王振聲 馮文興

中國石油管道公司

《油氣輸送管道完整性管理規范》（GB 32167—2015）頒布后，國家能源局積極部署推廣工作，有力地推動(dòng)了我國油氣管道行業(yè)運營(yíng)管理的變革和安全水平的提升。

管道完整性管理是一種以預防為主的管理模式，通過(guò)對管道面臨的風(fēng)險因素進(jìn)行識別和評價(jià)，針對性地實(shí)施風(fēng)險減緩措施，將風(fēng)險控制在合理、可接受的范圍內，使管道始終處于可控狀態(tài)，預防事故發(fā)生，保證管道安全經(jīng)濟運行。管道完整性管理的實(shí)施離不開(kāi)風(fēng)險評價(jià)、內外檢測、缺陷剩余強度評價(jià)、數據分析等關(guān)鍵技術(shù)的支撐。

隨著(zhù)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等新一代技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應用日趨成熟，我國油氣管網(wǎng)大規模建設過(guò)程中，管道業(yè)務(wù)的“標準化、模塊化、信息化”水平不斷提高，基本實(shí)現了“設計數字化、施工機械化、管理信息化”，為建設智能化管道奠定了堅實(shí)基礎。

中國石油集團公司提出依托中俄東線(xiàn)天然氣管道工程開(kāi)展“全數字化移交、全智能化運行、全生命周期管理”智能化管道建設試點(diǎn)。在標準統一和管道數字化的基礎上，以“數據全面統一、感知交互可視、系統融合互聯(lián)、供應精準匹配、運行智能高效、預測預警可控”為目標，通過(guò)“端+云+大數據”的體系架構集成管道全生命周期數據，提供智能分析和決策支持，用信息化手段提升質(zhì)量、進(jìn)度、安全管控能力，實(shí)現管道的可視化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化管理，最終形成具有全面感知、自動(dòng)預判、智能優(yōu)化、自我調整的能力，且安全高效運行的智慧油氣管網(wǎng)。

可以預期，智能管道建設將是一次技術(shù)手段和管理模式的飛躍，最終將改變傳統的管道設計、施工、運行管理模式，也將極大提升管道數據采集、風(fēng)險評價(jià)與防控、缺陷檢測與評價(jià)的技術(shù)水平，促進(jìn)管道完整性管理工作踏上新臺階。

1  有效解決建設期管道完整性管理的難題

管道完整性管理規范要求，建設期管道完整性管理應貫穿可行性研究、初步設計、施工圖設計、施工、投產(chǎn)試運、竣工驗收全過(guò)程，管道建設期所產(chǎn)生的數據應根據完整性管理的要求，真實(shí)、及時(shí)、完整地錄入數據管理系統。建設期采集的數據包括管道屬性數據、環(huán)境數據、設計文件、施工文件及記錄、評價(jià)報告等。管道基礎數據的完整、準確與運行期管道檢測數據分析、風(fēng)險評估高度關(guān)聯(lián)，直接決定了管道全生命周期完整性管理的成敗。建設期數據采集過(guò)程中，數據填報不及時(shí)、不完整、不準確直接影響到數據采集的質(zhì)量。同時(shí)工程質(zhì)量問(wèn)題也是管道運行的主要風(fēng)險之一，由此造成的事故事件近年來(lái)呈多發(fā)態(tài)勢。施工過(guò)程中形成的安裝缺陷,特別是焊接和防腐補口質(zhì)量問(wèn)題，導致管道整體完整性的降低和腐蝕風(fēng)險的增高。建設期施工管控水平和傳統檢測、監測技術(shù)的不足限制了對這類(lèi)風(fēng)險隱患、缺陷的認知和管控。

中俄東線(xiàn)天然氣管道通過(guò)規范管道全生命周期數據標準，有效運用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，提升管道信息數據精確采集和施工過(guò)程管控水平。一是全面統一數據標準，在建設期已形成的數據標準基礎上，持續深化完善，向運維期延伸，規范數據移交的格式、編碼、結構，形成覆蓋全生命周期的數據標準，實(shí)現數據的全面統一、遞延傳承和集成共享。二是搭建數字化設計平臺，通過(guò)集成接口將可研、初設、施工圖設計等環(huán)節產(chǎn)生的結構化/非結構化數據、三維數字化模型等批量向管道建設管理系統（PCM）移交，實(shí)現“集成設計與施工數據，實(shí)現動(dòng)態(tài)更新，自動(dòng)生成竣工圖”，確保施工數據的快速回流和及時(shí)整合。在PCM系統原有功能的基礎上擴展了關(guān)鍵工序設備參數存儲、檢測遠程評片等功能，實(shí)現設計、采辦、施工數字化移交。三是在采辦階段，完善了建設物資調撥管理功能，應用電子簽章，支持管材線(xiàn)上調撥管理。在中轉、施工過(guò)程全面應用管材二維碼，通過(guò)數據關(guān)聯(lián)實(shí)現完工后管材定位。四是全面應用“焊接自動(dòng)化、檢測智能化、防腐機械化”的施工技術(shù)。推廣自動(dòng)超聲（AUT）、數字射線(xiàn)檢測，替代傳統膠片，實(shí)現快速檢測、實(shí)時(shí)評判、數字存儲；完善補口機械化工藝，形成多元化的補口解決方案。五是搭建“智能工地”，在每個(gè)焊接機組、防腐機組、下溝機組、連頭機組安裝布控球，實(shí)時(shí)監控機組作業(yè)畫(huà)面，并通過(guò)機組WIFI實(shí)時(shí)將監控畫(huà)面上傳PCM系統，對施工過(guò)程開(kāi)展全過(guò)程質(zhì)量監控。在焊接作業(yè)管控方面，增加存儲和無(wú)線(xiàn)模塊，將焊機電流、電壓等工況參數與焊口關(guān)聯(lián)存儲，采集傳輸焊口編號、焊接類(lèi)型、焊口檢測數據等信息，并連接機組WIFI，將數據實(shí)時(shí)上傳PCM系統。將檢測原始文件及時(shí)上傳，專(zhuān)家通過(guò)PCM系統實(shí)現遠程評片。在防腐作業(yè)管控方面，增加溫度傳感器實(shí)時(shí)采集加熱溫度信息，增加錨紋深度、搭接寬度等數據采集。上述智能化技術(shù)手段保證了建設過(guò)程數據采集的真實(shí)、準確、全面，促進(jìn)了施工現場(chǎng)質(zhì)量管控，有效規避了施工風(fēng)險因素和質(zhì)量缺陷帶來(lái)的難題，為在役管道完整性管理創(chuàng )造了良好條件。

2  全面提升在役管道完整性管理水平

智能管道針對管道完整性管理發(fā)展的需要，在豐富完善管道風(fēng)險識別、評價(jià)及防控新技術(shù)方面提供了新的解決方案和途徑。

2.1  提升管道風(fēng)險識別評價(jià)水平

管道完整性管理開(kāi)展全面系統的風(fēng)險識別、評價(jià)工作，通常采取一種或多種管道風(fēng)險評價(jià)技術(shù)方法，由專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員或專(zhuān)業(yè)團隊按照評價(jià)流程采集數據、收集資料、分析計算風(fēng)險，評價(jià)結果很大程度上取決于輸入數據、方法模型及專(zhuān)業(yè)判斷。作業(yè)所需時(shí)間長(cháng)，一次風(fēng)險識別評價(jià)要用至少兩、三個(gè)月時(shí)間完成。

智能管道通過(guò)感知交互技術(shù)手段，將風(fēng)險識別評價(jià)中的重要危害因素置于檢測、監測、監控之下。建立風(fēng)險評價(jià)模型，通過(guò)不同系統的融合互聯(lián)，完成建設期數據、管道日常管理數據、社會(huì )環(huán)境數據等風(fēng)險評價(jià)所需數據的收集和整合，實(shí)現基于大數據的管道風(fēng)險評價(jià)，使風(fēng)險評價(jià)的關(guān)鍵信息數據采集更加真實(shí)、準確、實(shí)時(shí)和可追溯，風(fēng)險識別的周期將極大縮短，風(fēng)險評價(jià)結果更具預測性、前瞻性。風(fēng)險評價(jià)模型方法算法的進(jìn)化，將發(fā)揮人工智能優(yōu)勢，降低對基層一線(xiàn)人員風(fēng)險識別專(zhuān)業(yè)能力的要求。特別是當前因為數據不足或者工作量較大而較少采用的定量風(fēng)險評價(jià)技術(shù)，也將獲得智能感知系統提供的足夠可靠數據，而在未來(lái)變得易于實(shí)現。例如，當前管道地質(zhì)災害風(fēng)險識別評價(jià)多為較大區域范圍、較長(cháng)時(shí)段的趨勢性評價(jià)，而短時(shí)分析評價(jià)還不理想，對以月、周、日為周期的現場(chǎng)管理指導作用還有待提升。智能管道建設將在管道沿線(xiàn)的滑坡、泥石流、陡坡等地質(zhì)災害易發(fā)區設置土體位移監測、應變監測等手段，實(shí)現實(shí)時(shí)發(fā)現、識別、評價(jià)管道地質(zhì)災害風(fēng)險并預警，增強識別評價(jià)的時(shí)效性和針對性。

2.2  提高管道風(fēng)險的預防管控能力

智能管道在管體陰極保護系統監測、重點(diǎn)部位腐蝕監測、土體狀態(tài)監測、周邊環(huán)境辨識、內外檢測、氣象與地質(zhì)災害預測等方面，充分運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，全面感知管體、重點(diǎn)部位及周邊環(huán)境狀況，系統分析辨識風(fēng)險，量化后果，針對性實(shí)施管道維護與管理，使風(fēng)險全面受控。

（1）推進(jìn)管道巡護模式轉變

以人工巡線(xiàn)、駐點(diǎn)監守為主的傳統模式，將在智能管道建設中轉變?yōu)闊o(wú)人機巡護、智能監測監控與人工巡線(xiàn)相結合的新模式。一是隨著(zhù)無(wú)人機技術(shù)的不斷成熟，無(wú)人機巡護將比人工巡護更為經(jīng)濟，將成為管道線(xiàn)路巡檢的主要手段。特別是在水網(wǎng)沼澤、大型跨越、危險現場(chǎng)等人員無(wú)法到達的地段，無(wú)人機將代替人工巡護和現場(chǎng)查看工作。無(wú)人機自主飛行技術(shù)和影像自動(dòng)識別技術(shù)的結合，能夠自動(dòng)識別第三方損傷等危害活動(dòng)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)信息遠傳報警，同時(shí)可通過(guò)無(wú)人機懸停、探照燈、空中喊話(huà)、跟蹤飛行等對第三方損傷活動(dòng)進(jìn)行勸阻。影像的后期深度分析可識別人工巡護難以辨識的滑坡、地表沉降等地表特征細部變化，給出提示，引導現場(chǎng)確認、快速處置。通過(guò)加載相應傳感器，可實(shí)現紅外夜間采集數據和氣體泄漏的空中監測。二是在閥室、管道高后果區、第三方施工易發(fā)段等重要地段進(jìn)行視頻監視，對現場(chǎng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，實(shí)現對第三方侵入的特征識別和自動(dòng)報警，提高第三方破壞與恐怖襲擊的防控水平。三是開(kāi)發(fā)智能巡線(xiàn)管理系統，通過(guò)巡線(xiàn)任務(wù)自動(dòng)分發(fā)、自動(dòng)考核，在線(xiàn)監控、巡檢定位、軌跡回放等方式實(shí)現管理交互，提高巡護質(zhì)量，確�，F場(chǎng)事件得到及時(shí)、有效處置。智能巡護方式的轉變將顯著(zhù)提高巡護質(zhì)量，降低人工勞動(dòng)強度,具有高效率和經(jīng)濟性的特點(diǎn)。

（2）實(shí)現腐蝕防護的智能化和專(zhuān)業(yè)化

傳統的腐蝕防護管理主要采用人工采集陰極保護電位，存在數據填報工作量大、不能及時(shí)有效識別設備故障、信息數據利用不充分、測試方式不能滿(mǎn)足管理與安全要求等問(wèn)題。中俄東線(xiàn)新建陰極保護遠程監測系統，由陰極保護軟件管理系統、智能測試樁和智能恒電位儀組成。陰極保護站和智能測試樁采集到的信息傳輸至陰極保護遠程監測與控制系統，提高數據采集的準確性，發(fā)揮陰極保護大數據的作用，自動(dòng)分析管道保護狀況，自動(dòng)進(jìn)行遠程調整與故障診斷，實(shí)現對管道腐蝕發(fā)展趨勢精準預測。還可由業(yè)務(wù)部門(mén)組織形成專(zhuān)家團隊，在信息系統中實(shí)現腐蝕數據的專(zhuān)業(yè)化分析，對陰極保護系統故障進(jìn)行遠程排查診斷，有效解決基層一線(xiàn)專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力不足的問(wèn)題，大幅減輕基層人員日常陰極保護管理工作量。

3  全方位增強管道應急響應能力

管道完整性對應急管理的支持體現在應急預案編制、應急措施準備、應急資源準備、應急數據準備等方面。智能管道建設集成管道生產(chǎn)運行、管道保護、管道完整性等各方面數據，為應急管理提供更為完備、及時(shí)的數據支持。

一是基于管道數據中心與移動(dòng)可視終端，在應急響應指揮系統綜合顯示、推送應急響應信息。實(shí)現事故管段本體、周邊環(huán)境、應急資源等信息自動(dòng)輸出、事故信息主動(dòng)推送，智能搜索、展示周邊應急資源及危險源、環(huán)境敏感點(diǎn)等相關(guān)信息，為應急決策提供支持。

二是開(kāi)發(fā)應急決策系統，建立事故災害影響分析模型、應急處置智能決策支持模型，提供最佳應急搶險措施及建議，智能計算規劃搶修最佳路由，智能分析事故泄漏、擴散、燃爆等潛在影響范圍。

4  結束語(yǔ)

展望未來(lái)，智能管道通過(guò)先進(jìn)的感知系統、數據分析及決策系統，有效解決建設期施工質(zhì)量管控與數據采集問(wèn)題，提升運行期管道風(fēng)險識別、評價(jià)和控制水平，增強管道應急響應能力，打造管道運行管理全新的基礎平臺。智能管道建設應用的先進(jìn)技術(shù)條件和革命性的管理手段，必將為管道完整性管理插上智慧的翅膀，助力飛向全新的高度。

作者：王振聲，中國石油管道公司副總經(jīng)理。

《管道保護》2018年第2期（總第39期）