长输油气管道智慧化管理的应用及发展趋势

马贵利 刘海峰 彭 磊 王 浩 魏群坤 袁 豹 何炆忆 陈彬源

（1.中国石油青海油田公司管道处，青海 格尔木 816000；2.中国石油西南油气田公司，四川 成都 610000；3.中国石油西南油气田公司蜀南气矿，四川 泸州 646000；4.四川华油集团有限责任公司，四川 成都 610023；5.中国石油工程建设有限公司西南分公司，四川 成都 610000）

0 引言

长输油气管道智慧化管理技术是当前以及未来油气输送必不可少的技术手段，通过智慧化管理技术的应用使得数字化管道发展为智慧化管道，实现油气输送的智慧化管理，在降低油气输送能源损耗的同时提高油气输送各个环节的效率，从根本上有利于推动能源行业以及社会整体经济的发展［1］。现阶段我国长输油气管道智能化管理应用已经较为普遍，但智慧化管理尚处于起步阶段，管道智能管理的关键技术相对来说较为成熟，而智慧化管理技术仍然处于起步阶段，还具有着较大的发展空间。智能管理主要体现在长输油气管道各类运行参数和设备的远程控制和管理上［2］，智慧化管理要求我们的管理系统能通过长时间运行数据收集后，利用大数据技术判断或预判我们油气管道在运行过程中可能出现的问题，并能初步判断出现问题的原因，甚至能提出解决问题的方案。在未来经济社会不断发展过程中，油气企业应当以长输油气管道智慧化管理为发展方向不断加强对关键技术的研究力度，推动长输油气管道智慧化管理水平向更高层次发展。

1 长输油气管道智慧化管理应用概述

1.1 我国长输油气管道智慧化发展历程

长输油气管道在世界各国能源输送过程中均占据着无与伦比的重要作用，我国从20世纪70年代便开始了长输油气管道的建设，经过几十年的发展，现阶段我国的长输油气管道智慧化管理技术得到了初步的应用，特别是无人值守、远程控制、事件预判和集中调控技术在我国近年建设的长输管道上均得到了体现［3-5］，标志着我国长输管道智慧化管理取得了显著成果。

随着现阶段各种先进技术的愈加成熟，长输油气管道智慧化管理技术发展得也是愈加迅速，无人值守、自动控制和事件预判是我国长输油气管道智慧化管理未来发展的主要趋势。而想要完全实现这一目标，那么最关键的便是需要引入各种先进技术到长输油气管道智慧化管理中［6］，从长输油气管道前期建设开始，便应当注重于智慧化设施设备的应用，利用现代信息化手段，从长输油气管道的线路走向、站场建设开始便实现完整性管理，采取仿真技术对长输油气管道将来的实际应用效果进行模拟，分析所获取的模拟数据来进一步明确长输油气管道的能源损耗以及输送效益等，从而以此来达到确定长输油气管道最佳建设方案和运行方案的目的。同时通过大数据技术不仅能够使得长输油气管道的数据收集分析更加方便，而且还能够对长输油气管道进行全面的监测管理，一旦长输油气管道运行过程中某一地方出现石油天然气泄漏等问题，那么长输油气管道智慧管理系统将及时监测到泄漏风险并根据实际情况发出警报，提出抢救措施，可以说长输油气管道智慧化技术未来的发展方向便是实现真正的无人值守、远程控制和事件预判，通过智慧化技术手段来对长输油气管道进行管理，既可保证长输油气管道的输送安全性，还能提高其输送效率［7-10］。

1.2 长输油气管道智慧化管理的必要性

当前我国长输油气管道基本都采用了数字化管理技术，但是随着《能源发展“十三五”规划》等政策的推出，数字管道已经无法满足能源行业的发展需求，须转变为智慧化管道才能够更好地推动长输油气管道自身功能作用的发挥［11］。到2016年我国已实现了传统长输油气管道到数字管道的全方位转变，但是随着相关技术和社会的不断发展，现阶段的数字管理也不得不向智慧化管道进行发展，才能适应现阶段经济社会的管理要求，促进长输管道向智慧化管理方面进步，因为在智慧化的管理之下，长输油气管道整体的输送安全性将得到大幅度提升，输送效益也将得到大幅度提高，对于油气行业的发展也能够不断发挥出极其重要的推动作用［12-17］。

2 长输油气管道智慧化管理的新模式

随着石油天然气长输管道输送业务需求的不断增多，传统的长输油气管道管理方式已经逐渐无法满足行业的发展需求，将长输油气管道进行智慧化管理，融入仿真、信息、自动化以及人工智慧等多种技术实现长输油气管道无人管理模式，提高长输油气管道的调度效率和安全运行水平，以智慧化的方式来推动长输油气管道整体效益的提升。

2.1 智慧化管道的功能

1）长输油气管道调度。长输油气管道在进行石油天然气输送的时候对各个方面的参数都有着较高的要求，智慧化长输油气管道则能够实现智慧调度的目的。国内现有的智慧化软件系统，基于神经元算法和大数据分析技术，基本能提供油气管道在不同的时间节点，不同的油气输送需求模拟，并依据大数据分析，能提出具体的调度要求。智慧控制系统能够对油气进行快速合理的自动规划分配，一方面能够保证油气输送量的精准性，降低人为因素导致油气输送量与需求量之间出现差距的可能性；另一方面则能够减少油气分配过程中出现的失误，长输油气管道智慧化管理可根据油气管道实际运行情况对管道输送系统设备和控制系统下达对应指令，设备和控制系统在指令下展开工作，实现长输油气管道的远程无人调度，同时在油气输送过程中智慧化管理系统还能够对长输油气管道运行状态进行监测，确保了长输油气管道运行的安全性和稳定性。

2）长输油气管道运行管理。智慧管道管理系统通过长输油气管道已有SCADA系统可对管道运行状态进行管理，一方面可以对油气输送过程中产生的各方面数据进行全面地收集和分析，以此来达到判断油气在传输过程中能源损耗严重程度的目的；另一方面则能够实现对长输油气管道的全通道监测管控，整条长输油气管道的全面监测能够直观地将油气的实时输送状态显示出来，如果长输油气管道某一位置发生油气泄漏或遭到第三方破坏等问题时，那么长输油气管道智慧化管理系统能够在最短的时间内发现事件发生位置并发出相应警报，维修人员根据长输油气管道智慧化管理系统的警报内容到达指定位置对其进行维修，同时长输油气管道智慧化管理系统在发现油气泄漏的时候也会对事件发生点管道两边进行远程关闭，以此来达到降低油气泄漏数量的目的［18］。

3）长输油气管道的信息管理。长输油气管道油气输送工作中所涉及到的各类信息是非常多的，智慧化管道能够实现对信息的智慧化管理，这主要是因为智慧化管理系统与长输管道各类数据采集设备均有接口进行连接，包括SCADA系统，油气站场电力系统，水处理系统，腐蚀检测系统等。而信息管理则是智慧化管理系统功能作用发挥的基础，通过对油气输送涉及到的相关设备运行状态进行监测，并在长输油气管道系统内对油气输送的温度、压力等各个方面数据进行采集，确保长输油气管道处于安全输送状态下。与此同时，在长输油气管道智慧化管理中GIS技术也有着较为重要的应用，通过GIS技术能够将长输油气管道线路进行地理信息采集，使得长输油气管道的各个节点都具有着地理位置信息，在对长输油气管道进行维护保养或者处理故障问题时，才能够更加快速地对其进行定位，实现长输油气管道线路的及时抢修。长输油气管道大数据系统还能够实现对收集到的相关信息进行智慧化分析、整理和判断，主要是因为智慧管道大数据系统具有专业的感知设备、精准的布点方案、完善的监测平台和全局全链路监控，其通过GIS技术能够将长输油气管道的管线位置全方位、多角度地进行地理信息空间分布展示，通过数据采集、分析，明确不同管道的油气输送情况，从根本上有利于实现长输油气管道的实时监管［19］。

2.2 智慧化管道管理控制系统构成及发展趋势

1）模拟仿真系统。模拟仿真系统是长输油气管道智慧化管理功能作用发挥的中心所在，也是长输油气管道智慧化管理未来发展的主要方向。通过模拟仿真系统能够将长输油气管道在进行油气输送过程中的状态进行模拟，不管是油气输送的能源损耗程度，还是长输油气管道在输送油气中可能出现的各种故障均能够被模拟出来。模拟仿真系统结合SCADA系统能够在油气输送过程中根据现阶段产生的数据对其后期运行状态进行预估，提前预知风险，从根本上有利于降低长输油气管道出现问题的可能性。

2）SCADA系统。SCADA系统是实现长输油气管道智慧化管理的主要依靠，主要由调度控制中心计算机系统、站控制系统、阀室RTU等组成，如图1所示。通过SCADA系统能够实现对长输油气管道各个阀门的远程开启关闭操控，在长输油气管道输送油气过程中如若出现油气泄漏等安全事故的话，SCADA系统便会直接对周围阀门进行关闭，从而达到对管道以及设备进行保护的目的。现阶段SCADA系统在某些方面仍然存在着一些不足之处，油气相关企业应当持续加强对SCADA系统的研发，这样才能够更好地推动长输油气管道智慧化管理水平的提升。

图1 SCADA系统

3）GIS技术。GIS也就是地理信息系统，指的是一种基于计算机技术测绘地理信息技术，将GIS技术应用到长输油气管道智慧化管理中，能够更加精准地将长输油气管道所处位置的地理信息和社会环境信息模拟到智慧化管理系统中，通过GIS监测系统，不断地对系统中的地理信息、社会环境信息进行更新，有利于提升智慧化管理系统的管理水平和事件预判精准度。同时在油气输送过程中，长输油气管道智慧化管理系统能够根据GIS技术对各节管道的应用状态进行监测，获取管道不同位置的油气输送状态、管道气压、温度等各方面情况，用以监测长输油气管道运行过程中可能存在的问题，对发现的问题量化计算、定性分析，并研究产生这种问题的原因，为长输油气管道后期维护和调度工作做准备［20］。

2.3 无人机遥感技术在长输油气管道智慧化管理中的应用

近年无人机遥感技术在长输油气管道方面也有着极其广泛的应用，涉及山区管道巡检、沙漠戈壁油气管道监视、灾后次生灾害评价、漏油和盗油点现场定位等各方面。无人机相对于普通飞机而言，具有体积小、重量轻、成本低、维护简单、使用灵活等特点。在管道作业中效率高，机动灵活，使用方便，可以承担高风险的飞行任务，为长输管道管理提供了一种新的选择。无人机遥感技术在管道巡线中，可获得管道沿线高后果区地段的数据，避免由于人工巡线不及时或无法到达造成数据遗漏，可补充传统人工巡线方式的不足；在管道抢险中，利用无人机实时传回的视频图像，能清晰地辨识现场情况，并能做到定点跟踪，第一时间掌握潜在危险地点，为防止险情发生节约时间。此外，还可精准定位、不定时监控漏油盗油点，监控管道沿线危害管道安全的外部施工作业等，对保障管道时刻安全运行，可发挥重要作用。无人机遥感技术和智慧化管理系统相结合，可大大方便智慧化管理系统时刻对管道监控，方便智慧化管理系统时刻进行各类信息的采集和更新，对提高智慧化管理系统的事件预判水平有重要作用。

3 结束语

随着近年来我国经济、科技水平的不断进步与发展，对于能源资源的运用以及达到新的需求高度，我国相关企业应不断加强长输油气管道智慧化管理的建设和发展，积极将各种先进技术与长输油气管道智慧化管理业务进行深度融合，特别是GIS技术和无人机遥感技术在长输油气管道智慧化管理中的应用对促进长输油气管道智慧化管理水平进一步提高具有重要作用，对实现油气输送的高效管理和安全运营具有十分重大意义。