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管道研究

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中俄东线智能管道可视化系统开发及应用

来源:《管道保护》2021年第4期 作者:王新 王巨洪 李荣光 李保吉 时间:2021-8-4 阅读:

王新 王巨洪 李荣光 李保吉

国家管网集团北方管道公司


摘要:为顺应油气管道由自动化、数字化向智能化方向发展,基于实时渲染技术,通过集成建设期及运营期数据,开发中俄东线智能管道可视化系统,全面展示线路、站场、工艺运行与设备等智能化管道技术,实现数据可视化、场景化以及实时交互,为管道智能化管理提供支持。

关键词:智能管道;可视化;数据源;数据流向

 

中俄东线天然气管道工程于2019年12月2日正式投产运行,实现了技术和管理的重大创新[1-3],以“全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理”为理念,按照智能管道试点建设要求,结合生产实际需求共形成24个智能建设子项。与以往传统油气长输管道相比,在工艺运行、站场管理、管道管理等多个方面实现提升和创新性突破[4-9]。

传统管道由于建设期数据及运营期数据分别在不同信息系统管理,主要存在以下问题:缺乏信息系统集成,未能实现管道相关数据的统一分析、展示,对业务决策支持力度不够;缺乏管道及站场的实体可视化展示,未实现站场及关键设备的三维可视化展示。鉴于此,基于数据实时渲染技术,开发中俄东线智能管道可视化系统,实现数据可视化、场景化以及实时交互,通过大屏集中动态系统地展示线路、站场、工艺运行与设备等。

1  系统设计

1.1  系统架构

中俄东线智能管道可视化系统基于RayData技术,实现站场、工艺管线、压缩机、阀门等设备的三维建模,并通过数据接口方式,接入不同数据格式的实时动态数据。系统采用C/S(客户端型)模式及通用接口协议、数据格式,具有较好的数据兼容处理及展示能力。其架构主要包括数据源、数据处理、可视化展示及智能化应用(图 1)。



1 智能管道可视化系统架构


1.1.1  数据源

系统集成了中俄东线天然气管道的多源数据,具体可包括11类780多项动静态数据[3]。数据源可分为三类:一是站场、设备设施、线路等基础属性数据,这部分数据主要是静态数据,通过建设期全数字化移交获得;二是站场、线路泛在感知数据,包括视频监控数据、智能阴保数据、光纤泄漏预警数据、站场巡检数据、可燃气体报警数据、站场周界报警数据等,这部分数据主要是实时动态监测数据,来源于中俄东线各监测系统;三是生产运行参数,包括运行压力、温度、流量、压缩机运行参数等,这部分数据主要通过SCADA系统实时接入。

1.1.2  数据处理

建设期数据处理:对建设期全数字化移交数据进行轻量化处理,对数据质量进行检查和清洗,并通过加载于站场、设备、线路等三维模型展现。减少数据冗余存储带来的资源浪费,更好支撑智能管道业务需求。

运营期数据处理:通过统一数据标准对接入系统的工艺运行参数、压缩机运行参数、阴保数据、视频监控等动态数据,进行检查、清洗、标注等,为数据的集成展示及深化应用作准备。

1.1.3  可视化展示

系统基于实时渲染技术,实现多维度的数据可视化展示。一是站场三维可视化展示,如在全数字化设计、智能施工及数据自动回流校验基础上,构建黑河站站场、设备与站场周边地形地貌的三维数字模型,实现了黑河站三维可视化展示。二是线路GIS展示,将管道周边地形地貌三维模型与管道地理信息系统结合,实现管道线路的二、三维联动展示。三是实时数据图表展示,通过曲线图、趋势图、统计图等多种图表实现生产运行数据、线路报警数据、综合分析数据可视化展示。四是虚拟现实(Virtual Reality,VR)及视频动画展示,基于虚拟现实技术、InsideOut深度摄像追踪及图形图像高速实时渲染技术,实现了黑河站压缩机单个零件拆解、爆炸图多角度透视拆解,同时系统加载了天然气进气流程、越站流程等7种工艺流程动画。

1.1.4  智能化应用

系统集成各类安全预警系统,实现各类预警数据整合,可用一张图综合展现各类报警数据,实现报警信息联动。比如光纤预警系统发出报警信息以后,可以迅速对比摄像头视频信息,实现风险综合分析。未来将进行数据挖掘利用及大数据分析,智能识别管道安全运行风险,对管道运行状态进行准确有效的趋势预测。

1.2  数据流向

管道建设期数据涉及管道中心线等坐标数据,遵循保密数据移交规定,通过线下传输方式进行。生产运行数据主要来自SCADA系统,通过开发数据接口,实现生产运行参数的传输与实时更新。线路及站场感知数据,通过数据接口进入智能管道可视化系统。数据进入系统R-box图形服务器后,首先进行数据处理,建立不同报警数据的关联关系,然后根据业务需求,进行数据分析,最终将数据分析结果加载在站场三维模型或线路地理信息模型,实现数据可视化展示(图 2)。



2 系统数据流向


2  系统应用

2.1  管网概况

以管线走向图的形式整体展示管网主干线信息,体现出东北能源通道的重要意义。同时,直观展现中俄东线北段整体情况,包括全线里程。站场及阀室分布、管径、运行压力、流量、温度等参数。

2.2  站场

在站场三维模型上加载工艺运行、关键设备、站场视频等实时数据,实现了数字孪生体随着运营期数据逐渐丰富而同生共长(图 3)。通过系统可以查看不同设备的属性数据、生产运行数据,还可查看可燃气体报警、周界报警、站场视频巡检、压缩机故障报警等数据。同时系统加载了7种工艺流程动画及压缩机的三维拆解动画,实现了站内工艺流程及关键设备零部件拆解的三维可视化(图  4),有效支持员工检维修作业和开展培训。



3 站场三维模型

4 压缩机拆解动画


2.3  管道线路

系统可实现管道走向及完整性数据的二维展示及管道周边地形地貌的三维展示。通过重点线路实时态势的可视化、场景化,将线路多种报警数据集成,多维度展现管道空、天、地一体化的泛在感知能力。

通过对重点地段摄像头视频及无人机巡线视频进行智能识别,实现机械挖掘、人员逗留等多种管道异常事件的视频报警,结合光纤预警系统、泄漏监测系统、智能阴保系统,达到线路异常事件智能识别、分析及报警(图 5)。


5 智能阴保界面示意图


2.4  数据综合展示

系统开发大数据综合分析展示界面,以实现多源数据综合分析。可以展现站场工艺流程图,实时查看生产运行参数,同时将预测预警信息集成到一张图,通过柱状图、饼状图、曲线图等直观方式综合分析和展示生产经营、预测预警信息,达到对站场、管道立体感知和综合预警的目的。

3  思考及建议

(1)结合系统定位,提升应用效果。由于建模工作量大,系统运行需要特定的渲染服务器,限制了可视化系统的应用范围。目前对所有站场进行三维精细建模并不现实,未来应针对不同应用层级、应用目的及人员角色等开发不同架构、使用模式、展现形式的智能管道可视化系统。比如选取特定站场进行精细化三维建模,可应用于智能化管道展示、应急指挥或者培训,系统架构可以采用C/S(客户端)架构,展现形式可以是大屏形式,方便数据的集中可视化展示;而其他站场可以采用轻量化三维模型或者二维模型,应用于数据分析、展示,系统架构可以采用B/S架构(网页型),展现形式可以在PC段或者移动端,这样管道管理者就可以对监控数据、监控视频及时跟踪响应。

(2)统一数据标准,提升数据质量。可视化系统数据来源于不同智能监控系统,各系统接口协议不同,数据格式不同,需根据不同系统接口协议开发不同数据接口,不仅开发工作量大,而且读取数据质量不一,需要进行数据清洗加工,规范数据移交的格式、编码、结构,实现数据标准、数据接口、数据层次结构的统一互融。

(3)建立数据中心,实现数据统一管理。建立数据中心,按照统一标准采集数据,统一格式传输数据,对数据进行标记,实现海量数据的结构化存储和管理,满足大数据分析等深层次业务需求。

(4)采取多种手段,保证数据安全。管道地域空间分布广,基于成本和使用环境的要求,数据需通过多种通信方式的混合组网形式进行传输。比如站场生产运行数据通过光通信进行传输;管道线路感知数据往往通过无线、卫星、光纤等方式传输。出于数据安全考虑,可视化系统布置在企业内网,部分线路感知系统布置在外网,生产运行参数在工况网。积极采用数据加密、身份认证、网络防火墙、物理隔离装置等网络安全手段,确保数据与系统安全。

(5)紧密结合需求,深化智能应用。目前可视化系统多源数据的分析应用较少,仅能实现不同报警数据的对比分析。未来需引入大数据分析及人工智能技术,实现各类预警数据整合和挖掘利用,智能识别管道安全运行风险。比如可开发动态风险评价技术,将智能感知数据与风险评价技术相结合,实现管道风险的动态实时监测。

 

参考文献:

[1]姜昌亮. 中俄东线天然气管道工程管理与技术创新[J]. 油气储运,2020,39(2):121-129.

[2]中国石油管道公司.气脉:中俄东线天然气管道工程北段建设纪实[M].北京:中国工人出版社,2019:3.

[3]王振声,陈朋超,王巨洪. 中俄东线天然气管道智能化关键技术创新与思考[J].油气储运,2020,39(07):730-739.

[4]王巨洪,张世斌,王新,李荣光,王婷.中俄东线智能管道数据可视化探索与实践[J].油气储运,2019,38(12):1-7.

[5]智慧管网总体设计项目组.中油管道智慧管网总体设计方案[R].2019,8.

[6]聂中文,黄晶,于永志,王永吉,单超,冯骋,等.智慧管网的建设进展及存在的问题[J].油气储运,2019,38(11):1-9.

[7]李柏松,王学力,王巨洪.数字孪生体及其在智慧管网应用的可行性[J].油气储运,2018,37(10):1081-1087.

[8]程万洲,王巨洪,王学力,王新.我国智慧管道建设现状及关键技术探讨[J].石油科技论坛,2018,37(3):34-40.

[9]张海峰,蔡永军,李柏松,孙巍,王海明,杨喜良.智慧管道站场设备状态监测关键技术[J].油气储运,2018,37(8):841-849.

 


作者简介:王新, 1984 年生,高级工程师,2011 年硕士毕业于中国科学技术大学安全技术及工程专业,现主要从事智能化管道建设及管道完整性管理工作。联系方式:0316-2170404,wangxin04@pipechina.com.cn。

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