数字天然气管道的建设与管理初探

梁晓龙

陕西省天然气股份有限公司 （陕西 西安 710016）

数字天然气管道的建设与管理初探

梁晓龙

陕西省天然气股份有限公司 （陕西 西安 710016）

介绍了数字天然气管道的概念及关键技术，从管道设计、管道施工两方面对数字天然气管道的建设加以阐述，并分析了管理数字天然气管道应具备的相应软件。指出，数字天然气管道做为一种全方位、高速化、网络化的天然气管道综合信息系统，已成为管道发展的必然趋势。

数字技术 天然气管道 标准

随着世界信息技术的发展，数字技术已经在各个领域得到广泛发展和应用，成为一种新的管理理念。数字天然气管道的概念源于数字图书馆、数字地球等。1998年美国前副总统戈尔提出了数字地球（Digital Earth）的概念，引起了全球的关注。数字地球已成为世界科学技术界的发展热点之一。数字天然气管道就是在数字地球这一概念的基础上产生的。传统的管道建设理念、手段、方式越来越难以适应日益变化的需要，同时对管道的运营、管理和环境的保护也提出了新的课题。通过计算机技术，将各种文字信息、地理信息、图片信息统一建立一个庞大的数据信息库，在计算机相应软件的支持下，可以随时了解和获取相应的数据资料，同时对保存有关历史文献有着不可代替的重要意义。实现管道信息化、数字化是我国管道建设和运行管理融入全球信息化浪潮的必要条件，也是在管道建设和管理的全部生命周期内，做出理智的判断和正确的选择并确保管道安全运行的保证。

数字天然气管道概念

数字天然气管道是指以数据采集、数据传输和数据存储管理为基础，在多尺度、多种类的空间基础地理信息支撑下，以管道建设和运营管理的业务流程为主线，将卫星遥感、全球定位系统、地理信息系统、计算机网络、虚拟现实以及数字通讯等数字技术充分应用于各个业务环节，在管道的整个生命周期内通过对管道设施、沿线环境、地质条件、经济、社会、文化等各方面的信息在三维地理坐标上的有机整合，为管道可研、勘察设计、施工和运营管理提供一个高效率的操作平台和决策环境，全面提升管道规划建设效率和运营管理水平。从狭义上讲，所谓数字化管道就是利用空间信息技术把从管道勘察、设计、采办、施工以及运营的全过程的数据、信息、图片等录入和记录下来，通过计算机处理和相应的软件建立图（图形图像数据）属（表数据）一体化管道数据库，为将来管道的运营和管理提供真实可靠的技术数据，并在此基础上结合管线运营业务实际需求开发专业应用功能模块，达到信息化动态管理的目的。

数字天然气管道的关键技术

构筑数字天然气管道的主要支撑技术有卫星遥感 （Satellite Remote Sensing，SRS）、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）、网络和多媒体技术及现代通讯等。其中关键技术是4S（SRS、DCS、GPS、GIS）技术。

数字天然气管道建设

数字天然气管道建设包括数字天然气管道设计与数字天然气管道施工。顾名思义就是将传统的设计、施工方式数字化，天然气管道的建设过程应遵循《长距离输油输气管道测量规范》、《天然气集输管道施工及验收规范》、《计算机软件配置管理计划规范》、《计算机软件质量保证计划规范》等。

1 数字天然气管道设计

数字天然气管道在设计上的应用：利用卫星遥感、数据收集系统、全球定位系统、地理信息系统、业务管理信息系统、计算机网络和多媒体技术、现代通信等高科技手段，对管道资源、环境、社会、经济等各个复杂系统的数字化、数字处理、仿真等信息集成的应用系统，并在可视化的条件下提供决策支持和服务。通过对管道设施、沿线环境、地质条件以及经济、社会、文化等各方面的信息在三维地理坐标上的有机整合，构筑一个数字化的管道系统，为管道施工与维护管理提供数据与地图相结合的网络平台。

（1）数字天然气管道踏勘

利用现代计算机技术、网络技术、通信技术对天然气管道走向实施现场的经济、地理、地质、气候等客观条件和环境进行的现场调查。遵循《长距离输油输气管道测量规范》、《工程测量规范》、《油管道工程测量规范》等标准规范，现场调查的结果建立数据库，采用管道模拟计算软件对天然气管道进行初步计算，为初步设计提供科学计算机依据。

（2）数字天然气管道选线

从地质勘察的角度在天然气管道的可行性研究选线阶段，通过掌握各线路方案的地形地貌、工程地质、水文地质条件和区域性不良地质的分布规律与发展趋势，全面了解走廊带工程地质条件，分析评价对线路的影响，从多条线路方案中提出推荐方案和下阶段勘察工作的建议。

·输气管道沿线卫星遥感影像图。遵循《遥感影像平面图制作规范》、《基础地理信息要素分类与代码》等标准规范，在几何精校正的基础上，叠加各条管道备选路线方案、沿途行政区划、城市、村镇、厂矿、公路、场站、阀室等信息，为决策者综合考虑社会经济、道路交通等因素确定路线方案提供直观信息。

·管道沿线遥感综合工程地质平面图（比例尺：1∶50 000）。遵循《油管道工程测量规范》、《1∶50 000地形要素数据规定》等标准规范，根据遥感解译，提取地形地貌、地质构造、地层岩性、滑坡泥石流、崩塌等信息，综合上述因素进行工程地质分区。

·管道沿线路线工程地质纵断面图（比例尺：1∶50 000）。遵循《油管道工程测量规范》、《1∶50 000地形要素数据规定》等标准规范。

·输气管道遥感工程地质调查分析报告：对地形地貌、地质构造、不良地质等专题解译内容进行总结分析，着重阐明各个方案的工程地质条件，对各方案的优劣进行对比分析。

利用遥感手段进行线路方案比选研究，一般工作范围为备选线路两侧各2km，实际上已经将初步勘察阶段线路工程地质调查大部分工作完成 （初步勘察阶段线路工程地质调查精度要求为1∶50 000～1∶100 000），基本上可以确定管线延伸走向，避免后期因线路方案较大变动带来的工作反复，也避免了在勘察初期由于线路走向迟迟不能确定而影响后续勘察工作，为下阶段勘察工作尽快全面开展指明方向，节约时间并提高效率。

（3）数字天然气管道施工图设计

遵循 《大比例尺地形图机助制图规范》、《1∶500 1∶1000 1∶2000地形图图式》、《石油工程制图标准》等标准规范，利用天然气管道模型计算软件、流量计算软件、制图软件等工具，根据确定的管道走向进行施工图设计，为业主方提供完整的数字化设计资料。

2 数字天然气管道施工

数字化管道在施工中的应用主要是：在施工过程中，按施工工序采集出相关的施工数据，并将数据按一定的标准记录格式输入计算机，建立一个管道安装敷设后的数据库系统，记录出管道的测量数据和地貌特征、管沟开挖数据和地质特性、管道焊接数据、管沟回填数据、管道通球试压数据，记录与管道施工相关的各种材料规格型号，以及施工图片、影像资料等，施工过程需满足《输油输气管道线路工程施工及验收规范》。

工程竣工后，通过录入的施工数据,可以随时查看和调取出每一个施工阶段、每一点的施工情况和相关的数据资料，对管道的施工过程有一个可追溯性，是管道处于隐蔽状态下的一个数据可视化的再现系统。

数字天然气管道管理

数字天然气管道的设计与施工为天然气管道的数字化管理提供了良好的数字平台。为了充分发挥数字平台效率，依据目前国家石油天然气管道行业规范、计算机技术规范、通信技术标准，数字天然气管道的管理应该具备相应的管理软件（图1）。

1 SCADA系统

SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。全线站场和阀室的监控采用了以计算机为核心的控制系统，进行管道输送工艺过程的数据采集、监视控制、操作预测、优化运行、调度和控制管理等工作。全线设有一个或一个以上调度中心 (主调度中心和分调度中心)。调度中心通过通信公网或自建通信专网与各个站场的站控系统进行数据通信，完成对该管道的数据采集、处理及存储归档、设备控制、故障处理、安全保护、报警等任务，同时实现运行跟踪、输送调配、故障检测、运营分析等功能。调度中心的操作人员通过工作站提供的管道系统工艺过程的压力、温度、流量、密度、设备运行状态等信息，完成对管道全线的监控及运行管理。沿线各站场的站控系统将完成对该站的数据采集、控制、连锁保护等任务，向调度中心上传各项数据，接受和自动执行调度中心下达的指令。

2 GIS系统

GIS（Geography Information System地理信息系统）是近几年发展很快的、应用领域很广的计算机技术，它可以与遥感技术、数据库技术、数据仓库技术和网络设计技术相结合。GIS地图是能够详细反映天然气管道沿线各级行政区域的地理信息，天然气管道及场站所有数据信息以及数据库或数据仓库的形式进行管理，对天然气管道的数据信息进行科学管理和分析有着重要的作用。系统能够直观的反映出天然气管道的信息，并可使用计算机技术进行综合分析，能为天然气管道的科学决策提供更加直观、科学的综合分析依据。

3 管道智能巡检系统

天然气管道置于野外，无人看管，易遭到自然或人为因素的破坏，需要定期巡检。管道智能巡检系统以天然气管线及其附属设施为对象，运用现代管理理念,采用卫星通信、GPS、GIS和计算机技术,对管道全域范围内的地理环境等信息资源进行一体化的采集、存储、管理与分析，开发配置合理、功能齐全、反应快速、运行高效、维护简单、界面友好的信息系统。系统最大程度地实现资源共享，为天然气管道设备管理、运行、检测、检修和决策提供有力的支持。

4 管道模拟仿真系统

模拟仿真系统与SCADA系统的数据采集实时数据库互连，按固定周期从实时数据库中采集实时过程数据，此周期作为模拟仿真软件的基本循环时间。系统根据管道的实际情况组态形成管道的模型。根据需要计算所得出的结果，如管线的泄漏报警、压缩机的优化工作点、天然气分输、清管器在管道中的位置、各个调节回路的设定点等，将由仿真软件写入到SCADA软件的实时数据库中，并在操作员工作站上显示，作为操作员对管道运行调度的参考。

5 视频监控系统

视频监控系统是以天然气管道输气场站为监控对象，采用计算机、数据库和多媒体技术、视音频技术、现代通信技术、自动控制技术等，形成多功能、综合性的智能化安全防范系统。系统实现对天然气管道输气场站工艺装置区、压缩机工艺区、场站周界、控制室的视频监控，通过数字摄像机、编码器进行图像信息的采集、存储与控制，并可通过通信网络上传至调度指挥中心，调度指挥中心可随时掌握现场状况，实现点对点、点对多点的指挥调度，及时处理突发应急事件。

结语

数字天然气管道是信息化的管道,是管道发展的必然趋势。它是一个扩展了的、全方位的、高速的、网络化的天然气管道综合信息系统。数字天然气管道设计、施工、运行与管理都采用了数字化的手段，是确保管道建设安全、优质、高效的管道工程，通过可视技术实现科学、规范的管道管理，从而提高天然气管道安全生产水平。数字天然气管道技术的运用，将有助于减少管道建设以及运营管理中对环境的破坏、对人员健康的危害及事故安全隐患。

[1]吴明，孙万富，周诗岽.油气储运自动化[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2]李清辉，文必龙，曾颖.数字油田信息平台架构[M].北京：石油工业出版社，2008.

[3]刘明德.地理信息系统GIS理论与实务[M].北京：清华大学出版社，2006.

An introduction is given to the concepts and key technologies of digital natural gas pipeline.And the construction of digital natural gas is explained from two aspects:pipeline design and pipeline construction.Meanwhile,the analysis focuses on some corresponding software needed in the management of digital natural gas pipelines.It is pointed out that digital natural gas pipeline has become the essential tendency of pipeline development as an all-directional,high speed-up and networking comprehensive system of natural gas pipelines.

digital technology;natural gas pipeline;standards

梁晓龙（1976-），男，工程师，现从事天然气自控管理工作。

2009-12-24