董紹華 葉迎春 劉宗奇 宋頂

中國石油大學（北京）管道技術與安全研究中心

為確保油氣管道安全運行，中國石油大學（北京）管道技術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，開發了管道智能一體化監測系統。該系統可實現對引起管道失效的關鍵參數進行監測、處理、預測與報警，有效地提高了管道的安全管理水平。系統在開發過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/SY 1672―2014《油氣管道沉降監測與評價技術規范》SY/T688-011《油氣管道地質災害風險管理技術規范》等。

1 管道智能一體化監測系統關鍵技術

管道技術與安全研究中心長期開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鍵參數，研發了數據采集設備，開發了管道智能一體化監測系統，形成了一系列關鍵技術。

（1）管道監測關鍵參數

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）油氣管道在線監測信號采集技術

開發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，實現了地質災害監測參數的采集。基于硫酸銅參比電極實現了對陰極保護電位的實時采集。基于加速度計采集振動信號，研究基于振動的管線位移計算方法。建立管道關鍵點視頻監控技術，并對異常事件進行撲捉、識別和判定。

（3）管線監測信號數據采集和遠程傳輸關鍵技術

針對不同類型輸出和采樣要求，研究多參數、多通道統一采集技術，實現了監測數據的高效自動采集（圖 7）。基于4G傳輸方案，實現遠程數據傳輸和遠程監測。開發采集設備并集成通訊模塊，通過移動通信網絡將監控端與采集儀連通，實現了數據的雙向傳輸。

圖7采集儀封裝和安裝

（4）管線風險智能評價及安全預警技術

基于管線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，解決了因環境、人為、管理等因素影響下存在的異常數據、數據缺失問題，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聯性，結合管道評價模型，實現了對風險的智能評價。在監測數據預處理的基礎上，建立了適用于實時監測數據的風險動態趨勢預測預警分析模型，結合實時預測結果與所在時段監測數據的統計特征實現管線運行變化趨勢的動態預警。

2 系統模塊組成

系統整體由數據智能感知、網絡傳輸及管線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

系統可實時采集應力、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系，由異常情況驅動進行智能感知。

（2）網絡傳輸

基于物聯網技術，系統采用B/S結構開發，利用4G網絡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災害監測模型、陰極保護電位監測模型、泄漏監測模型及風險動態評價與趨勢預測預警模型四個主要模型，實現對管道運行狀況實時監測，實時動態風險評價和風險變化趨勢預警。

圖8 管道智能監測一體化系統結構

3 系統功能及特點

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，管線風險評價及預測等功能（圖 9）。

圖9 管道智能監測一體化系統界面

3.2系統特點

（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行監測，并將監測結果通過4G網絡發送到控制端，實現遠程監測。

（2）信號采集設備工作效率和可靠性高

采集設備可對兩類輸出信號(頻率信號和電信號)的22個探頭數據進行自動采集，結構簡單可靠、地面無外露物，實現無人看守自動智能采集和遠程傳輸。系統充分考慮了防盜防水，通過改進單片機工作原理延長了系統硬件待機時間。

（3）功能強大

可以對地質斷層、地裂縫、山體崩塌、滑坡、泥石流、黃土濕陷、沖溝、地震、河流沖蝕、采空區等地質災害進行監測。實現管道泄漏監測和定位，基于電位監測可以評價陰極保護效果。可以對環境進行有害氣體監測和視頻監測等。

（4）自動化程度高

監控軟件適用于遠程監控，實現自動監測、自動調整采樣頻率、自動報警。部分參數（如報警策略、報警方法）可以由用戶自行設置，用戶實行分級管理。可調整報警限值，而系統可根據報警信息自動調整監測策略。

（5）系統采用B/S架構，數據通過無線網絡傳輸到監控端，實現數據共享。

（6）監測系統安裝簡便，不破壞管道的受力、防腐結構。

（7）基于管道監測數據可進行管道風險動態評價和風險動態預測。

4 未來展望

本系統的應用可以全面提升管線的安全管理水平，對異常事件及時響應，并進行風險智能判定，提升管線防護水平。可對管道運行環境變化進行長期跟蹤，實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）