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(guī)范》（GB 32167—2015）頒布后，國家能源局積極部署推廣工作，有力地推動了我國油氣管道行業(yè)運(yùn)營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(yù)防為主的管理模式，通過對管道面臨的風(fēng)險因素進(jìn)行識別和評價，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(nèi)，使管道始終處于可控狀態(tài)，預(yù)防事故發(fā)生，保證管道安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。管道完整性管理的實(shí)施離不開風(fēng)險評價、內(nèi)外檢測、缺陷剩余強(qiáng)度評價、數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵技術(shù)的支撐。

隨著移動互聯(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(yīng)用日趨成熟，我國油氣管網(wǎng)大規(guī)模建設(shè)過程中，管道業(yè)務(wù)的“標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、信息化”水平不斷提高，基本實(shí)現(xiàn)了“設(shè)計數(shù)字化、施工機(jī)械化、管理信息化”，為建設(shè)智能化管道奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

中國石油集團(tuán)公司提出依托中俄東線天然氣管道工程開展“全數(shù)字化移交、全智能化運(yùn)行、全生命周期管理”智能化管道建設(shè)試點(diǎn)。在標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一和管道數(shù)字化的基礎(chǔ)上，以“數(shù)據(jù)全面統(tǒng)一、感知交互可視、系統(tǒng)融合互聯(lián)、供應(yīng)精準(zhǔn)匹配、運(yùn)行智能高效、預(yù)測預(yù)警可控”為目標(biāo)，通過“端+云+大數(shù)據(jù)”的體系架構(gòu)集成管道全生命周期數(shù)據(jù)，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(xiàn)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、自動預(yù)判、智能優(yōu)化、自我調(diào)整的能力，且安全高效運(yùn)行的智慧油氣管網(wǎng)。

可以預(yù)期，智能管道建設(shè)將是一次技術(shù)手段和管理模式的飛躍，最終將改變傳統(tǒng)的管道設(shè)計、施工、運(yùn)行管理模式，也將極大提升管道數(shù)據(jù)采集、風(fēng)險評價與防控、缺陷檢測與評價的技術(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(shè)期管道完整性管理的難題

管道完整性管理規(guī)范要求，建設(shè)期管道完整性管理應(yīng)貫穿可行性研究、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計、施工、投產(chǎn)試運(yùn)、竣工驗(yàn)收全過程，管道建設(shè)期所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)完整性管理的要求，真實(shí)、及時、完整地錄入數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。建設(shè)期采集的數(shù)據(jù)包括管道屬性數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)計文件、施工文件及記錄、評價報告等。管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的完整、準(zhǔn)確與運(yùn)行期管道檢測數(shù)據(jù)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(shè)期數(shù)據(jù)采集過程中，數(shù)據(jù)填報不及時、不完整、不準(zhǔn)確直接影響到數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量。同時工程質(zhì)量問題也是管道運(yùn)行的主要風(fēng)險之一，由此造成的事故事件近年來呈多發(fā)態(tài)勢。施工過程中形成的安裝缺陷,特別是焊接和防腐補(bǔ)口質(zhì)量問題，導(dǎo)致管道整體完整性的降低和腐蝕風(fēng)險的增高。建設(shè)期施工管控水平和傳統(tǒng)檢測、監(jiān)測技術(shù)的不足限制了對這類風(fēng)險隱患、缺陷的認(rèn)知和管控。

中俄東線天然氣管道通過規(guī)范管道全生命周期數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，有效運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，提升管道信息數(shù)據(jù)精確采集和施工過程管控水平。一是全面統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，在建設(shè)期已形成的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，持續(xù)深化完善，向運(yùn)維期延伸，規(guī)范數(shù)據(jù)移交的格式、編碼、結(jié)構(gòu)，形成覆蓋全生命周期的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的全面統(tǒng)一、遞延傳承和集成共享。二是搭建數(shù)字化設(shè)計平臺，通過集成接口將可研、初設(shè)、施工圖設(shè)計等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、三維數(shù)字化模型等批量向管道建設(shè)管理系統(tǒng)（PCM）移交，實(shí)現(xiàn)“集成設(shè)計與施工數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動態(tài)更新，自動生成竣工圖”，確保施工數(shù)據(jù)的快速回流和及時整合。在PCM系統(tǒng)原有功能的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了關(guān)鍵工序設(shè)備參數(shù)存儲、檢測遠(yuǎn)程評片等功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)計、采辦、施工數(shù)字化移交。三是在采辦階段，完善了建設(shè)物資調(diào)撥管理功能，應(yīng)用電子簽章，支持管材線上調(diào)撥管理。在中轉(zhuǎn)、施工過程全面應(yīng)用管材二維碼，通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)完工后管材定位。四是全面應(yīng)用“焊接自動化、檢測智能化、防腐機(jī)械化”的施工技術(shù)。推廣自動超聲（AUT）、數(shù)字射線檢測，替代傳統(tǒng)膠片，實(shí)現(xiàn)快速檢測、實(shí)時評判、數(shù)字存儲；完善補(bǔ)口機(jī)械化工藝，形成多元化的補(bǔ)口解決方案。五是搭建“智能工地”，在每個焊接機(jī)組、防腐機(jī)組、下溝機(jī)組、連頭機(jī)組安裝布控球，實(shí)時監(jiān)控機(jī)組作業(yè)畫面，并通過機(jī)組WIFI實(shí)時將監(jiān)控畫面上傳PCM系統(tǒng)，對施工過程開展全過程質(zhì)量監(jiān)控。在焊接作業(yè)管控方面，增加存儲和無線模塊，將焊機(jī)電流、電壓等工況參數(shù)與焊口關(guān)聯(lián)存儲，采集傳輸焊口編號、焊接類型、焊口檢測數(shù)據(jù)等信息，并連接機(jī)組WIFI，將數(shù)據(jù)實(shí)時上傳PCM系統(tǒng)。將檢測原始文件及時上傳，專家通過PCM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程評片。在防腐作業(yè)管控方面，增加溫度傳感器實(shí)時采集加熱溫度信息，增加錨紋深度、搭接寬度等數(shù)據(jù)采集。上述智能化技術(shù)手段保證了建設(shè)過程數(shù)據(jù)采集的真實(shí)、準(zhǔn)確、全面，促進(jìn)了施工現(xiàn)場質(zhì)量管控，有效規(guī)避了施工風(fēng)險因素和質(zhì)量缺陷帶來的難題，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)險識別評價水平

管道完整性管理開展全面系統(tǒng)的風(fēng)險識別、評價工作，通常采取一種或多種管道風(fēng)險評價技術(shù)方法，由專業(yè)技術(shù)人員或?qū)�業(yè)團(tuán)隊(duì)按照評價流程采集數(shù)據(jù)、收集資料、分析計算風(fēng)險，評價結(jié)果很大程度上取決于輸入數(shù)據(jù)、方法模型及專業(yè)判斷。作業(yè)所需時間長，一次風(fēng)險識別評價要用至少兩、三個月時間完成。

智能管道通過感知交互技術(shù)手段，將風(fēng)險識別評價中的重要危害因素置于檢測、監(jiān)測、監(jiān)控之下。建立風(fēng)險評價模型，通過不同系統(tǒng)的融合互聯(lián)，完成建設(shè)期數(shù)據(jù)、管道日常管理數(shù)據(jù)、社會環(huán)境數(shù)據(jù)等風(fēng)險評價所需數(shù)據(jù)的收集和整合，實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的管道風(fēng)險評價，使風(fēng)險評價的關(guān)鍵信息數(shù)據(jù)采集更加真實(shí)、準(zhǔn)確、實(shí)時和可追溯，風(fēng)險識別的周期將極大縮短，風(fēng)險評價結(jié)果更具預(yù)測性、前瞻性。風(fēng)險評價模型方法算法的進(jìn)化，將發(fā)揮人工智能優(yōu)勢，降低對基層一線人員風(fēng)險識別專業(yè)能力的要求。特別是當(dāng)前因?yàn)閿?shù)據(jù)不足或者工作量較大而較少采用的定量風(fēng)險評價技術(shù)，也將獲得智能感知系統(tǒng)提供的足夠可靠數(shù)據(jù)，而在未來變得易于實(shí)現(xiàn)。例如，當(dāng)前管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險識別評價多為較大區(qū)域范圍、較長時段的趨勢性評價，而短時分析評價還不理想，對以月、周、日為周期的現(xiàn)場管理指導(dǎo)作用還有待提升。智能管道建設(shè)將在管道沿線的滑坡、泥石流、陡坡等地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)設(shè)置土體位移監(jiān)測、應(yīng)變監(jiān)測等手段，實(shí)現(xiàn)實(shí)時發(fā)現(xiàn)、識別、評價管道地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險并預(yù)警，增強(qiáng)識別評價的時效性和針對性。

2.2  提高管道風(fēng)險的預(yù)防管控能力

智能管道在管體陰極保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測、重點(diǎn)部位腐蝕監(jiān)測、土體狀態(tài)監(jiān)測、周邊環(huán)境辨識、內(nèi)外檢測、氣象與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測等方面，充分運(yùn)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(tǒng)分析辨識風(fēng)險，量化后果，針對性實(shí)施管道維護(hù)與管理，使風(fēng)險全面受控。

（1）推進(jìn)管道巡護(hù)模式轉(zhuǎn)變

以人工巡線、駐點(diǎn)監(jiān)守為主的傳統(tǒng)模式，將在智能管道建設(shè)中轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人機(jī)巡護(hù)、智能監(jiān)測監(jiān)控與人工巡線相結(jié)合的新模式。一是隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷成熟，無人機(jī)巡護(hù)將比人工巡護(hù)更為經(jīng)濟(jì)，將成為管道線路巡檢的主要手段。特別是在水網(wǎng)沼澤、大型跨越、危險現(xiàn)場等人員無法到達(dá)的地段，無人機(jī)將代替人工巡護(hù)和現(xiàn)場查看工作。無人機(jī)自主飛行技術(shù)和影像自動識別技術(shù)的結(jié)合，能夠自動識別第三方損傷等危害活動，并進(jìn)行實(shí)時信息遠(yuǎn)傳報警，同時可通過無人機(jī)懸停、探照燈、空中喊話、跟蹤飛行等對第三方損傷活動進(jìn)行勸阻。影像的后期深度分析可識別人工巡護(hù)難以辨識的滑坡、地表沉降等地表特征細(xì)部變化，給出提示，引導(dǎo)現(xiàn)場確認(rèn)、快速處置。通過加載相應(yīng)傳感器，可實(shí)現(xiàn)紅外夜間采集數(shù)據(jù)和氣體泄漏的空中監(jiān)測。二是在閥室、管道高后果區(qū)、第三方施工易發(fā)段等重要地段進(jìn)行視頻監(jiān)視，對現(xiàn)場情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對第三方侵入的特征識別和自動報警，提高第三方破壞與恐怖襲擊的防控水平。三是開發(fā)智能巡線管理系統(tǒng)，通過巡線任務(wù)自動分發(fā)、自動考核，在線監(jiān)控、巡檢定位、軌跡回放等方式實(shí)現(xiàn)管理交互，提高巡護(hù)質(zhì)量，確保現(xiàn)場事件得到及時、有效處置。智能巡護(hù)方式的轉(zhuǎn)變將顯著提高巡護(hù)質(zhì)量，降低人工勞動強(qiáng)度,具有高效率和經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)。

（2）實(shí)現(xiàn)腐蝕防護(hù)的智能化和專業(yè)化

傳統(tǒng)的腐蝕防護(hù)管理主要采用人工采集陰極保護(hù)電位，存在數(shù)據(jù)填報工作量大、不能及時有效識別設(shè)備故障、信息數(shù)據(jù)利用不充分、測試方式不能滿足管理與安全要求等問題。中俄東線新建陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，由陰極保護(hù)軟件管理系統(tǒng)、智能測試樁和智能恒電位儀組成。陰極保護(hù)站和智能測試樁采集到的信息傳輸至陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，發(fā)揮陰極保護(hù)大數(shù)據(jù)的作用，自動分析管道保護(hù)狀況，自動進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)整與故障診斷，實(shí)現(xiàn)對管道腐蝕發(fā)展趨勢精準(zhǔn)預(yù)測。還可由業(yè)務(wù)部門組織形成專家團(tuán)隊(duì)，在信息系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)腐蝕數(shù)據(jù)的專業(yè)化分析，對陰極保護(hù)系統(tǒng)故障進(jìn)行遠(yuǎn)程排查診斷，有效解決基層一線專業(yè)技術(shù)能力不足的問題，大幅減輕基層人員日常陰極保護(hù)管理工作量。

3  全方位增強(qiáng)管道應(yīng)急響應(yīng)能力

管道完整性對應(yīng)急管理的支持體現(xiàn)在應(yīng)急預(yù)案編制、應(yīng)急措施準(zhǔn)備、應(yīng)急資源準(zhǔn)備、應(yīng)急數(shù)據(jù)準(zhǔn)備等方面。智能管道建設(shè)集成管道生產(chǎn)運(yùn)行、管道保護(hù)、管道完整性等各方面數(shù)據(jù)，為應(yīng)急管理提供更為完備、及時的數(shù)據(jù)支持。

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

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

4  結(jié)束語

展望未來，智能管道通過先進(jìn)的感知系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析及決策系統(tǒng)，有效解決建設(shè)期施工質(zhì)量管控與數(shù)據(jù)采集問題，提升運(yùn)行期管道風(fēng)險識別、評價和控制水平，增強(qiáng)管道應(yīng)急響應(yīng)能力，打造管道運(yùn)行管理全新的基礎(chǔ)平臺。智能管道建設(shè)應(yīng)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(hù)》2018年第2期（總第39期）