勝利油田現有較為重要的聯合站外輸管道有近40條，全長1000多公里，管道在油田生產中的作用不言而喻，可以說是油田的生命線。因此管道的數字化建設也是數字油田建設的重要內容。
數字管道，實際上就是信息化的管道——建立在網上的虛擬管道。數字管道將有關管道的全部信息，包括管道本身的靜態信息和運行的動態信息，并按照地理坐標加以整理，然后構成一個管道的信息集合。這樣，生產管理人員就可以快速、完整地掌握管道上任何一點的全方位的信息，從而實現“信息就在手中”。當然，管道的數字化并不是目的，而只是手段，是實現安全、經濟、高效輸送目標的重要手段。
一、數字化管道的基本概念
數字管道的核心思想有兩點：一是通過網絡，不分時間和地點地，二是高水平的軟件，最大限度地利用信息資源，得出高質量的信息，用于指導生產。
具體來說，數字化管道是由數據采集與控制(SCADA)系統、檢漏系統、管道地理信息GIS系統、防腐層狀況檢測與評價、數學仿真模型、優化運行軟件等集成在一起的，覆蓋企業操作控制層、經營管理層和決策層等三個層次，充分利用信息技術，實現生產管理的網上共享，業務處理自動化、數據共享信息化，創造最大的經濟效益。
1、SCADA系統
數據采集與控制系統（Supervisor Control And Data Acquisition，簡稱SCADA ）即監測監控及數據采集系統，是基于計算機、通訊和控制技術發展起來的，是數字化管道的基礎，目的是實現站庫及管道運行工藝參數的自動采集與控制，實現爐泵聯鎖、水擊保護控制，保障安全生產。
數字管道所要的采集的工藝參數應該包括：管道進出站的壓力、溫度、流量、原油含水、密度，輸油泵進出口的壓力、溫度，閥門狀態，輸油泵電機的電量參數（包括三相電流、三相電壓、電量、有功功率、無功功率），通過這些參數的采集，軟件要實時給出兩種信息：首先是完整性狀況，即有無泄漏發生，有則給出泄漏點的位置；二是輸油管道的經濟運行狀況，如輸油單耗、輸油效率。

①、硬件
SCADA系統的硬件構成概括起來有四種形式：PC+板卡、PLC、DCS及RTU。從功能上來說，這四種模式都有完成數據采集與控制的能力，但它們各有不同的適用范圍。DCS適合于大型生產裝置，如煉油廠、化工廠的大型成套化工裝置，DCS具有獨立的軟件件，運行穩定可靠，缺點是價格昂貴，擴充麻煩。PLC適用于控制，規模可大可小。遠程終端單元（RTU）則適用于小型局部的場合，優點是不死機，計算與數據存儲能力強。比如用于輸氣管道進出口的流量采集，天然氣計量采用RTU產品具有明顯的甚至不可替代的優勢，RTU產品可實現SY/N 6143計量標準嵌入式應用，大大提高可計量程序運行的可靠性和實時性；流量累計等重要數據在RTU內做備份，而不僅依賴傳統的計算機做數據備分。即使計算機和通訊設備出現故障，而數據依舊可恢復，大大提高數據存儲的安全性。
從未來發展的角度來說，大型的DCS正在日趨消亡，而小型、靈活的RTU則前景廣闊。而且，PLC、DCS及RTU有日益融合的趨勢，甚至它們之間將沒有在硬件上的區別，只是應用場合的不同。
SCADA系統由設在控制中心的主機、設在各站的遠程控制終端（RTU）和高性能的通信系統構成了一個相當于兩級的分布式控制系統。控制中心的計算機通過數據傳輸系統對設在各泵站、計量站或遠控閥室的RTU定期進行查詢，連續采集各站的操作數據和狀態信息，并向RTU發出操作和調整設定值的指令，從而實現對整條管道的統一監視、控制和調度管理。各站控系統的RTU或可編程控制器（PLC）與現場傳感器、變送器和執行器或泵機組、加熱爐的工控機連接，具有掃描、信息預處理及監控等功能，并能在與中心計算機通信一旦中斷時獨立工作。站上可以做到無人職守。
②、軟件
現代SCADA系統的成功，歸根結底是軟件的成功，軟件是系統的核心和靈魂。現代SCADA系統是建立在數據庫基礎之上的一系列應用軟件的組合，其主要功能有：系統模擬圖實時監控，實時監測沿線各站庫生產運行數據；歷史數據分析，包括歷史數據曲線、超限額運行時間統計等。此類軟件很多，國外的有Pai、Infiplus、PHD、FIX等，國產的有三維力控、組態王、MCGS等。
2、檢漏系統
泄漏是管道運行的主要故障之一（穿孔、憋壓、灌腸是管道的三大事故），特別是由于近年來范圍分子打孔盜油犯罪猖獗，檢漏系統正在逐漸成為管道必不可少的組成部分。勝利油田重要輸油管道約90%以上都安裝了檢漏系統。
1）、技術原理
從技術原理上來說，主要是體積平衡法、壓力點分析法及其結合。
①、流量平衡法：當泄漏發生時，管道的輸入、輸出端必然出現流量差，根據管道兩端流量是否平衡來判斷管道是否有泄漏。因此，這是一種基礎的檢漏方法，簡單、直觀，但要求在每個站的出、入口管道上安裝流量計。大口徑的流量計不僅會增加管內的壓力損失，從而增加能源損耗，而且增大維護工作量；該方法的缺點是不能確定泄漏點的位置。
②、壓力點分析法：當管道上某處突然發生泄漏時，在泄漏處將產生瞬態壓力突降，形成一個負壓波。該波以一定的速度自泄漏點向兩端傳播，經過若干時間后，分別傳到上下游，上下游端，壓力傳感器捕捉到特定的瞬態壓力降的波形就可以進行泄漏檢測。根據上下游壓力傳感器接收到此壓力信號的時間差和負壓波的傳播速度就可以定出泄漏點。基于負壓波進行檢測和定位的主要方法有相關分析法、小波變換法和時間序列分析法。
2）、硬件平臺
檢漏系統對硬件的主要要求是采樣速度，一般不低于每秒10次。目前檢漏系統的硬件平臺主要有兩種，一種是工控機＋數據采集卡方式＋局域網通訊方式，目前大多數系統采用此模式；其次是研華ADAM5510數據采集模塊＋電臺通訊方式，如海洋開發公司海二、海三、海五—海四輸油管網檢漏系統。
3）、軟件
檢漏系統在國外已經應用近20年，已經相當成熟，美國等發達國家甚至立法要求所有的輸油管道及其它危險品管道必須安裝檢漏系統，有代表性的軟件有英國ESI公司、英國ATOMS 檢漏系統、美國LeakNET等。
檢漏系統所采用的平臺有LabViIEW、VB、VC、DelPHI以及組態軟件等，以LabViIEW居多，集輸信息中心、天大都采用的是LabViIEW。應該說除了組態軟件由于在網絡數據傳輸方面較慢不適合外，其余軟件平臺都能滿足需求，但是由于數據處理方式以及定位算法的不同，在系統自動報警上市場上各軟件之間的差距較大。
檢漏系統的難度主要在于如何有效地排除站內干擾，減少誤報，而要達到這樣的目的，主要靠準確的定位，因為誤報產生的主要來源是站內操作，將本應定在站內的操作報在線上，從而產生誤報，特別是對于沒有明顯拐點的變頻控制造成的壓力波動的定位計算。
集輸信息中心所研究的檢漏系統應用了小波與相關相結合的數據處理定位方法，有機地將小波跟相關定位方法結合起來，首先用小波消除噪聲，再用相關實現自動定位，大大提高了靈敏度和定位精度，特別適合于沒有明顯拐點的壓力波定位計算。
3、地理信息系統（GIS）
管道地理信息是指管道的地理位置，管道集輸的特點是點多、線長、面廣、地形十分復雜，管道所涉及到的數據信息種類繁多。因此空間管理是北天生產運行和設備維護的重要內容
GIS實現可視化空間管理以ARCINFO、MAPINFO等軟件為代表的地理信息系統。
GIS在國外的天然氣管道集輸中的應用越來越廣泛，其集輸管線的網絡特征非常明顯，要對整個管網進行高效率的維護，GIS的作用就顯得尤為突出。GIS通過整合管線和設備周圍的地理信息、管線和設備本身的空間信息及其圖形信息、維護信息、監控信息等信息于一體，并集成管線集輸的相關專業模型，將管線和設備的運行狀態借助地理空間實時地提供給使用者，為生產、管線巡檢、設備維護、安全管理提供支撐。
4、管道防腐層狀況檢測與評價
防腐層狀況檢測應該是防腐層檢測技術與地理信息系統的結合，通過對埋地管道外防腐檢測和評估，可以達到如下目標：（1）確定管道具體走向和埋深。（2）對心敷設管道防腐施工質量進行等級劃分及定量評估。（3）對在役管道，可以對整條管線的防腐層破損點定位并確定其面積的大小，測定全線的防腐層絕緣性能。（4）對管道的陰極保護系統效果進行評估。（5）建立一套完整的管道防腐層、陰極保護檢測資料，為生產管理提供正確有效的科學決策依據。
近年來，勝利油田加大了對埋地金屬管道的檢測評價工作，取得了很好的效果。PCM管道電流測繪系統先后在海四聯～孤島電廠輸油管道、臨盤首站～臨濟首站輸油管道、海一站～海二站外輸管道、海四聯～孤三聯輸油管道等多條埋地管道上進行了檢測，通過GDFFW防護層數據處理軟件的計算，得到各管段的防護層絕緣電阻，并依據標準SY/T5918-94《埋地鋼質管道瀝青防腐層大修理技術規定》對防護層質量作出了相應的評價。
PCM管道電流測繪系統主要由發射機、接收機、GDFFW防護層數據處理軟件和相應配件組成。該系統具有以下特點：多頻率發射信號、不需要開挖，檢測埋深大，能對埋地金屬管道的走向、外防護層破損點和不正常搭接部位進行精確定位；能分段計算防護層的絕緣電阻，從而可以評估防護層的老化狀況；輕便、快捷、耐用，非常適于埋地管道的檢測和評價。
5、仿真模型建立及優化運行
管道數學仿真模型和優化運行軟件的應用是管道數字化的高級階段。在生產中，工程技術人員經常遇到下列問題：如何用現有管道提高輸送流量？當氣體需求增加時，如何快速響應？如果管道破裂，會出現什么情況？因此，工程技術人員需要一個管道流體流動的嚴格模型，以及一個功能強大且容易使用的軟件工具，可以定義問題并進行實例研究，以滿足生產管理的需求。
國外對輸油管道的模型研究較早，成功的案例是英國的ESI公司的PIPELINE STUDIO。PIPELINE STUDIO是通用的離線模擬工具，它是調度人員必備的分析工具，可以離線模擬所有的管道設備，如供氣，輸氣，管段，閥門，壓縮機，調節器，等等，PIPELINE STUDIO適用于兩種類型的研究，模擬各種管道配置的正常操作決定最有效率的運行方式，模擬如泄漏或設備故障等事件引發的瞬態條件來決定最有效的補救措施，用于分析管道輸送能力，模擬管道水擊，進行經濟評價對比。
陜京線所采用的丹麥Ｌ１Ｃ公司的實時管道模擬軟件ＰＳＳ。管道模擬軟件包括實時模型、培訓模型和離線模型３大部分。在線實時模型用于優化輸氣管道的運行調度和實時操作，它有以下１０種功能：①計算那些不在監控位置上的壓力、溫度、密度和流量的過程變量；②計算管段的壓力、溫度、流量、密度剖面和儲氣量；③根據當前輸氣狀態和將來設備狀態的變化預測供氣量和管道運行狀態；④預測管道中氣量殘存時間，優化以后的操作；⑤批量跟蹤并進行控制；⑥根據天氣變化和用戶需要，預報供氣量；⑦對管道模型自動調降，以改進計量和管線運行的操作性能；⑧檢測儀表精度的下降與飄移；⑨壓差檢測；⑩管道泄漏檢測。SCADA系統保證了管道安全平穩運行，同時為管道的調度管理和優化操作提供了科學指導。
所謂優化運行，是在管道的各種內外部條件給定的前提下，通過爐泵設備運行方案的調整，通過生產工藝參數的合理調配，使管道的技術經濟指標達到最佳，實現節能降耗。輸油管道優化問題我國在20多年前就開始得到研究，在優化理論、模型、算法、軟件等方面都取得了具有實用意義的成果。石油大學等單位的有關成果在勝利油田東辛線、東北輸油局秦京輸油管道得到研究和應用。軟件HOPOPT用于秦京線，在試驗條件下可以使該管道的能耗費用降低2.5%。
二、國內外現狀及其在勝利油田的現狀
國外對于管道自動化的研究，從1931年開始到1951年初具規模，目前已有成熟的SCADA系統硬件及軟件，普遍采用了先進的自動化數據采集與控制技術，對生產工藝過程的實時監控已成為慣例，實現全線集中控制。如美國阿拉斯加原油管道在1974年4月開始動工，1977年6月20日竣工。管道全長1288km，管徑1220mm，最高設計壓力8.2MPa，最大流量33.96×104m3/d，年輸原油超過1億噸，管道共設有12個站，總投資約80億美元。通信方式以微波通信為主，衛星通信備用。阿拉斯加原油管道建設了SCADA數據采集和控制系統，軟件包括數據采集及控制軟件、報警顯示、水力模型、泄漏檢測、歷史報告、仿真培訓等系統。
我國長輸管道80年代中期以來發展突飛猛進，在鐵大線、東黃復線上安裝了從美國Rexnord公司引進的SCADA系統。此后，新建的長輸管道大多配備了我國或引進的SCADA系統。庫鄯輸油管道西起庫爾勒，東到鄯善末站，全場476km, 管徑610mm, 年輸量500～1000萬噸，1997年6月30日建成投產。該管道實現了高度自動化，被譽為我國第一條具有90年代國際先進水平的現代化輸油管道。???
西氣東輸管道則是我國最先進的數字化輸氣管道，信息系統由信息、SCADA和電子商務三大系統組成。以計算機為核心的監控和數據采集SCADA系統，實現全線的集中數據采集、監控與調度管理。按有人值守、無人操作的原則進行設計，實現對全線管道輸送工藝過程的數據采集、監控、操作預測、優化運行及調度管理。控制系統方案擬采用分散型控制系統，實現控制中心遠控，站控制室自動／手動控制，設備、子系統的就地控制等三級控制；各站場緊急停車系統、可燃氣體檢測及火災報警系統獨立設置。控制系統擬采用高級應用軟件，包括實時模擬軟件、預測決策軟件、泄漏檢測定位軟件、負荷預測軟件、儲氣調峰分析軟件、培訓及工程研究軟件、天然氣商業運營管理系統軟件、優化運行軟件等。根據實際需要，還將配置地理信息管理系統軟件、管道運行效率分析軟件等，使西氣東輸管道的運行管理達到當今世界先進的電子管道水平。在設計中就采用了采用具有國際先進水平的管道瞬態模擬分析軟件，建立了西氣東輸管道穩態和動態模型，對整個管道系統進行模擬分析。為確定管徑、壓力和壓氣站布置方案，設計人員對不同輸送壓力、壓比系統進行了模擬計算，對工藝系統進行優化，使系統配置壓比由1.25優化為1.45，壓縮機站由可研時的１８座減少到１０座，僅站場固定投資一項就節省投資１２億元。
從以上對數字化管道的定義來說，勝利油田還沒有一條數字化管道，從生產設備、管理和維護手段上來講，距國內外先進水平還有相當的差距。勝利油田在自動化方面還限于單個站庫和單件自動化儀表的使用，就地控制，自動化基本上處于起步階段。在軟件應用方面，只是初步建成了地理信息系統，錄入了一些管道的地理坐標和靜態信息，但是對生產基本沒有什么作用。輸油管道檢漏系統在打孔盜油破壞的逼迫下，得到了大規模的研究和推廣應用，但是各系統參差不齊，還大有升級改進的必要。因此，油田的信息工作者今后還任重道遠。

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美國能源部（Department of Energy）在一項環境保護項目中，安裝了LeakNet系統，并對使用情況做出評估報告 2) 美國加州軍方安裝LeakNet 系統，并委托第三方公司進行測試 3) 美國加州海上石油鉆井平臺安裝了LeakNet系統，經過性能測試，最終獲得內政部土地管理局（Department of the Interior）批準 4) 美國阿拉斯加環境保護局（Alaska Department of Environmental Conservation）授予LeakNet原油傳輸管道測漏系統行業最先進技術BAT認證 1.）美國能源部（Department of Energy）在一項環境保護項目中，安裝了LeakNet系統，并對使用情況做出評估報告 原文翻譯：在Bryan Mound地區的原油管道上安裝一個高科技的測漏系統，已經提高了其泄漏預防能力。該系統應用了兩套相互獨立的管道測漏理論，壓力點分析法和質量分析法。壓力點分析法運用了統計學的算法，通過監測管道中泄漏發生時產生的一個物理現象—拓展波來進行分析。壓力點分析法通過計算管道中的質量平衡進行分析，同時需要校準管線油品壓縮產生的誤差。該系統可以靈敏地檢測出低至1.59平方毫米管徑的泄漏及0.1%流量的泄漏。該系統的一個標準功能是能夠準確地區別正常操作與泄漏事件，消除誤報警。 2）美國加州空軍基地安裝了LeakNet 系統，并委托第三方公司進行測試 以下為該第三方公司對LeakNet測漏系統的認證報告 背景信息：美國加洲水質管理委員會決定頒布一項關于加油站地下儲油罐規定（針對大于37.84立方米），該規定要求當管道中燃料不流動時，每小時監測一次管道。要求為，測漏的標準為：泄漏小于11.35升/小時（當壓力為0.7千克力/平方厘米時）；或小于36升/小時（當壓力為7千克力/平方厘米時）。 由于當地軍方也擁有757立方米的燃料儲油罐，并委托一家擁有美國聯邦局批準的第三方公司對測漏系統進行資格認證，該公司本身已經獲得美國環保署EPA測試協議的認證。（所有進行管道測漏的系統都必須通過該第三方公司的認證。） LeakNet 中至今為止唯一通過認證的大容量測漏系統 由美國海軍設備工程技術服務中心頒發的證書 測試報告1：燃料輸送管道年度測試 管徑：203毫米 壓力：6.32千克力/平方厘米 長度：744米 狀態：靜止 容量：20533升 測試結果： 測試1 測試2 規定檢測時間（升/小時） 0.9 0.6 EFA實際時間（升/小時） 0.3 0.2 檢測時間（秒）： 51 142 泄漏量（升）： 0.011 0.023 靈敏度（百萬分之一） 0.6 1.0 測試報告2：燃料輸送管道每月測試 管徑：203毫米 壓力：6.32千克力/平方厘米 長度：2413米 狀態：靜止 容量：66521升` 測試結果： 測試1 測試2 EFA實際時間（升/小時） 10.8 2.6 檢測時間（秒）： 2

a)動態管線監測： ?壓力點分析Pressure Point Analysis (PPA)TM ?質量分析法MassPackTM b)靜態管線監測：靜態壓力點分析Static Pressure Point Analysis (PPA)TM c)消除誤報：智能點分析SMARTPOINTTM d)泄漏點定位：LOCATORTM a)Pressure Point Analysis (PPA)TM 壓力點分析 PPA方法是通過對泄漏發生前后管道內能量和動量平衡行為（用壓力和速度測量表示）進行采集與分析，過濾掉正常操作及噪聲信號后，判斷泄漏的一種方法。應用范圍和案例 運行步驟： ?第一步：發現壓力異常變化 ?第二步：濾除噪聲，擬合出實際壓力變化趨勢曲線 ?第三步：對比正常曲線，判斷是否發生泄漏 b)MASSPACKTM 質量分析法 質量分析法是對管線中的流體質量的變化進行動態監測一個質量平衡系統。 質量分析法監測一段管線中全部的流進和流出的量。 MASSPACK質量分析統計輸入端與輸出端的質量總和，以此判斷是否發生泄漏。 c)泄漏點定位 當發生泄漏時，漏點的質量損失會產生一個擴展波，以音速沿管道向兩端傳播。 根據到達兩端監測點的時間差，可計算得出漏點的位置。 d)SMARTPOINTTM 智能點分析 智能點分析法是將PPA 和MASSPACK 兩種各自獨立的數據進行整合及統一分析，利用彼此的互補性來消除誤報警。 誤報警消除率達100%?

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EFA長輸管道測漏系統 a)EFA公司簡介 ?1975創建，全稱Ed Farmer & Associates ?1984年安裝第一臺測漏系統 ?1990年安裝第一臺三相測漏系統 ?1990年停止所有業務，集中精力從事測漏軟件LeakNet的開發。 b)產品性能 ?歷史悠久 自1975年，就開始為石油化工行業提供測漏服務 最全球最專業、最權威且始終如一家的公司 ?專注如一 管道測漏（CPM）是公司唯一的業務 ?覆蓋面廣 行業內占有率第一位 ?投資少 使用原有儀器 軟件無需定制，也無需后續的維護費用 ?性能優越 動態監測：低至0.1%流量的泄漏或1.57毫米孔徑的泄漏 靜態監測：低至百萬分之一（part-per-million） 響應時間：以音速的速度，在數秒至數分鐘內觸發報警 泄漏定位：靜態監測精度為2米；動態監測精度為600米 ?可靠性 采用SMARTPOINT技術，使用壓力和流量兩種參數互作參考，消除誤報警，成功率達100% ?資格認證 LeakNet擁有2項由Alaska州政府頒發的BAT(Best available Technology)證書 唯一一項允許在北極使用的BAT技術 靜態管道的應用是依據美國聯邦EPA協議，由第三方公司認證通過的 ?操作簡單 無論是工程師或操作工，都能輕易的理解并使用 ?應用廣 同時監測多種油品，包括氣體、液體及多相混合?

總結

以上是生活随笔為你收集整理的浅谈数字化管道建设-胜利油田集输信息中心的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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