油气长输管道智能化管理技术概述

王 旭

中国石油化工股份有限公司天然气分公司山东天然气销售中心 山东 济南 250000

近年来，我国油气管道建设规模持续增长，到2025年全国油气管网规模将达到21万公里左右。长输管道发展经历了传统管道、数字管道、智能管道阶段。数字管道改变了传统管道的工作模式，由人工获取管道运行和环境数据，逐步转变为通过设备和软件自动获取，使得管道运行数字化、可视化，实现了远程监控，同时对管道的勘察、设计、施工、和运营都产生了深远的影响。智能管道则在数字管道的基础上，配备了控制处理单元，通过数据采集与远程控制设备，不仅能够实时掌握管道情况，还能够智能地处理管道问题。本文主要对油气长输管道全生命周期的智能化管理技术进行阐述分析。

1 数字化设计、施工与交付

数字化设计是指在三维模型中集成管道本体及周边环境信息，通过数字化平台实现的多专业协同设计，形成全生命周期的数据源头。设计环境包括必要的数据库、设计软件、设计流程以及相应的图形设计硬件资源等，同时需要植入技术标准和数据标准，利用虚拟化技术，实现数字化设计。

数字化施工是指通过借助全自动焊机、机械化防腐设备、视频监控设备、无人机及一体机以及智能移动终端、智能感知设备等，结合可视化、物联网、移动互联网等技术的应用，实现物资采购、工程质量管理、造价控制、安全监督等常规重点项目的智能化管理。

数字化交付是以管道工程设计、建设与管理全过程的数据库为源头，以统一的标准规范为基础，借助智能移动终端及智能感知等设备，通过物联网、网络通信、数据库及信息化等技术，对数据进行采集、流转、分析、整合，形成数字高程模型、数字正射影像图、基础地理信息、站场三维模型、设计数据、采办数据等数字系统，实现对数据的直观展示及有效管理。

中俄东线工程智能管道项目累计投入包括全自动焊机、中频加热设备、机械化防腐设备、视频监控设备、无人机及一体机等智能化设备，对焊接、防腐、开挖、下沟全过程记录，同时应用AI识别技术、挖机驾驶舱摄像头、管线交叉点监控摄像头，加强对施工现场、高后果区的监控和安全隐患的排查。该工程通过统一数据采集规范，畅通了数据对接渠道，以全生命周期数据库为载体，实现数据的关联、存储与共享，以此推动数字化移交的有序开展，满足实体管道与数字化管道同时交付的需求，并保证数据历史的可追溯性[1]，实现了数字化设计、数字化施工、数字化交付，是我国首条智能化管道样板工程。

2 智能化监控技术

在管道运行过程中，面临的风险主要有第三方破坏、管道腐蚀、误操作和地质灾害，管道运行时期不同，主要的风险源也不同。在管道运行初期，主要风险来自第三方损坏和误操作，在管道运行后期，主要风险来自管道腐蚀。智能化监控技术通过对管道内部参数和外部环境的监控，第一时间对面临的风险发出预警，为管道的安全运行提供保障。

2.1 管道外部环境监控

2.1.1 光纤预警技术

图1 光纤预警系统的工作原理

光纤预警系统是利用与管道同沟敷设的通信光缆构成基于光纤干涉仪原理的分布式震动信号传感器，获取管道沿途的震动信号，实现对长距离管道上方及周围5 m范围内动土事件进行实时连续监测的一种预警系统[2]。但是该系统在工况复杂的环境中，容易出现误报警信息，而在管道沿线的第三方活动较少且活动方式较为固定的工况环境中，则能更好的应用和提升预警能力。

2.1.2 无人机侦察与监视技术

无人机低空遥感技术系统组成如图 2 所示。地面操控人员可利用无线数据信息交换控制拥有人机混合智能光电侦查平台进行侦查与监视活动[3]。该技术具有长距离自动巡航、热成像实时传输等功能，通过自动沿管道视角巡检航行，预防偷盗油、第三方施工破坏、覆盖人力巡护盲区，实现空中监视。但无人机飞行受气象条件、地形地貌、续航里程和空管等影响，不能实现不间断飞行。

图2 无人机低空遥感技术系统组成

2.2 管道内部参数监控

图3 泄漏监测系统工作原理

泄漏检测及定位技术是多学科多技术的集成，特别是随着传感器技术、通信技术、信号处理技术等人工智能的发展，通过对流量、压力、温度、密度等管道和流体信息进行采集和分析，建立信息分析或数学模型，确定管道泄漏位置。油气管道的泄漏检测技术常见的有负压波法、音波法和质量平衡法。但也存在泄漏量小时，带来的波动被日常生产压力波动所掩盖的情况发生。

3 智能巡检技术

智能巡检技术可以实现不同时间段的灵活任务或固定工作计划，使巡检人员的工作更加井序有然、高效便捷。同时，以GIS地理信息系统为基础，结合GPS、蓝牙、射频识别等多重位置校验方式，实时接收巡检设备上传的巡检数据，实现对人员、车辆设备的可视化、规范化和网络化管理，进行各项工组的全过程重现，并且实现数据的智能统计分析。巡检人员发现隐患时，可第一时间提示管理人员进行处理和调度，并且能够图文并茂的展现隐患现场和工单打印，及时加以处理，同时结合地图和数据可掌握隐患分布，系统可对上报事件的时间、类型、数量等信息进行自动的统计和分析，调整区域巡查力度，能够实时掌握工作重点，防隐患于未然。

4 智能化管道保护技术

现存的油气长输管道多采用防腐涂层和阴极保护技术来防止管道的老化，随着智能化的发展，管道的阴极保护系统步入智能化的时代。阴极保护智能化监控技术是互联网技术与传统的阴极保护技术完美的结合，通过恒电位仪或牺牲阳极的方式向管道施加负电位，使管道对地构成阴极，形成防护、减缓腐蚀，并每天定时自动采集通电电位、断电电位、腐蚀电流、设备自身电池电压等数据，通过网络定时上传云服务器，通过软件对管道腐蚀状态进行全面自动监测、异常数据在线诊断、管道保护电位自动调整，完全代替了传统的人工采集方式，彻底改变了原有阴极保护粗放的管理模式，实现全线阴保的集中统一管理。

5 智能辅助决策管理

数字孪生体是物理世界和数字空间交互的新技术，也智能辅助决策管理的新趋势和重要抓手。以全生命周期的数字库为基础，在统一的数据标准下开展设计、采购、施工等阶段的数据采集，形成的数字化成果，通过数字化设计云平台、智能工地及数据回流等，构建管道数字孪生体。在管道进入运营期后，管道数字孪生体随着生产运行、设备设施管理、管道线路风险控制等数据的接入而同生共长，实现实体空间的数据映射，支撑数字空间的监控、分析与模拟，提升辅助决策水平。

油气长输管道智能化是信息技术与工业技术的深度融合，通过对管道状态的全面智能感知、监测、分析、模拟和控制，实现风险预测及管控水平的全面提升，同时也是未来油气管道发展的必然趋势和终极目标。