董紹華 葉迎春 劉宗奇 宋頂

中國石油大學(xué)（北京）管道技術(shù)與安全研究中心

為確保油氣管道安全運行，中國石油大學(xué)（北京）管道技術(shù)與安全研究中心在管道完整性管理的基礎上，結合大數據處理技術(shù)，開(kāi)發(fā)了管道智能一體化監測系統。該系統可實(shí)現對引起管道失效的關(guān)鍵參數進(jìn)行監測、處理、預測與報警，有效地提高了管道的安全管理水平。系統在開(kāi)發(fā)過(guò)程中應用了多項標準，如GB32167―2015 《油氣輸送管道系統完整性管理規范》Q(chēng)/SY 1672―2014《油氣管道沉降監測與評價(jià)技術(shù)規范》SY/T688-011《油氣管道地質(zhì)災害風(fēng)險管理技術(shù)規范》等。

1 管道智能一體化監測系統關(guān)鍵技術(shù)

管道技術(shù)與安全研究中心長(cháng)期開(kāi)展油氣管道失效原因分析，在大數據分析基礎上提出了管道智能監測關(guān)鍵參數，研發(fā)了數據采集設備，開(kāi)發(fā)了管道智能一體化監測系統，形成了一系列關(guān)鍵技術(shù)。

（1）管道監測關(guān)鍵參數

對管道安全影響較大的監測參數包括應力監測、變形監測、溫度監測、位移監測、陰極保護電位監測、泄漏監測、視頻監測等（圖1~6）。

圖1振弦式表面應變計

圖2振弦式土壓計

圖3振弦式水壓計

圖4管道沉降測量

圖5視頻監測

圖6管道泄漏監測

（2）油氣管道在線(xiàn)監測信號采集技術(shù)

開(kāi)發(fā)了應力應變監測傳感器、土壤壓力監測傳感器、地層水壓力監測傳感器、土體變形監測傳感器，實(shí)現了地質(zhì)災害監測參數的采集�；�于硫酸銅參比電極實(shí)現了對陰極保護電位的實(shí)時(shí)采集�；�于加速度計采集振動(dòng)信號，研究基于振動(dòng)的管線(xiàn)位移計算方法。建立管道關(guān)鍵點(diǎn)視頻監控技術(shù)，并對異常事件進(jìn)行撲捉、識別和判定。

（3）管線(xiàn)監測信號數據采集和遠程傳輸關(guān)鍵技術(shù)

針對不同類(lèi)型輸出和采樣要求，研究多參數、多通道統一采集技術(shù)，實(shí)現了監測數據的高效自動(dòng)采集（圖 7）�；�于4G傳輸方案，實(shí)現遠程數據傳輸和遠程監測。開(kāi)發(fā)采集設備并集成通訊模塊，通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )將監控端與采集儀連通，實(shí)現了數據的雙向傳輸。

圖7采集儀封裝和安裝

（4）管線(xiàn)風(fēng)險智能評價(jià)及安全預警技術(shù)

基于管線(xiàn)監測數據特征及其集成管控模式，形成了監測數據平滑處理方法，解決了因環(huán)境、人為、管理等因素影響下存在的異常數據、數據缺失問(wèn)題，使其形成完整的監測數據序列，符合監測數據整體統計特性。分析監測參數之間的內在關(guān)聯(lián)性，結合管道評價(jià)模型，實(shí)現了對風(fēng)險的智能評價(jià)。在監測數據預處理的基礎上，建立了適用于實(shí)時(shí)監測數據的風(fēng)險動(dòng)態(tài)趨勢預測預警分析模型，結合實(shí)時(shí)預測結果與所在時(shí)段監測數據的統計特征實(shí)現管線(xiàn)運行變化趨勢的動(dòng)態(tài)預警。

2 系統模塊組成

系統整體由數據智能感知、網(wǎng)絡(luò )傳輸及管線(xiàn)智能監測等三層構成，如圖8所示，采用B/S結構。

（1）智能感知

系統可實(shí)時(shí)采集應力、變形、溫度、位移、陰極保護電位、泄漏、視頻等監測信號，建立了管道失效形式與監測信號相對應的模式庫，挖掘了不同信號之間的內在聯(lián)系，由異常情況驅動(dòng)進(jìn)行智能感知。

（2）網(wǎng)絡(luò )傳輸

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，系統采用B/S結構開(kāi)發(fā)，利用4G網(wǎng)絡(luò )構建數據分布式采集、傳輸結構，監測信號統一回傳中心服務(wù)器數據庫，集中分析終端顯示。

（3）智能監測

管道智能一體化監測包括地質(zhì)災害監測模型、陰極保護電位監測模型、泄漏監測模型及風(fēng)險動(dòng)態(tài)評價(jià)與趨勢預測預警模型四個(gè)主要模型，實(shí)現對管道運行狀況實(shí)時(shí)監測，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)風(fēng)險評價(jià)和風(fēng)險變化趨勢預警。

圖8 管道智能監測一體化系統結構

3 系統功能及特點(diǎn)

3.1系統功能

基本功能包括監測數據遠程采集、預處理及管理，異常識別和報警，管線(xiàn)風(fēng)險評價(jià)及預測等功能（圖 9）。

圖9 管道智能監測一體化系統界面

3.2系統特點(diǎn)

（1）多參數遠程監測

系統終端設備可對管道的應變、土壤的壓力、孔隙水壓、土壤傾斜度、管道沉降、溫度、陰極保護電位、泄漏和視頻等多種參數進(jìn)行監測，并將監測結果通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到控制端，實(shí)現遠程監測。

（2）信號采集設備工作效率和可靠性高

采集設備可對兩類(lèi)輸出信號(頻率信號和電信號)的22個(gè)探頭數據進(jìn)行自動(dòng)采集，結構簡(jiǎn)單可靠、地面無(wú)外露物，實(shí)現無(wú)人看守自動(dòng)智能采集和遠程傳輸。系統充分考慮了防盜防水，通過(guò)改進(jìn)單片機工作原理延長(cháng)了系統硬件待機時(shí)間。

（3）功能強大

可以對地質(zhì)斷層、地裂縫、山體崩塌、滑坡、泥石流、黃土濕陷、沖溝、地震、河流沖蝕、采空區等地質(zhì)災害進(jìn)行監測。實(shí)現管道泄漏監測和定位，基于電位監測可以評價(jià)陰極保護效果�？梢詫Νh(huán)境進(jìn)行有害氣體監測和視頻監測等。

（4）自動(dòng)化程度高

監控軟件適用于遠程監控，實(shí)現自動(dòng)監測、自動(dòng)調整采樣頻率、自動(dòng)報警。部分參數（如報警策略、報警方法）可以由用戶(hù)自行設置，用戶(hù)實(shí)行分級管理�？烧{整報警限值，而系統可根據報警信息自動(dòng)調整監測策略。

（5）系統采用B/S架構，數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸到監控端，實(shí)現數據共享。

（6）監測系統安裝簡(jiǎn)便，不破壞管道的受力、防腐結構。

（7）基于管道監測數據可進(jìn)行管道風(fēng)險動(dòng)態(tài)評價(jià)和風(fēng)險動(dòng)態(tài)預測。

4 未來(lái)展望

本系統的應用可以全面提升管線(xiàn)的安全管理水平，對異常事件及時(shí)響應，并進(jìn)行風(fēng)險智能判定，提升管線(xiàn)防護水平�？蓪�管道運行環(huán)境變化進(jìn)行長(cháng)期跟蹤，實(shí)現對管道異常情況的預警，具備良好的推廣前景。

《管道保護》2018年第4期（總第41期）