的重要成果,对于保障国家能源安全、优化能源消费结构、助力地区经济发展意义重大。中俄东线天然气管道工程的综合设计指标以及信息化、智能化水平全球领先,代表了当前油气管道建设运营的最高水平。管道建设过程中,面对冬季最低气温-40℃、夏季大面积沼泽湿地、社会依托差、有效工期紧等重重挑战,大力实施管理创新与技术革新,一方面,借助"互联网+"等手段,优化完善管理模式与运作机制,发挥党建引领作用,实现工期、质量、安全、环保、投资的全面受控;另一方面,以智能化为抓手,创新搭建"智能工地",打造"智能管道样板工程",实现核心技术与关键装备提档升级、全面国产化,有力保障了中俄东线天然气管道工程高质量建成、高水平投产。通过总结经验、梳理成果,为今后油气管道工程建设提供参考与指导。     

中俄东线天然气管道工程管理与技术创新

中俄东线天然气管道工程是重要的民生工程,是发展新时代中俄全面战略协作伙伴关系的重要成果,对于保障国家能源安全、优化能源消费结构、助力地区经济发展意义重大。中俄东线天然气管道工程的综合设计指标以及信息化、智能化水平全球领先,代表了当前油气管道建设运营的最高水平。管道建设过程中,面对冬季最低气温-40℃、夏季大面积沼泽湿地、社会依托差、有效工期紧等重重挑战,大力实施管理创新与技术革新,一方面,借助"互联网+"等手段,优化完善管理模式与运作机制,发挥党建引领作用,实现工期、质量、安全、环保、投资的全面受控;另一方面,以智能化为抓手,创新搭建"智能工地",打造"智能管道样板工程",实现核心技术与关键装备提档升级、全面国产化,有力保障了中俄东线天然气管道工程高质量建成、高水平投产。通过总结经验、梳理成果,为今后油气管道工程建设提供参考与指导。     

大型复杂天然气管网离线仿真软件国产化研发及应用

面向国家石油天然气管网集团有限公司（简称国家管网集团）大规模复杂天然气管网的仿真应用需求与管道行业智能化转型的实际需要，提出了一种全新的仿真引擎核心算法——分区增量迭代法，攻关完成了具备先进性、健壮性、开放性的工业级天然气管网仿真引擎，基于总体架构与应用架构设计，完成了离线仿真软件的开发，实现了大型复杂天然气管网仿真核心技术自主可控。依托研发的天然气管网离线仿真软件，对某新建管道完成了设计校核，平均相对误差为0.1%；以全要素涩宁兰管道为对象建模，并与商业软件结果进行对比发现，管道沿线各站的压力、流量在稳态与瞬态仿真下的最大相对误差均小于1%；针对大规模、复杂拓扑结构的2×104 km级全要素天然气工业管网，该离线仿真软件对其具备仿真能力。所研发天然气管网离线仿真软件能够满足未来“全国一张网”的仿真需求，可为国家管网集团的数字化战略及智能化转型提供专业化仿真服务。（图7，表3，参22）     

中国油气管道完整性管理20年回顾与发展建议

近年来,管道完整性管理逐渐成为全球管道行业预防事故发生、实现事前预控的重要手段。阐述了中国油气管道完整性管理20年发展历程,形成了"三个一"技术群,即一套技术体系、一套标准体系、一套系统支持平台,覆盖管道线路、管输场站、储气库及系统平台等多个领域:在管道线路完整性方面,形成本体安全保障、风险评估与控制、输送介质安全保障、抢维修及应急保障等技术群;在场站完整性管理方面,形成站场工艺设施检测与评估、压缩机组诊断评估、定量风险评估、安全等级评估、设施完整性评价等技术群;在储气库方面,形成地下储气库风险控制、储气库建库及运行安全技术群;在完整性系统平台方面,形成基于业务多源数据的管道应急决策GIS系统,智能管网已在中俄东线初步建成。由此分析了中国管道完整性管理当前存在的问题及未来的发展趋势,提出中国管道完整性管理的发展目标是基于全生命周期智慧管网的完整性风险管控,而中国管道完整性技术发展的新方向则涵盖智能化数据采集、风险精准识别、系统自适应反馈、高精度完整性检测评价等。(图1,参140)     

关于中国智慧管道发展的认识与思考

智慧管道是覆盖油气长输管道全生命周期的综合管理系统,是SCADA系统、电子管道、数字管道、智能管道在物联网、云计算、人工智能时代的延续和发展。剖析了油气管道行业智慧管道的内涵与外延,梳理了智慧管道技术发展的历史脉络,揭示了数字孪生体技术的实质与应用现状,在此基础上,建议中国智慧管道建设宜坚持需求驱动、问题导向、突出重点、体现特色、开放融合、数据共享、滚动发展、持续改进的原则,以期为中国智慧管道的健康持续发展提供参考。     

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...