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    天然氣管道完整性管理建設(shè)及關(guān)鍵技術(shù)

    2024-03-09 01:12:10董志齊釗
    化工管理 2024年6期
    關(guān)鍵詞:完整性山區(qū)天然氣

    董志,齊釗

    (1.浙江浙能燃氣股份有限公司,浙江 杭州 310000;2.山東產(chǎn)研衛(wèi)星信息技術(shù)研究院,山東 濟南 250098)

    0 引言

    2022年度中國天然氣消費量達到3663×108m3,長輸天然氣管線總里程達到了11.6×104km。

    隨著管道里程快速增加,不可避免地會穿越地勢陡峭、環(huán)境多變的山區(qū)地段,這些區(qū)域地質(zhì)災害頻發(fā)、交通運輸不便,給管道的安全管理帶來嚴峻挑戰(zhàn)。例如:2017年,貴州晴隆縣一輸氣管道因強降雨導致滑坡而發(fā)生泄漏事故,造成40多人死傷[1];2021年,某天然氣公司管道附近由于強降雨發(fā)生地質(zhì)災害超250次,對天然氣管道的安全造成了嚴重威脅。傳統(tǒng)的管理方式和方法與山區(qū)管道面臨的風險特征并不匹配,為了保證天然氣管道平穩(wěn)運行、保證周邊人民生命財產(chǎn)安全,需要結(jié)合山區(qū)管道特點制定針對性的完整性管理措施,構(gòu)建山區(qū)管道風險防控體系。

    1 山區(qū)管道完整性管理流程

    1.1 山區(qū)管道風險識別

    準確識別山區(qū)管道面臨的風險是實現(xiàn)完整性管理的前提條件,結(jié)合山區(qū)管道的敷設(shè)環(huán)境,從“人、機、環(huán)境”三個角度開展山區(qū)管道風險識別。

    (1)人為因素:誤操作、施工、蓄意破壞;

    (2)管道本體:電腐蝕、應(yīng)力腐蝕;

    (3)地質(zhì)災害:崩塌、滑坡、泥石流。

    1.2 山區(qū)管道完整性管理流程

    根據(jù)山區(qū)管道風險識別結(jié)果以及GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》中的完整性管理六個步驟,制定出山區(qū)管道完整性管理流程。

    如圖1所示,山區(qū)天然氣管道管理流程主要分為七個步驟:(1)根據(jù)高后果區(qū)等級對山區(qū)管道進行分區(qū);(2)從管道、人員、環(huán)境三方面收集數(shù)據(jù),管道數(shù)據(jù)包括管道本體數(shù)據(jù)以及水工保護措施數(shù)據(jù),人員數(shù)據(jù)包括員工操作數(shù)據(jù)以及第三方人員數(shù)據(jù),環(huán)境數(shù)據(jù)包括可能引發(fā)地質(zhì)災害的所有數(shù)據(jù);(3)采用RBI、SIL等方法對管道、人員、地質(zhì)災害開展風險分析,確定風險大小、后果,并進行風險等級排序;(4)基于相關(guān)標準,開展管道本體、地災易發(fā)性、水工保護措施有效性以及人員作業(yè)安全性的評價作業(yè),確定管道以及保護措施的完整情況;(5)根據(jù)完整性評價結(jié)果,制定相應(yīng)的處置方案,如地質(zhì)災害監(jiān)測、水工保護措施修復、管道檢測及維護等;(6)建立山區(qū)管道完整性管理數(shù)據(jù)庫,將各個環(huán)節(jié)聯(lián)系起來,打破信息孤島,實現(xiàn)完整性管理數(shù)據(jù)共享;(7)開展完整性管理效能評價,不斷改進、完善完整性管理各個環(huán)節(jié)。

    圖1 山區(qū)管道完整性管理流程

    1.3 管理難點

    1.3.1 災害預測難

    受到多方面因素影響,包括地形地貌、降水、植被、原生缺陷等,地質(zhì)災害的發(fā)生(概率、規(guī)模、位置)具有很強的不可預測性,導致災害預測難度較大。

    1.3.2 管道監(jiān)測難

    山區(qū)地形起伏劇烈、植被茂密,人工巡檢難度較大,當山區(qū)管道發(fā)生事故或附近存在施工作業(yè)時,很難在第一時間發(fā)現(xiàn)。

    1.3.3 事故處理難

    當山區(qū)管道發(fā)生事故需要進行維搶修作業(yè)時,由于管道沿線地形復雜、交通惡劣、社會依托差,導致管道維修設(shè)備、機具很難運輸至作業(yè)前線,增大了維搶修作業(yè)難度。

    2 關(guān)鍵技術(shù)研究

    從山區(qū)天然氣管道管理難點可以看出,對山區(qū)管道,應(yīng)該建立主動式的防護措施,利用衛(wèi)星、無人機、光纖、視頻行為分析系統(tǒng)等建立“空—天—地”的管道風險智能監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),構(gòu)筑“面—點”結(jié)合的第三方施工監(jiān)測系統(tǒng),可以實現(xiàn)山區(qū)管道全方位監(jiān)控,做到“事前早發(fā)現(xiàn)”。

    2.1 衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)

    激光雷達技術(shù)的快速發(fā)展使得衛(wèi)星在地質(zhì)災害監(jiān)測中的應(yīng)用越來越普遍。目前常用的是利用衛(wèi)星合成孔徑雷達監(jiān)測管道周圍地面沉降情況,其原理是每隔一段時間(一般是12 d)利用合成孔徑雷達對同一位置進行拍攝,通過比較兩個時間段內(nèi)的地表影像信息,可以獲取管道周圍地面的形變數(shù)據(jù),識別管道沿線的地質(zhì)災害風險,其優(yōu)點是全天時、全天候、靈敏度高、分辨率高、識別范圍廣[2]。

    2.2 光纖預警技術(shù)

    光纖預警技術(shù)在管道安全監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,其原理是用管道同溝敷設(shè)的光纜作為傳輸媒介,從光纜一側(cè)的發(fā)射器中注入探測光脈沖,當光纜受到外界干擾時,光纜中的光纖折射率發(fā)生改變,引起探測光的相位差。通過檢測相位差的變化并解析,就能夠判斷受到干擾的位置以及干擾的類型。目前,光纖預警技術(shù)主要應(yīng)用于天然氣管道周圍施工監(jiān)測、泄漏監(jiān)測以及周界安防等領(lǐng)域[3]。

    2.3 無人機巡檢技術(shù)

    為了降低一線巡線人員的作業(yè)強度,一些管道營運公司開始使用無人機開展管道線路巡查工作,這些無人機下端均會搭載一個高清攝像頭,用于拍攝管道沿線的影像信息,并將這些信息上傳至后臺服務(wù)器,后臺工作人員能夠根據(jù)這些信息判斷管道周圍是否存在危險源。

    目前,無人機在長輸管道中主要有兩個工作:一種是日常巡檢,另一種是定點核查[4]。在日常巡檢工作模式下,無人機會從一個站場(閥室)飛向另一個站場(閥室),將管道沿線的信息拍攝下來,傳回后方供作業(yè)人員查看;在定點核查工作模式下,無人機起飛前需要先設(shè)定一個坐標位置,無人機到達坐標位置后才開啟攝像頭,對預定目標進行全方位、多角度的拍攝、取證,將結(jié)果發(fā)送至后臺。

    2.4 視頻行為監(jiān)控技術(shù)

    目前,一些管道營運單位會在管道周圍的施工區(qū)域放置視頻行為監(jiān)控系統(tǒng),防止可能出現(xiàn)的越界施工、違規(guī)作業(yè)等情況[5]。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工作過程包括以下步驟:(1)攝像頭錄制管道周圍影像;(2)后臺計算機讀取這些影像資料,并采用均勻稀疏采樣的方式將其轉(zhuǎn)化為圖像;(3)讀取這些圖像中異物的特征,如挖掘機、作業(yè)人員等;(4)將提取到的信息與訓練出的樣本庫里的樣本進行對比,判斷圖像中的異物類型,若判斷結(jié)果是挖掘機等對管道有威脅的物體,會自動保存該結(jié)果并將其推送至客戶端,通知后臺作業(yè)人員趕赴現(xiàn)場。

    2.5 管道露管檢測技術(shù)

    盡管使用衛(wèi)星系統(tǒng)可以大范圍地開展管道周圍地質(zhì)災害監(jiān)測工作,但是受到衛(wèi)星拍攝時間等因素的影響,難以在第一時間發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災害發(fā)生的位置并做出報警,因此,管道運營單位在地質(zhì)災害易發(fā)區(qū)域都會埋設(shè)一些檢測設(shè)備,這些設(shè)備的核心是光敏元件。當檢測設(shè)備在地質(zhì)災害的作用下發(fā)生裸露時,光敏元件在陽光的照射下會觸動報警裝置,后者將這些信息發(fā)送至服務(wù)器,作業(yè)人員根據(jù)這些信息能知曉地質(zhì)災害發(fā)生位置。

    2.6 聯(lián)合防護體系建設(shè)

    2.6.1 管道防護體系建設(shè)

    搭建統(tǒng)一的山區(qū)管道防護平臺,統(tǒng)一管理管道風險監(jiān)測設(shè)備,打破數(shù)據(jù)壁壘,實現(xiàn)監(jiān)測設(shè)備聯(lián)合運作、管道風險智能識別、應(yīng)急策略自動生成,可以起到事半功倍的作用。山區(qū)管道防護體系建設(shè)如圖2所示。

    圖2 山區(qū)管道防護體系建設(shè)

    整個體系分為三個層級,分別為感知層、數(shù)據(jù)處理層以及輔助決策層。其中,感知層由無人機、光纖、攝像頭等現(xiàn)場設(shè)備(設(shè)施)構(gòu)成,用于獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù),并通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將這些數(shù)據(jù)發(fā)送至處理器;數(shù)據(jù)處理層由若干電腦處理器組成,用于分析處理現(xiàn)場感知設(shè)備傳回的數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)類型將其分類,判斷這些數(shù)據(jù)的有效性,篩選出對管道風險識別有用的信息,并將這些信息與歷史數(shù)據(jù)或設(shè)定的閾值進行對比,判斷是否存在威脅,并將可能造成風險的信息全部傳送至輔助決策層。輔助決策層收到數(shù)據(jù)處理層的信息后,針對風險的類型采取不同的措施。以第三方施工為例,說明本完整性管理平臺的用法。

    2.6.2 第三方施工核查

    當光纖系統(tǒng)監(jiān)測到管道周圍存在施工活動時,會將施工信息發(fā)送給數(shù)據(jù)分析層,后者將危險事件類別和位置發(fā)送給輔助決策層。輔助決策層判斷出這是一個可能威脅管道安全的第三方活動,然后立即給距離最近的無人機發(fā)送飛行任務(wù),無人機飛行到指定位置后會下降一定的高度,對可疑位置進行全方位的拍攝。若確實發(fā)現(xiàn)存在第三方施工,會立即開展取證工作,同時作業(yè)人員也可以通過無人機向?qū)Ψ胶霸?,制止違法施工活動。

    2.6.3 管道應(yīng)急搶修

    當?shù)谌绞┕ひ呀?jīng)造成管道損毀時,除了派遣無人機前往現(xiàn)場調(diào)查取證外,輔助決策層還會根據(jù)現(xiàn)場特點、已有的維修案例自動生成維修方案,包括維修方法、作業(yè)人員、需要的設(shè)備及庫存等,為管道應(yīng)急搶修提供依據(jù)。

    3 結(jié)論

    本文以山區(qū)天然氣管道為研究對象,從“人、機、環(huán)境”三方面介紹了山區(qū)管道面臨的風險,提出了包含人、管道、環(huán)境的山區(qū)天然氣管道完整性管理流程,在此基礎(chǔ)上介紹了一些可以用于山區(qū)天然氣管道風險監(jiān)測與識別的新技術(shù),詳細敘述了每項技術(shù)的原理、實現(xiàn)方式和用途,得出以下結(jié)論:

    (1)山區(qū)管道處于復雜的地形地貌中,面臨的威脅和管理上的困難與其他管道存在明顯不同,在制定管理方案時一定要考慮環(huán)境因素,重點關(guān)注地質(zhì)災害對管道的影響。

    (2)介紹了衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)、光纖預警技術(shù)、無人機巡檢技術(shù)、視頻行為監(jiān)控技術(shù)、管道露管檢測技術(shù)的原理和用途,建立了包含感知層、數(shù)據(jù)分析層、輔助決策層的山區(qū)管道防護平臺,并以第三方施工為例,說明不同情況下應(yīng)急響應(yīng)措施的區(qū)別。

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