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探讨当下智能化管道建设实际情况与发展前景

2020-09-19 220 上传者：管理员

摘要：管道智能化是“互联网+”背景下的必然之举。通过输送模式五要素分析了管道智能化概念，并结合当今行业环境，提出了自动化程度弱，人工智能水平低，系统一体化进程慢的局限性。根据智能化管道架构设计及实际情况，分析得到了应用现状：数字化管理较完善，但标准化程度弱；完整性管理逐渐从理论转到实际；运行管理应用较少，缺少对数据的深入挖掘；应急体系全面覆盖事前培训及事后响应；一体化管理因涉及多项信息系统，进展缓慢。最后，预测了未来管道智能化趋势将在一体化平台的基础上融合时下关键技术，如物联网及大数据分析。

关键词：
一体化
化工工业
大数据分析
数字化
智能化
有机化工
物联网
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自20世纪，美国副总统戈尔首次提出“数字地球”这一理念，引发全球数字化建设革命[1]。到2016年，国务院提出“互联网+”概念，以智能化为基础，推进能源与信息技术相融合，建设高效、有机、低成本、可调控、可持续的能源互联网体系[2,3,4,5]。管道智能化既是顺应时代浪潮的必然之举，也是传统行业应对资源、价格危机，谋求变革的创新之路。

1、管道智能化内涵特点与现实局限

1.1内涵特点

运输即将介质通过适应当今社会主流价值观的途径从出发地输送到目的地。管道输送作为世界主要的五种输送方法之一，其工作模式具有五种要素[6]，分别为人、信息、运行、介质、设备。管道行业智能化建设的内涵特征也可从这五点要素展开，具体内涵如表1所示。

表1管输智能化特点

综上，智能化管道建设的内涵是通过结合大数据、物联网、人工智能等高新技术，实现管道运行数字化、参数追踪全程化、信息展示可视化、设备运行可靠化、计划方案最优化、启停操作自动化、预警监控全面化、应急响应及时化，并加强管道在各种情况下的自处理能力，在确保管道高效、安全的情况下最终实现无人化运行。

1.2现实局限

当前，国内管输行业大多已基本实现数字化这一智能化初级阶段目标，正逐步向更高层次的智能化发展[7]。在实现智能化过程中，以下三个局限较有代表性。

(1)自动化水平较低。智能化管道最终的目标是实现无人化，因此自动化水平是制约智能化进程的最关键因素。目前，大部分管道设备采用远程操控、现场监护的方式运行，对于建成较早的管道甚至还沿用现场启停的模式[8]。站场内采样化验、机泵盘车、设备保养等日常操作仍依靠人工进行。无人站场只在少部分简单的输气站场得以应用，且仍依托于区域化的维修小组。同时，目前设备的可靠性也制约了自动化进程的发展，如何提高仪表精确度、自动化流程如何识别设备故障等难题仍亟需解决。

(2)人工智能水平不高。目前，管输计划的安排、泵或压缩机的最经济配比、复杂管道的全线启停输、异常工况下的应急操作等仍依赖于员工的个人判断。如何让人工智能取代人类进行上述操作，仍需要大量既懂得人工智能，又有管道运行背景的工程师探索前进，而这种复合型人才正是我国智能化管道建设最欠缺的[9]。

(3)数据格式不一，信息系统泛滥。早期，管道企业因经济条件约束或缺乏长远见解，往往会根据不同业务建立多种信息系统，各信息系统相互独立，存储的数据格式不一，难以共享[10]。部分系统因技术或其他条件限制仍采用人工录入，数据可靠性较低。如何将现存的数据进行质量筛选和格式统一，是智能化进程必须面对的，而对不同信息系统进行整合也是未来不可避免的。

2、应用现状

智能化管道是以油气管道为基础，以信息平台为支撑，通过大数据、物联网、人工智能等技术将GIS、SCADA、OA、ERP、仿真平台、移动应用等各系统集合而形成的包括生产、经营、行政全方位管理的整体。如今，智能化管理的主要应用可分为以下五个方面：数字化管理、完整性管理、运行管理、应急体系管理、一体化管理[11]。

2.1数字化管理

数值精确、格式统一、覆盖完整是管道智能化对数字化管理的要求。在数据的获取和共享应用方面，对于管道参数及周边环境信息，主要采用内检测技术、GIS地理信息系统、高清卫星影像技术等；对于管道运行数据，采用SCADA实时数据库、仪表设备RTU技术等；对于安全保障信息，采用视频监控、泄漏报警系统、智能阴保系统、联锁保护系统等。另外对于生产运行以外的经营、行政信息，采用OA、ERP等系统进行数字化的流程管理。

目前，对于现场生产运行数据已具备实时采集、传输、存储功能。各信息系统也基本完成了数字化管理。所欠缺的方面主要有：(1)缺少一个全面的数据管理中心，来整合各信息系统，使从数据的采集、筛选、校正、存储、更新都有一个规范的标准。(2)缺少对数据的进一步应用，存储的数据并不能发挥其价值，没有做到大数据分析。

2.2完整性管理

自2005年，我国以行业标准形式提出完整性管理以来，管道完整性管理业务已逐步在各石油天然气公司受到重视，并不断加深应用，使其从概念转化为实际生产的重要一环[12]。其应用主要有管道完整性检测、地质灾害分析、高后果区识别、管道风险评价。

(1)管道完整性检测主要通过管道内检测技术，预测管道腐蚀速率、评价管道剩余强度、优选管道维修方案，同时通过三维展示技术提供可视化功能。

(2)地质灾害分析根据GIS地理系统获取管道周边信息，随后进行危险性评估，通过编制调查信息表及建立评估模型划分危险性水平及可接受度，根据相应危险源制定风险消减措施。

(3)高后果区识别通过相关标准规范建立等级区分及识别方法，对不同等级高后果区提出不同应对措施，编制高后果区登记表及应急处置卡形成管理依据，通过人工或无人机巡线、视频监控等方式进行信息更新。

(4)管道风险评价对管道进行定量风险分析，对识别出的风险高发或高后果段实施重点管理，当该段出现施工作业或自然灾害时进行全程监控，提升管道抗风险能力。

2.3运行管理

运行管理是现今智能化管道建设最关键也是最欠缺的部分，其价值主要体现在对数字化管理所获得数据的提取分析上，通过人工智能技术和大数据学习建立知识决策模型，最终达到脱离人类得出最优化方案[13,14]。运行管理所代表的人工智能技术尚处于起步阶段，目前的重点集中于：(1)根据上下游供给需求量设计最佳运输方案；(2)根据设备特性和运输方案设计一键启停输功能；(3)根据实时压力流量判断异常工况并报警；(4)对异常工况采取最佳的应急操作；(5)全程追踪并控制油气质量，防止不合格油气进入下游用户。

2.4应急体系管理

应急体系的管理集中在事前的模拟演练和事后的快速反应上。事前模拟演练主要依靠三维模型技术的发展，着重对设备爆炸、油品泄漏等危害性大的事故进行仿真，以求达到最贴近实际情况的方式提升模拟演练的效果。事后的快速反应则依赖于应急体系的搭建[15]。通过分析管道周边环境敏感数据判断事故风险性；根据GPS技术快速获取周边应急资源，规划交通路径；根据职责分工，建立事故响应机制及汇报途径；通过视频监控、无人机等技术对事故实时跟踪并进行信息共享；通过多方联动机制，强调协同各界力量一起减少事故损失；依靠人工智能技术迅速判断事发原因及事故地点，尽快消灭事故源。

2.5一体化管理

一体化管理贯穿整个智能化管道建设进程，其本身并不存在应用价值，但其通过搭建一个统一的信息平台，将上述四项管理所涉及的信息系统进行整合后带来的价值却是一劳永逸的。目前，关于一体化管理的建设已逐步得到重视。通过对数据格式和系统接口进行统一，加强了各信息系统间的共享沟通，使得生产、经营、行政三方面的业务得到集成贯通，使管理决策的全局性和命令下达的执行力得到了保障。

3、发展趋势

在当今信息技术高速发展的大趋势下，智能化管道未来的发展趋势也将是与时下关键技术的融合，下述三个发展方向最受关注。

3.1物联网技术，实现数字化管道

数据的获取是智能化管道建设最基础的一步，物联网技术所提供的智能感知功能恰好满足了这一需求，为后续一系列的智能化深化应用提供了最全面、实时、精确的数据。物联网技术结构分为感知层、网络层和应用层三部分[16,17]。感知层用于采集、识别信息，是物联网技术的发展核心，如红外感应、激光扫描、射频识别等技术。网络层用于传递信息，分为有线、无线两种通信方式。无线技术主要应用于短距离传输，如蓝牙、NFC、wifi等。有线技术以光纤为代表较多应用于长距离传输。应用层则是实现物联网技术与用户进行交互的部分，其通过对采集的数据进行计算分析，为管理决策提供依据，智能化管道代表业务有泄漏检测、管道巡检、阴极保护等。

3.2标准化数据，实现一体化平台

数据如今已成为人类社会中一种具有巨大潜能的资源。各应用系统实际都是对数据进行采集、处理、展示的过程。现有的管道应用系统主要有以下四种[18]。管道生产管理系统(PPS)，负责油品运行计划、调度、计量等工作；完整性管理系统(PIS)，负责风险分析、高后果区识别、完整性评价等工作。工程管理系统(PCM)负责项目从立项到竣工的各阶段。企业资源系统(ERP)，负责管理物流、资金流、信息流的运转。上述四种系统所涉及的数据范围互有覆盖，交叉使用时往往需要对格式进行转换，流程繁琐、工作量大且较易出错。因此对数据格式进行统一，将各应用系统整合到一个平台，实现数据完全共享具有巨大效益，是未来的重要趋势之一。

3.3大数据分析，实现智能化决策

智能化管道最核心的部分即在于对数据的应用，实现脱离人工的智能化决策。随着数字化管道的进程，管道管理所产生的数据不断攀升，如何有效的使用这些数据，最大限度的挖掘这些数据的价值是未来必须解决的难题之一[19]。大数据分析正是为了解决这一“数据繁多、信息匮乏“问题所诞生的。根据所须应用的不同专业，将分散的原始数据库汇总后分类成相应专业。通过人工智能技术、建立分析模型等手段对各专业数据进行深层挖掘分析，找出相应规律，随后预测未来趋势，最后指导方案编写及决策[20]。目前，涉及大数据分析的实质应用较少，许多项目仍停留在如何建立一个适当的模型以预测未来趋势的阶段，但随着智能化建设的发展，研究重点必定将从数据提取或标准化的重心逐步转移到大数据分析上来。

4、结束语

智能化是管道建设结合当今高新技术发展的大趋势，是提高管道行业效益，维持管道平稳运行的有效途径。目前，智能化管道应用已遍及行业的方方面面，但仍处于起步阶段，大多都集中于数字化管道层面。随着信息技术的发展，未来智能化建设的需求和竞争将更加激烈，需要我国油气行业从自身短板出发，循序渐进，重点做好以下三点。(1)建立一体化平台，发挥系统集成效应。(2)推进数据标准化进程，方便数据共享。3.培养具有管道知识背景的信息技术工程师，深入开展人工智能及大数据分析的研究。

参考文献:

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[5]刘慧婷,徐华,周东焱.基于“互联网+”模式下的石化行业智能管网的发展现状研究[J].石化技术,2015(5):90-91.

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[9]杨金华,邱茂鑫,郝宏娜等.智能化——油气工业发展大趋势[J].石油科技论坛,2016,6:36-42.

[10]殷平.数据中心研究(1):现状与问题分析[J].暖通空调,2016,46(8):42-53.

[11]李遵照,王剑波,王晓霖,等.智慧能源时代的智能化管道系统建设[J].油气储运,2017,36(11):1243-1250.