董绍华 叶迎春 刘宗奇 宋顶

中国石油大学（北京）管道技术与安全研究中心

为确保油气管道安全运行，中国石油大学（北京）管道技术与安全研究中心在管道完整性管理的基础上，结合大数据处理技术，开发了管道智能一体化监测系统。该系统可实现对引起管道失效的关键参数进行监测、处理、预测与报警，有效地提高了管道的安全管理水平。系统在开发过程中应用了多项标准，如GB32167―2015 《油气输送管道系统完整性管理规范》Q/SY 1672―2014《油气管道沉降监测与评价技术规范》SY/T688-011《油气管道地质灾害风险管理技术规范》等。

1 管道智能一体化监测系统关键技术

管道技术与安全研究中心长期开展油气管道失效原因分析，在大数据分析基础上提出了管道智能监测关键参数，研发了数据采集设备，开发了管道智能一体化监测系统，形成了一系列关键技术。

（1）管道监测关键参数

对管道安全影响较大的监测参数包括应力监测、变形监测、温度监测、位移监测、阴极保护电位监测、泄漏监测、视频监测等（图1~6）。

图1振弦式表面应变计

图2振弦式土压计

图3振弦式水压计

图4管道沉降测量

图5视频监测

图6管道泄漏监测

（2）油气管道在线监测信号采集技术

开发了应力应变监测传感器、土壤压力监测传感器、地层水压力监测传感器、土体变形监测传感器，实现了地质灾害监测参数的采集。基于硫酸铜参比电极实现了对阴极保护电位的实时采集。基于加速度计采集振动信号，研究基于振动的管线位移计算方法。建立管道关键点视频监控技术，并对异常事件进行扑捉、识别和判定。

（3）管线监测信号数据采集和远程传输关键技术

针对不同类型输出和采样要求，研究多参数、多通道统一采集技术，实现了监测数据的高效自动采集（图 7）。基于4G传输方案，实现远程数据传输和远程监测。开发采集设备并集成通讯模块，通过移动通信网络将监控端与采集仪连通，实现了数据的双向传输。

图7采集仪封装和安装

（4）管线风险智能评价及安全预警技术

基于管线监测数据特征及其集成管控模式，形成了监测数据平滑处理方法，解决了因环境、人为、管理等因素影响下存在的异常数据、数据缺失问题，使其形成完整的监测数据序列，符合监测数据整体统计特性。分析监测参数之间的内在关联性，结合管道评价模型，实现了对风险的智能评价。在监测数据预处理的基础上，建立了适用于实时监测数据的风险动态趋势预测预警分析模型，结合实时预测结果与所在时段监测数据的统计特征实现管线运行变化趋势的动态预警。

2 系统模块组成

系统整体由数据智能感知、网络传输及管线智能监测等三层构成，如图8所示，采用B/S结构。

（1）智能感知

系统可实时采集应力、变形、温度、位移、阴极保护电位、泄漏、视频等监测信号，建立了管道失效形式与监测信号相对应的模式库，挖掘了不同信号之间的内在联系，由异常情况驱动进行智能感知。

（2）网络传输

基于物联网技术，系统采用B/S结构开发，利用4G网络构建数据分布式采集、传输结构，监测信号统一回传中心服务器数据库，集中分析终端显示。

（3）智能监测

管道智能一体化监测包括地质灾害监测模型、阴极保护电位监测模型、泄漏监测模型及风险动态评价与趋势预测预警模型四个主要模型，实现对管道运行状况实时监测，实时动态风险评价和风险变化趋势预警。

图8 管道智能监测一体化系统结构

3 系统功能及特点

3.1系统功能

基本功能包括监测数据远程采集、预处理及管理，异常识别和报警，管线风险评价及预测等功能（图 9）。

图9 管道智能监测一体化系统界面

3.2系统特点

（1）多参数远程监测

系统终端设备可对管道的应变、土壤的压力、孔隙水压、土壤倾斜度、管道沉降、温度、阴极保护电位、泄漏和视频等多种参数进行监测，并将监测结果通过4G网络发送到控制端，实现远程监测。

（2）信号采集设备工作效率和可靠性高

采集设备可对两类输出信号(频率信号和电信号)的22个探头数据进行自动采集，结构简单可靠、地面无外露物，实现无人看守自动智能采集和远程传输。系统充分考虑了防盗防水，通过改进单片机工作原理延长了系统硬件待机时间。

（3）功能强大

可以对地质断层、地裂缝、山体崩塌、滑坡、泥石流、黄土湿陷、冲沟、地震、河流冲蚀、采空区等地质灾害进行监测。实现管道泄漏监测和定位，基于电位监测可以评价阴极保护效果。可以对环境进行有害气体监测和视频监测等。

（4）自动化程度高

监控软件适用于远程监控，实现自动监测、自动调整采样频率、自动报警。部分参数（如报警策略、报警方法）可以由用户自行设置，用户实行分级管理。可调整报警限值，而系统可根据报警信息自动调整监测策略。

（5）系统采用B/S架构，数据通过无线网络传输到监控端，实现数据共享。

（6）监测系统安装简便，不破坏管道的受力、防腐结构。

（7）基于管道监测数据可进行管道风险动态评价和风险动态预测。

4 未来展望

本系统的应用可以全面提升管线的安全管理水平，对异常事件及时响应，并进行风险智能判定，提升管线防护水平。可对管道运行环境变化进行长期跟踪，实现对管道异常情况的预警，具备良好的推广前景。

《管道保护》2018年第4期（总第41期）