油气管道惯性测绘内检测及其应用

管道完整性管理是确保管道安全、经济运行的重要手段,管道位置参数是管道完整性管理的重要基础数据。油气管道惯性测绘内检测技术,以三维正交的陀螺仪与加速度计组成的惯性测量单元（IMU）为主要测量设备,以地面GPS参考点与里程计数据进行位置与速度修正,能够精确测绘管道中心线坐标,实现管道管理的数字化与可视化。利用获得的高精度中心线坐标参数,能够有效识别、评估由环境因素诱发的管道弯曲应变。将缺陷参数与管道中心线坐标相结合,可实现缺陷的精确定位,生成管道缺陷维修工程图。     

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IMU数据的冻土区管道融沉风险段识别方法

惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)可检测得到管道全线的弯曲应变海量数据,但目前缺乏高效利用IMU数据进行管道定量评价的方法.为此,提出一种基于IMU应变检测数据的冻土区融沉风险段管道识别方法,其主要包括IMU应变数据预处理方法,即数据对齐和弯头、凹陷、三通等非融沉段大应变特征识别...     

管道内检测数据坐标化技术

目前,管道内检测数据均以里程作为管道缺陷点、异常点及特征点的定位基准,不利于缺陷修复及内检测数据的深度利用.为解决这一问题,提出由中心线测量实现内检测数据坐标化的技术流程,建立了根据中心线测量计算管道长度、弯头方向及曲率半径的数学算法模型,制定了中心线与内检测特征点的对齐拟合方法,并确定了拟合点的选取原则.现场开挖验证...     

管道内检测数据对齐方法与应用

随着内检测的不断推进,大部分管道已经开展了两轮及以上次数的内检测作业,获得了大量内检测数据。由于内检测受外部环境及检测误差的影响,多轮内检测数据在里程、缺陷识别与量化方面存在一定差异,难以实现多轮内检测数据的快速对齐,且人工对齐工作量巨大。为研究内检测数据的快速对齐方法,结合大量内检测数据,构建了内检测数据对齐算法模型,基于该模型实现了内检测数据的快速对齐,并通过不同单位、不同格式的内检测数据进行应用测试。测试结果表明:该方法可以实现管道阀门、三通等特征100%对齐,管节对齐比例达99%以上,弯头对齐比例达90%以上。基于该方法,可快速对内检测数据进行深度挖掘分析,预测管道本体缺陷发展趋势,为管道腐蚀控制及管道本体管理提供数据支撑,实现管道本体风险的预控,提高管道完整性管理水平。     

内检测数据管理云平台的设计与实现

管道内检测(in-line inspection,ILI)数据具有数据量大、结构复杂、来源多样、不易管理与利用的特点,为了充分实现管道内检测数据的价值,为管道完整性管理提供更加便捷、有效的决策支持,结合云环境技术,将分散闲置的计算存储资源用虚拟化技术集中管理起来,建立了一套涵盖内检测数据组织、存储、发布、管理、使用全流程的云平台。利用该平台可以对内检测数据进行便捷、安全、高效、持续地管理,并可根据数据量的增加对云资源池进行灵活扩展,满足计算存储需求,使得管道完整性管理可以不受时间、地点、客户端的限制,进行内检测数据的上传、检索、分析等操作。该平台可以减少硬件投入成本,节省大量人力、物力及时间,进一步集中力量挖掘并发挥内检测数据的作用,为管道风险预判及维修维护提供重要支持。     

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。     

埋地油气管道弯头的强度计算

通过理论分析导出了埋地弯头附加弯矩的新计算公式,其推导依据是:“弹性抗弯铰”假设,不考虑弯头受到的土壤抗力,但考虑弯头承受的内压;土壤对直管道纵向位移的抗力与纵向位移的关系为双线性,即考虑弹性工作段和极限平衡段(塑性工作段);土壤对直管道横向位移的抗力满足Winkler假定;将弯头两端的直管看作半无限长的梁或杆;同时考虑温差和内压对管道位移的影响。将新公式的计算结果与有关油气管道设计规范推荐公式的计算结果进行了比较。讨论了弯头的强度验算方法和管土相互作用参数的确定方法。推荐了实用的埋地弯头强度设计计算公式。     

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。     

管道内检测数据管理

管道内检测是近年新兴的一项技术,在管道完整性管理中发挥着重要作用。与采用文件模式进行手工管理的传统内检测数据管理相比,管道内检测闭环管理避免了前后环节信息不一致及再次内检测时无法有效利用历史数据的问题,改善了完整性管理的循环效果。在分析管道内检测数据采集、存储、使用流程的基础上,结合管道数据模型(PIDM),提出了以内检测项目信息作为循环开始,统一内检测数据格式,利用线性参考技术进行数据校准和关联,依据PIDM历史数据模式进行数据存储,经缺陷评价后建立开挖单以规范管理维修维护,以维修单更新缺陷状态为循环结束。通过各环节的完整衔接,实现了基于内检测技术的管道完整性闭环管理。     

长输管道内检测数据比对国内外现状及发展趋势

通过对国内外管道内检测数据分析技术的实地调研,对内检测数据比对技术现状进行了比较研究,得出了目前内检测数据比对工作的主要目的仍然是识别管道缺陷的变化率及新增缺陷点,同时内检测数据的利用率处于较低水平,指出深度挖掘和综合利用内检测数据将成为未来的发展方向,并为后续内检测工作的开展提出了建议。此外,提出了管道运营公司在第2轮内检测完整性再评价时,应建立管道完整性数据综合分析机制,即综合考虑各相关影响因素,有针对性地提出预防、减缓和改进措施,对丰富完整性管理理论及提升国内管道内检测数据比对技术水平具有重要的现实意义。     

管道完整性系统数据集成与应用

从油气长输管道完整性数据的应用现状出发,提出了管道完整性数据集成应用的现实需求,通过比较现有数据集成技术,进一步分析了管道完整性数据集成的需求和目标,分别从管道完整性数据库构建及应用平台两个方面对实施路线进行了阐述。结合管道内检测应用实例,分别从完整性数据支持、数据对齐、数据分析展示3个方面验证了基于管道完整性管理系统的数据集成应用效果,有效解决了数据不统一、利用效率低、应用效果不理想等问题,从而为管道完整性管理及相关技术应用提供更加有效的手段,为实际管理决策提供更加有效的支持。     

基于接触单元的埋地弯头工作荷载下的强度分析

埋地弯头是长输管道常见的结构形式,易在外载作用下发生失效。基于非线性有限元方法,使用壳单元模拟管道,实体单元模拟土壤,接触单元模拟管土相互作用,建立了工作荷载作用下弯头受力分析的数值计算模型。对比计算了管径、壁厚、弯头曲率半径、弯头夹角、管土摩擦因数、土壤弹性模量不同特性参数下的管道应力,给出了管道峰值应力的变化规律:管径越大,弯头应力越大。结构上可以通过增加壁厚,增加弯头曲率半径与弯头夹角等方法减小弯头应力,而夯实弯头处的土壤也能够起到降低弯头应力的作用。     

管道数据记录仪的研制与应用

社会、经济的高速发展对长输管道的安全运行提出了更加严格的要求,管道运营企业迫切需要一种能够实时或定期监控管道全线运行状况的方法。基于此,研发了管道数据记录仪(Pipeline Logger,PL),其可以简单便捷地监控管道的运行状况。管道数据记录仪尺寸较小,设计独立,安装便捷,可以搭载到几乎任何类型的清管器或检测器上,在管道日常清管作业或内检测过程中,可以方便地测量管道内绝对温度、绝对压力、三轴加速度、三轴角速度。利用自主研发的数据处理软件,可以根据记录数据计算得到弯头、环焊缝等管道参数,从而便于监测管道运行状况,及时发现管道内较大的异常点,定位异常点位置,对维护管道安全运行具有重要意义。     

储罐与工艺管道的完整性管理

针对储罐和工艺管道开展以风险评价为核心的完整性管理,是提高油气站场安全管理水平的必然趋势。基于干线管道完整性管理方法,提出了储罐和工艺管道完整性管理的基本方法。以API Publ 353标准中的定量风险评价方法为基础,阐述了储罐和工艺管道的风险计算基本模型,包括储罐和工艺管道泄漏场景的确定,腐蚀速率、泄漏频率和后果的计算等。在完整性评估和风险减缓措施方面,总结了储罐和工艺管道的检测和评价方法,明确了风险评价与缺陷检测的先后次序与相互关系,提出了风险减缓措施的分类和影响因素,以期为我国开展储罐和工艺管道的完整性管理提供必要的参考。     

长输管道完整性管理物联网应用架构初探

近年来,随着长输管道完整性管理与信息化技术的推广,国内主要长输管道基本实现了企业级信息化应用,大幅提升了管道安全的综合管控能力,但由于受人员素质、环境条件等诸多因素的影响,数据获取的及时性、完整性及准确性仍存在较大的提升空间。通过研究国内外物联网技术在长输管道运营阶段的应用,结合中国石油现有管道完整性管理系统(PIS)应用架构与业务现状,提出了长输管道物联网的应用架构并进行了整合,不仅可以解决管道运营管理过程中基础数据和业务数据采集的及时性、准确性及完整性的难题,而且可以实现管道完整性管理的智能化、精准化,从而提高长输管道运行的安全性和经济效益。     

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)     

基于管道完整性数据的关联规则挖掘与应用

在油气长输管道完整性管理领域引入数据挖掘中的关联规则技术,发现完整性数据中潜在的关联关系,充分发挥数据价值。通过对管道完整性数据关联规则挖掘流程进行研究,对经典Apriori算法中频繁项集生成效率进行优化,结合中国石油某管道开展完整性管理积累的外检测与内检测数据进行了关联规则挖掘,并对挖掘结果进行分析和解释。挖掘结果表明:通过关联规则技术可以发现管道本体缺陷与周边环境、本体属性数据之间潜在的关联关系。关联规则挖掘方法应用于管道完整性数据分析能够有效减少无兴趣规则的数量,发现潜在的管理重点,为长输管道完整性管理提供科学、准确的决策依据。(表1,参10)     

物联网技术在管道完整性管理中的应用

为准确分析管道运行中存在的风险因素、风险活动,评价管道的安全状况,需采用物联网技术建立管道完整性管理的信息技术平台。管道物联网通过传感器连接管道与附属设施,建立数据的整合体系,进行数据的综合分析与利用,基于业务需求开发数据的智能化应用平台,实现对管道运营各个环节的优化管理。介绍了基于物联网技术的管道完整性管理在数据采集、远程监测以及物资管理等领域的应用,结果表明:采用物联网技术不仅可实现管道完整性管理的可视化、数字化的目标,而且能最大限度地降低时间和空间危险因素,确保管道安全和平稳运行。