油气管道站场完整性管理数据模型

站场完整性数据管理所需的数据种类不断发展,数据模型作为数据管理的基础,采用针对每种具体对象建模的传统建模方式,数据要素之间关联性弱,且频繁变化的数据项造成模型不稳定,导致管理中各业务之间无法形成有效的闭环。以油气长输管道数据模型为基础,结合我国站场管道完整性管理的业务需求,提出了一种满足站场完整性管理业务需求的空间数据模型。该模型以几何网络为基础,建立管网和站场设备设施的空间拓扑关系,同时考虑定制和扩展性能,以满足对新技术、新方法的支持。结合该模型在某大型油气管道站场的应用,论述了其应用效果,具有较强的实际指导意义。     

PowerBuilder环境下动态数据管道的实现方法

针对PowerBuilder环境下标准数据管道对象(Data Pipeline Object)存在的不足,阐述了如何将其改进为"动态数据管道对象"的方法.     

油气管道生产监控系统时钟同步方案

鉴于中国石油长输油气管道站场的生产监控系统时钟不同步问题,在分析和总结现有两类8种时钟同步技术及结合生产监控系统在役设备和系统架构基础上,利用NTP、GPS、北斗、modbus通信和CIP通信等技术,提出了SCADA系统、泄漏监测系统、视频监控系统、语音电话系统及第三方设备等生产监控系统需要授时设备的时钟同步方法及PLC数据时间标签插入方法。制定了调控中心、分控中心、输油气站场和阀室的授时方案,并利用该方案在漠河-大庆原油管道多个站场进行了示范应用,实现了中俄原油管道漠河-大庆段的生产监控系统时钟全线同步,并对PLC上传的数据插入时间标签,可重现真实的事件发生时序,为生产及事件分析提供保障。     

在役油气管道数字孪生体的构建及应用

中缅油气管道是中国首条经过数字化恢复构建数字孪生体的在役山地管道。通过基准点测量、管道中线探测、航空摄影测量、三维激光扫描、三维地形构建、倾斜摄影、数字三维建模等技术进行数据收集、校验及对齐,对管道建设期的设计、采办、施工及部分运行期的数据进行恢复,对站场及管道的设备、建筑等构建数字三维模型,形成管道线路数据资产库和站场数据资产库,构建中缅油气管道的数字孪生体。通过多系统融合,深入发掘数据价值,实现管道可视化运行、设备拆解培训、指导维检修作业及应急抢险作业等,为实现管网智慧化运营奠定了数据基础。(图1,表1,参25)     

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。     

油气管道全生命周期数据管理及其在中俄东线的应用

油气管道全生命周期数据管理是油气管道全生命周期完整性管理的基础,从数据模型构建、数字化移交标准、数字化移交接口开发、数据整合维护与分析应用几方面系统阐述了油气管道全生命周期数据管理技术的研究发展现状。结合中俄东线天然气管道数据管理需求,从数据内容扩充、数据组织结构优化两方面对PIDM数据模型进行优化升级,并在PIDM数据模型上增加了管道全生命周期各阶段数据的关联规则。制修订了CDP-G-OGP-IT-148—2019-1《油气管道设备设施运行数据规定》、Q/SY 05180.6—2019《管道完整性管理规范第6部分:数据采集》等系列标准规范,其中隐含了中俄东线天然气管道特有的业务要求和相应的数据规则。优化了管道完整性管理系统PIS功能:后台服务端扩展了矢量切片、WFS、Web Scene等先进GIS服务功能;前端开发了自定义制图、多语言支持、本地数据展示、共享视图、卷帘、时间轴、事件编辑器等丰富的数据展示、分析、维护功能。以上成果在中俄东线天然气管道北段取得了较好的实践应用效果。最后,提出了未来油气管道全生命周期数据管理急需解决的瓶颈问题。(图2,表2,参24)     

基于数字孪生的智慧油气站场设计与开发

随着中国油气站场建设规模不断扩大,生产运行及安全管理的要求日益严苛,但目前管道及站场实体可视化应用及综合展示非常匮乏,无法以三维场景查看站场内各区域分布及运行数据,尚未建立与实际情况高度一致的设施设备模型。为此,提出了基于数字孪生的智慧油气站场系统化解决方案：在数字孪生理论的基础上,以ArcGIS系统为基础平台,运用3Ds Max软件建立等比例、高精度的站场模型,搭建真实映射物理站场的数字孪生站场,辅以先进传感、大数据分析及人机交互技术,形成智慧化的输油气站场信息物理系统。以陕西某压气站为例进行了系统设计与开发示范,结果表明：该系统能够实现站场全要素的三维展示、站场状态的实时监测、站场管理的统筹决策,有利于全方位提升站场安全生产的宏观监管、重点监管、精准监管水平。（图3,参22）     

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。     

油气站场完整性管理技术思路

基于对管道系统相关的安全评价方法和资产完整性管理(AIM)技术的总结分析,指出AIM技术是开展油气站场完整性管理的技术基础.通过分析油气站场完整性管理的内涵和特征,提出了开展油气站场完整性管理的技术方法和基本体系框架的设想,其核心思想是在资产完整性管理技术系统集成的基础上,实施基于风险管理的以流程单元和设备关键部件为对象的深层次的完整性管理模式,开展与生产管理过程紧密结合的体系和平台建设,最终建立与管道完整性管理理念和方法相一致的油气站场完整性管理体系.     

GIS在管道工业中的应用

介绍了GIS数据库及从地图、航空照相、卫星遥感获得GIS数据的三种方法及管道工业成功应用GIS的两个事例。美国的西北天然气公司利用GIS使其许多工作自动化,如计算机辅助泄漏检查、管网模型分析、紧急事故响应和系统规划等,GIS已使该公司的工作环境远远超过CAD时代。Bechtel公司在铺设从里海到黑海的原油输送管道时,利用GIS和卫星遥感建立一个最小费用线路的计算机模型。结果表明,利用GIS软件的地面覆盖自动辨别能力和遥感卫星生成的地面覆盖地图建立的线路模型选线,将比在里海与黑海之间采用直线线路的费用少14%。     

原油管道站场的量化风险评价

介绍了量化风险评价技术的基本流程、判定准则和评价模型,以实例讨论了其在原油管道站场的应用。根据站场的生产特点,设置泄漏场景;根据站场所在地区的气候资料,设定年平均风向、风速和大气稳定度等级的联合分布;伤害模型以热辐射和超压为主,以人员致死率为评价指标;采用荷兰应用科学研究院的评价软件RiskCurves计算站场对界区内各岗位和界区外居民场所造成的个人风险数值和社会风险F-N曲线。根据评价结果,从降低个人风险和社会风险两个方面,提出风险控制建议。最后,探讨了量化风险评价技术在油气管道站场的应用价值和尚待解决的问题。     

基于GML的图库一体化数据存储及应用

为解决传统的图库一体化中制图数据与基础数据分离且格式不统一问题,引入能够表示地理空间对象的空间数据和非空间属性数据GML(地理标识语言)文档,建立图库一体化模型,实现数据统一存储管理和应用。首先将GIS数据作为基础数据建库,制定相应的配图方案形成制图数据,用GML技术将上述基础数据与制图数据即地图配置数据统一存储和管理,建立GML图库一体化模型;然后从GML地理数据库中提取与制图数据有关的信息并分析GML地理要素的属性,从地图符号库中匹配出表示该地理要素的地图符号信息,运用编程语言实现地图配置并保存至GML数据库,实现制图数据与基础数据的一体化存储。以某县级开发区土地利用数据为例对GML数据库的应用进行分析,运用C#编程语言完成土地利用数据的GML存储,采用Arc Engine提供的可视化控件实现GML可视化,通过Arc GIS Engine提供的地图整饰功能进行制图输出,实现图库一体化GML数据的应用。     

基于SCADA和GIS的油气调控运行系统

基于SCADA和GIS技术的油气管道调控运行系统,可以有效提高油气管道调控运行水平,加快管道数字化建设步伐.根据SCADA和GIS技术在管道调控运行中互补应用的可行性,建立了系统的基本框架:在同一平台上完成SCADA和GIS数据的处理,同时支持静态和实时数据处理且保证效率,用户最终通过同一接口访问空间和实时数据,执行油气管道的生产调度和决策指挥工作.系统的基本功能包括泄漏检测定位可视化,清管器跟踪定位与显示,批次跟踪定位与显示,应急救援指挥与决策,信息查询、分析和统计,管道与附属设施多媒体,参数报警与高亮显示,状态参数在线显示,图表处理与打印等.系统要实现动态数据和静态数据的统一管理,在接口处理和数据存储等方面尚存在诸多技术难题,有待探索和完善.     

仿真与DBSCAN算法融合的管输数据生成与验证方法

在油气管道系统中，受数据保密性高、数据采集技术不完善、异常工况发生频率低等因素制约，利用管输数据集进行机器学习模型训练，效果不理想。基于此，以某原油管道为例，分析管输能耗，利用Pipeline Studio TLNET软件对输油泵机组耗电量进行仿真，扩充训练数据集。针对管输仿真样本无真实值对照、特征关联、高维等特点，提出一种基于马氏距离的DBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise)算法，用于评价仿真样本的可靠度，识别异常仿真数据。基于仿真样本与现场数据样本的机器学习模型训练结果表明，剔除异常数据的仿真样本能够提升模型的拟合能力，由此为管输数据仿真样本的生成与验证提供了新的思路。（图5，表5，参25）     

IEC104协议在陕京—线SCADA系统中的应用

北京油气调控中心在整合陕京一线SCADA系统时,将其原有的Modbus协议串口通信升级为基于TCP/IP的IEC60870-5-104协议(简称IEC 104协议)网络通信.IEC 104协议的实现要点:主站和子站之间使用的IEC 104协议基于网络传输层可靠的TCP传输协议;主站(客户端)主动进行TCP连接,而子站(服务器端)被动响应TCP连接;双方都使用固定的TCP端口号2404;服务器端和客户端互知对方的IP地址,作为判断连接的依据;当客户端没有进行数据请求而服务器端有数据变化时,服务器会主动上传变化数据.通过对陕京一线SCADA系统应用Modbus协议和IEC104协议时业务数据流和数据响应时间进行比较和分析,总结并归纳了管道站场与调控中心之间应用基于IEC 104协议的网络通信的优势:实时性好、可靠性高、数据流量大、便于信息量扩充、支持逢变则报、支持网络传输、数据带时间标签等.     

基于3Ds Max和ArcGIS的油气站场三维可视化信息系统开发

伴随着越来越复杂的工艺流程和管网分布,输油气站场的故障问题逐渐趋于多元化,为提高站场故障诊断、安全管理和信息管理能力,以站场等比例、高精度的3Ds Max 软件模型为载体集成现有数据,在大数据分析技术和ArcGIS 开发技术的基础上将数据存储、数据分析及网页前端交互技术有机结合,形成能够动态实时掌控站场设备安全状态的系统平台,进一步提升安全生产的宏观监控、精准监管水平,从而推动信息化背景下“智慧站场”的建设,促进站场向数字信息化、管理可视化、目标智能化方向发展。     

IEC 104协议在陕京一线SCADA系统中的应用

北京油气调控中心在整合陕京一线SCADA系统时,将其原有的Modbus协议串口通信升级为基于TCP/IP的IEC60870-5-104协议(简称IEC104协议)网络通信。IEC 104协议的实现要点:主站和子站之间使用的IEC 104协议基于网络传输层可靠的TCP传输协议;主站(客户端)主动进行TCP连接,而子站(服务器端)被动响应TCP连接;双方都使用固定的TCP端口号2404;服务器端和客户端互知对方的IP地址,作为判断连接的依据;当客户端没有进行数据请求而服务器端有数据变化时,服务器会主动上传变化数据。通过对陕京一线SCADA系统应用Modbus协议和IEC 104协议时业务数据流和数据响应时间进行比较和分析,总结并归纳了管道站场与调控中心之间应用基于IEC 104协议的网络通信的优势:实时性好、可靠性高、数据流量大、便于信息量扩充、支持逢变则报、支持网络传输、数据带时间标签等。     

基于GIS的输油管道辅助设计系统的关键技术

基于地理信息系统(GIS)平台的长距离输油管道工程辅助设计系统,是集显示、管理、决策为一体的输油管道工艺辅助设计平台,其运用组件技术和数据库技术,开发适用于输油管道工艺设计的专业化模块,以实现输油管道工程设计过程中的方案管理、工艺设计、线路管理及系统维护功能.该系统利用分块处理与图形变换设计输油管道导直平面图的生成算法;利用摩阻计算模型和方程迭代算法确定管道沿线的泵站和阀门布置,并生成水力坡降图.实现输油管道技术专业流程在GIS基础平台上的模块设计与组件二次开发,可为油气储运生产提供辅助决策支持.     

管道完整性管理系统的权限控制设计

管道完整性管理系统(Pipeline Integrity Management System,PIS)作为油气管道行业的企业级管理信息系统,承担着保障油气管道安全平稳运行的重要任务。以PIS实际业务的应用情况为出发点,总结、分析其需求特点,结合基于角色的访问控制模型(Role-based Access Control,RBAC)基本思想,提出了一种适用于管道完整性管理系统的权限控制方法。通过权限逻辑配合业务逻辑、粗细粒度相结合的原则,实现了PIS中各种层级的权限控制。研究表明:该设计方法方便灵活、简单实用且扩展性强。通过PIS的验证发现,该权限控制方法能够较好地满足基于B/S架构的具有复杂业务功能的企业级管理信息系统对权限控制的要求。     

油气管道SCADA系统调控业务应用的GIS扩展

基于面向服务架构集成服务总线技术与面向对象管道模型技术,构建了开放、互联的油气管道SCADA系统软件,并从系统架构上设计了GIS与SCADA系统数据通信机制,利用GIS空间分析功能和油气管网SCADA调控业务计算结果,对整个油气储运生产运行过程的主要参数、管道信息、设备运行状态进行动态监测,利用地理信息系统全景展示油气管道运行状态,扩展油气管网调控业务应用,实现泄漏分析、应急处理等。