馬貴利 劉海峰 彭 磊 王 浩 魏群坤 袁 豹 何炆憶 陳彬源

（1.中國石油青海油田公司管道處，青海 格爾木 816000；2.中國石油西南油氣田公司，四川 成都 610000；3.中國石油西南油氣田公司蜀南氣礦，四川 瀘州 646000；4.四川華油集團有限責任公司，四川 成都 610023；5.中國石油工程建設有限公司西南分公司，四川 成都 610000）

0 引言

長輸油氣管道智慧化管理技術(shù)是當前以及未來油氣輸送必不可少的技術(shù)手段，通過智慧化管理技術(shù)的應用使得數(shù)字化管道發(fā)展為智慧化管道，實現(xiàn)油氣輸送的智慧化管理，在降低油氣輸送能源損耗的同時提高油氣輸送各個環(huán)節(jié)的效率，從根本上有利于推動能源行業(yè)以及社會整體經(jīng)濟的發(fā)展［1］?，F(xiàn)階段我國長輸油氣管道智能化管理應用已經(jīng)較為普遍，但智慧化管理尚處于起步階段，管道智能管理的關鍵技術(shù)相對來說較為成熟，而智慧化管理技術(shù)仍然處于起步階段，還具有著較大的發(fā)展空間。智能管理主要體現(xiàn)在長輸油氣管道各類運行參數(shù)和設備的遠程控制和管理上［2］，智慧化管理要求我們的管理系統(tǒng)能通過長時間運行數(shù)據(jù)收集后，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)判斷或預判我們油氣管道在運行過程中可能出現(xiàn)的問題，并能初步判斷出現(xiàn)問題的原因，甚至能提出解決問題的方案。在未來經(jīng)濟社會不斷發(fā)展過程中，油氣企業(yè)應當以長輸油氣管道智慧化管理為發(fā)展方向不斷加強對關鍵技術(shù)的研究力度，推動長輸油氣管道智慧化管理水平向更高層次發(fā)展。

1 長輸油氣管道智慧化管理應用概述

1.1 我國長輸油氣管道智慧化發(fā)展歷程

長輸油氣管道在世界各國能源輸送過程中均占據(jù)著無與倫比的重要作用，我國從20世紀70年代便開始了長輸油氣管道的建設，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)階段我國的長輸油氣管道智慧化管理技術(shù)得到了初步的應用，特別是無人值守、遠程控制、事件預判和集中調(diào)控技術(shù)在我國近年建設的長輸管道上均得到了體現(xiàn)［3-5］，標志著我國長輸管道智慧化管理取得了顯著成果。

隨著現(xiàn)階段各種先進技術(shù)的愈加成熟，長輸油氣管道智慧化管理技術(shù)發(fā)展得也是愈加迅速，無人值守、自動控制和事件預判是我國長輸油氣管道智慧化管理未來發(fā)展的主要趨勢。而想要完全實現(xiàn)這一目標，那么最關鍵的便是需要引入各種先進技術(shù)到長輸油氣管道智慧化管理中［6］，從長輸油氣管道前期建設開始，便應當注重于智慧化設施設備的應用，利用現(xiàn)代信息化手段，從長輸油氣管道的線路走向、站場建設開始便實現(xiàn)完整性管理，采取仿真技術(shù)對長輸油氣管道將來的實際應用效果進行模擬，分析所獲取的模擬數(shù)據(jù)來進一步明確長輸油氣管道的能源損耗以及輸送效益等，從而以此來達到確定長輸油氣管道最佳建設方案和運行方案的目的。同時通過大數(shù)據(jù)技術(shù)不僅能夠使得長輸油氣管道的數(shù)據(jù)收集分析更加方便，而且還能夠?qū)﹂L輸油氣管道進行全面的監(jiān)測管理，一旦長輸油氣管道運行過程中某一地方出現(xiàn)石油天然氣泄漏等問題，那么長輸油氣管道智慧管理系統(tǒng)將及時監(jiān)測到泄漏風險并根據(jù)實際情況發(fā)出警報，提出搶救措施，可以說長輸油氣管道智慧化技術(shù)未來的發(fā)展方向便是實現(xiàn)真正的無人值守、遠程控制和事件預判，通過智慧化技術(shù)手段來對長輸油氣管道進行管理，既可保證長輸油氣管道的輸送安全性，還能提高其輸送效率［7-10］。

1.2 長輸油氣管道智慧化管理的必要性

當前我國長輸油氣管道基本都采用了數(shù)字化管理技術(shù)，但是隨著《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》等政策的推出，數(shù)字管道已經(jīng)無法滿足能源行業(yè)的發(fā)展需求，須轉(zhuǎn)變?yōu)橹腔刍艿啦拍軌蚋玫赝苿娱L輸油氣管道自身功能作用的發(fā)揮［11］。到2016年我國已實現(xiàn)了傳統(tǒng)長輸油氣管道到數(shù)字管道的全方位轉(zhuǎn)變，但是隨著相關技術(shù)和社會的不斷發(fā)展，現(xiàn)階段的數(shù)字管理也不得不向智慧化管道進行發(fā)展，才能適應現(xiàn)階段經(jīng)濟社會的管理要求，促進長輸管道向智慧化管理方面進步，因為在智慧化的管理之下，長輸油氣管道整體的輸送安全性將得到大幅度提升，輸送效益也將得到大幅度提高，對于油氣行業(yè)的發(fā)展也能夠不斷發(fā)揮出極其重要的推動作用［12-17］。

2 長輸油氣管道智慧化管理的新模式

隨著石油天然氣長輸管道輸送業(yè)務需求的不斷增多，傳統(tǒng)的長輸油氣管道管理方式已經(jīng)逐漸無法滿足行業(yè)的發(fā)展需求，將長輸油氣管道進行智慧化管理，融入仿真、信息、自動化以及人工智慧等多種技術(shù)實現(xiàn)長輸油氣管道無人管理模式，提高長輸油氣管道的調(diào)度效率和安全運行水平，以智慧化的方式來推動長輸油氣管道整體效益的提升。

2.1 智慧化管道的功能

1）長輸油氣管道調(diào)度。長輸油氣管道在進行石油天然氣輸送的時候?qū)Ω鱾€方面的參數(shù)都有著較高的要求，智慧化長輸油氣管道則能夠?qū)崿F(xiàn)智慧調(diào)度的目的。國內(nèi)現(xiàn)有的智慧化軟件系統(tǒng)，基于神經(jīng)元算法和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，基本能提供油氣管道在不同的時間節(jié)點，不同的油氣輸送需求模擬，并依據(jù)大數(shù)據(jù)分析，能提出具體的調(diào)度要求。智慧控制系統(tǒng)能夠?qū)τ蜌膺M行快速合理的自動規(guī)劃分配，一方面能夠保證油氣輸送量的精準性，降低人為因素導致油氣輸送量與需求量之間出現(xiàn)差距的可能性；另一方面則能夠減少油氣分配過程中出現(xiàn)的失誤，長輸油氣管道智慧化管理可根據(jù)油氣管道實際運行情況對管道輸送系統(tǒng)設備和控制系統(tǒng)下達對應指令，設備和控制系統(tǒng)在指令下展開工作，實現(xiàn)長輸油氣管道的遠程無人調(diào)度，同時在油氣輸送過程中智慧化管理系統(tǒng)還能夠?qū)﹂L輸油氣管道運行狀態(tài)進行監(jiān)測，確保了長輸油氣管道運行的安全性和穩(wěn)定性。

2）長輸油氣管道運行管理。智慧管道管理系統(tǒng)通過長輸油氣管道已有SCADA系統(tǒng)可對管道運行狀態(tài)進行管理，一方面可以對油氣輸送過程中產(chǎn)生的各方面數(shù)據(jù)進行全面地收集和分析，以此來達到判斷油氣在傳輸過程中能源損耗嚴重程度的目的；另一方面則能夠?qū)崿F(xiàn)對長輸油氣管道的全通道監(jiān)測管控，整條長輸油氣管道的全面監(jiān)測能夠直觀地將油氣的實時輸送狀態(tài)顯示出來，如果長輸油氣管道某一位置發(fā)生油氣泄漏或遭到第三方破壞等問題時，那么長輸油氣管道智慧化管理系統(tǒng)能夠在最短的時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)事件發(fā)生位置并發(fā)出相應警報，維修人員根據(jù)長輸油氣管道智慧化管理系統(tǒng)的警報內(nèi)容到達指定位置對其進行維修，同時長輸油氣管道智慧化管理系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)油氣泄漏的時候也會對事件發(fā)生點管道兩邊進行遠程關閉，以此來達到降低油氣泄漏數(shù)量的目的［18］。

3）長輸油氣管道的信息管理。長輸油氣管道油氣輸送工作中所涉及到的各類信息是非常多的，智慧化管道能夠?qū)崿F(xiàn)對信息的智慧化管理，這主要是因為智慧化管理系統(tǒng)與長輸管道各類數(shù)據(jù)采集設備均有接口進行連接，包括SCADA系統(tǒng)，油氣站場電力系統(tǒng)，水處理系統(tǒng)，腐蝕檢測系統(tǒng)等。而信息管理則是智慧化管理系統(tǒng)功能作用發(fā)揮的基礎，通過對油氣輸送涉及到的相關設備運行狀態(tài)進行監(jiān)測，并在長輸油氣管道系統(tǒng)內(nèi)對油氣輸送的溫度、壓力等各個方面數(shù)據(jù)進行采集，確保長輸油氣管道處于安全輸送狀態(tài)下。與此同時，在長輸油氣管道智慧化管理中GIS技術(shù)也有著較為重要的應用，通過GIS技術(shù)能夠?qū)㈤L輸油氣管道線路進行地理信息采集，使得長輸油氣管道的各個節(jié)點都具有著地理位置信息，在對長輸油氣管道進行維護保養(yǎng)或者處理故障問題時，才能夠更加快速地對其進行定位，實現(xiàn)長輸油氣管道線路的及時搶修。長輸油氣管道大數(shù)據(jù)系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)對收集到的相關信息進行智慧化分析、整理和判斷，主要是因為智慧管道大數(shù)據(jù)系統(tǒng)具有專業(yè)的感知設備、精準的布點方案、完善的監(jiān)測平臺和全局全鏈路監(jiān)控，其通過GIS技術(shù)能夠?qū)㈤L輸油氣管道的管線位置全方位、多角度地進行地理信息空間分布展示，通過數(shù)據(jù)采集、分析，明確不同管道的油氣輸送情況，從根本上有利于實現(xiàn)長輸油氣管道的實時監(jiān)管［19］。

2.2 智慧化管道管理控制系統(tǒng)構(gòu)成及發(fā)展趨勢

1）模擬仿真系統(tǒng)。模擬仿真系統(tǒng)是長輸油氣管道智慧化管理功能作用發(fā)揮的中心所在，也是長輸油氣管道智慧化管理未來發(fā)展的主要方向。通過模擬仿真系統(tǒng)能夠?qū)㈤L輸油氣管道在進行油氣輸送過程中的狀態(tài)進行模擬，不管是油氣輸送的能源損耗程度，還是長輸油氣管道在輸送油氣中可能出現(xiàn)的各種故障均能夠被模擬出來。模擬仿真系統(tǒng)結(jié)合SCADA系統(tǒng)能夠在油氣輸送過程中根據(jù)現(xiàn)階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對其后期運行狀態(tài)進行預估，提前預知風險，從根本上有利于降低長輸油氣管道出現(xiàn)問題的可能性。

2）SCADA系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)是實現(xiàn)長輸油氣管道智慧化管理的主要依靠，主要由調(diào)度控制中心計算機系統(tǒng)、站控制系統(tǒng)、閥室RTU等組成，如圖1所示。通過SCADA系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對長輸油氣管道各個閥門的遠程開啟關閉操控，在長輸油氣管道輸送油氣過程中如若出現(xiàn)油氣泄漏等安全事故的話，SCADA系統(tǒng)便會直接對周圍閥門進行關閉，從而達到對管道以及設備進行保護的目的。現(xiàn)階段SCADA系統(tǒng)在某些方面仍然存在著一些不足之處，油氣相關企業(yè)應當持續(xù)加強對SCADA系統(tǒng)的研發(fā)，這樣才能夠更好地推動長輸油氣管道智慧化管理水平的提升。

圖1 SCADA系統(tǒng)

3）GIS技術(shù)。GIS也就是地理信息系統(tǒng)，指的是一種基于計算機技術(shù)測繪地理信息技術(shù)，將GIS技術(shù)應用到長輸油氣管道智慧化管理中，能夠更加精準地將長輸油氣管道所處位置的地理信息和社會環(huán)境信息模擬到智慧化管理系統(tǒng)中，通過GIS監(jiān)測系統(tǒng)，不斷地對系統(tǒng)中的地理信息、社會環(huán)境信息進行更新，有利于提升智慧化管理系統(tǒng)的管理水平和事件預判精準度。同時在油氣輸送過程中，長輸油氣管道智慧化管理系統(tǒng)能夠根據(jù)GIS技術(shù)對各節(jié)管道的應用狀態(tài)進行監(jiān)測，獲取管道不同位置的油氣輸送狀態(tài)、管道氣壓、溫度等各方面情況，用以監(jiān)測長輸油氣管道運行過程中可能存在的問題，對發(fā)現(xiàn)的問題量化計算、定性分析，并研究產(chǎn)生這種問題的原因，為長輸油氣管道后期維護和調(diào)度工作做準備［20］。

2.3 無人機遙感技術(shù)在長輸油氣管道智慧化管理中的應用

近年無人機遙感技術(shù)在長輸油氣管道方面也有著極其廣泛的應用，涉及山區(qū)管道巡檢、沙漠戈壁油氣管道監(jiān)視、災后次生災害評價、漏油和盜油點現(xiàn)場定位等各方面。無人機相對于普通飛機而言，具有體積小、重量輕、成本低、維護簡單、使用靈活等特點。在管道作業(yè)中效率高，機動靈活，使用方便，可以承擔高風險的飛行任務，為長輸管道管理提供了一種新的選擇。無人機遙感技術(shù)在管道巡線中，可獲得管道沿線高后果區(qū)地段的數(shù)據(jù)，避免由于人工巡線不及時或無法到達造成數(shù)據(jù)遺漏，可補充傳統(tǒng)人工巡線方式的不足；在管道搶險中，利用無人機實時傳回的視頻圖像，能清晰地辨識現(xiàn)場情況，并能做到定點跟蹤，第一時間掌握潛在危險地點，為防止險情發(fā)生節(jié)約時間。此外，還可精準定位、不定時監(jiān)控漏油盜油點，監(jiān)控管道沿線危害管道安全的外部施工作業(yè)等，對保障管道時刻安全運行，可發(fā)揮重要作用。無人機遙感技術(shù)和智慧化管理系統(tǒng)相結(jié)合，可大大方便智慧化管理系統(tǒng)時刻對管道監(jiān)控，方便智慧化管理系統(tǒng)時刻進行各類信息的采集和更新，對提高智慧化管理系統(tǒng)的事件預判水平有重要作用。

3 結(jié)束語

隨著近年來我國經(jīng)濟、科技水平的不斷進步與發(fā)展，對于能源資源的運用以及達到新的需求高度，我國相關企業(yè)應不斷加強長輸油氣管道智慧化管理的建設和發(fā)展，積極將各種先進技術(shù)與長輸油氣管道智慧化管理業(yè)務進行深度融合，特別是GIS技術(shù)和無人機遙感技術(shù)在長輸油氣管道智慧化管理中的應用對促進長輸油氣管道智慧化管理水平進一步提高具有重要作用，對實現(xiàn)油氣輸送的高效管理和安全運營具有十分重大意義。