吳琋瑛

中國石油管道建設(shè)項目經(jīng)理部， 北京 100101

0 前言

大數(shù)據(jù)一詞已被越來越頻繁地提及，從大數(shù)據(jù)中獲得有價值的信息，包括數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、分析挖掘等技術(shù)應(yīng)用，在其他領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著成效，但在油氣長輸管道行業(yè)仍缺乏深入研究，本文通過分析管道運(yùn)行產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，探討管道現(xiàn)場事故的分析方法。

1 管道數(shù)據(jù)化

油氣長輸管道實實在在地是個大數(shù)據(jù)集合體，每條管道都滿載著數(shù)據(jù)在運(yùn)行。

在管道的設(shè)計階段，各類設(shè)施被統(tǒng)稱為實體，實體具有可數(shù)性和分類性，按照其特性被編碼成數(shù)據(jù)項，它具有類型、單位、值域等描述方式和限定，如一個站場、一臺壓縮機(jī)、一個閥門等。以閥門為例，閥門實體隸屬于站場和閥室的子實體，其數(shù)據(jù)編碼項按功能定義了名稱(如截斷、調(diào)節(jié)、壓力泄放、清管)、類型(如球閥、強(qiáng)制密封球閥、平板閘閥、止回閥、清管閥、泄壓閥、旋塞閥、節(jié)流截止放空閥、安全泄放閥、閥套式排污閥、蝶閥)、驅(qū)動方式(如手動、電動、氣動、氣液聯(lián)動、電液聯(lián)動)、公稱直徑、壓力等級、結(jié)構(gòu)形式、安裝方式等屬性。實體數(shù)據(jù)按照約定的格式，被詳細(xì)地分類編碼進(jìn)而存入服務(wù)器。管道的各級運(yùn)行管理員通過服務(wù)器，可以很方便地查詢到具體某條管道的某個實體的詳細(xì)屬性。

作為運(yùn)行參數(shù)，管道在線路截斷閥和站場工藝設(shè)備上安裝了大量的傳感器和數(shù)據(jù)變送器，實時監(jiān)視輸送介質(zhì)的流量、壓力、溫度等工況，有些原油和成品油管道還設(shè)有在線泄漏檢測系統(tǒng)［1］，它們對設(shè)備運(yùn)行中的每個參數(shù)都按照一定的數(shù)據(jù)規(guī)約進(jìn)行實時采集，以便監(jiān)視控制和存儲處理站場的數(shù)據(jù)，操作員通過站控室的人機(jī)界面，可以實時了解現(xiàn)場動態(tài)工藝流程、設(shè)備運(yùn)行狀況、輸送介質(zhì)的實時趨勢和歷史趨勢、事故報警、事件管理等生產(chǎn)數(shù)據(jù)。日復(fù)一日，年復(fù)一年，在管道站控室和監(jiān)控中心的實時服務(wù)器和歷史服務(wù)器上生成了海量數(shù)據(jù)。站控系統(tǒng)簡圖見圖1。

近十年是管道建設(shè)的高峰期，至2015 年底，運(yùn)行的油氣管道將接近15 ×104km［2］，形成了資源供應(yīng)多元化、資源調(diào)配網(wǎng)絡(luò)化、控制管理集約化的油氣管網(wǎng)運(yùn)行格局。越是這種大管網(wǎng)，就越要對運(yùn)行的可靠性、安全性有著近乎100的可用性指標(biāo)要求［3］。如果能夠充分利用好這些運(yùn)行的大數(shù)據(jù)，對事故進(jìn)行提前預(yù)測或預(yù)報，將產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 站控系統(tǒng)簡圖

2 應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)

2.1 找出關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)

運(yùn)行管理人員在管道站控室實時監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備的工作狀況，以便掌握運(yùn)行工況和及時發(fā)現(xiàn)異常情況。但是現(xiàn)場設(shè)備有可能在事故即將發(fā)生的瞬間不產(chǎn)生報警，最顯著的例子，某輸氣管道曾經(jīng)有個監(jiān)視閥室的截斷閥門出現(xiàn)了泄漏事故，運(yùn)行管理人員事先并未從該閥門的壓力數(shù)據(jù)上監(jiān)視到預(yù)警信息，直至最后發(fā)生了火災(zāi)，甚至事后也很難分析事故原因。該閥門的實時數(shù)據(jù)并沒有在當(dāng)時預(yù)示問題，但是與它相鄰的下游監(jiān)視閥室的壓力曲線變化卻出現(xiàn)了異常數(shù)據(jù)，壓降速率達(dá)到0.15 MPa /min，通過收集和分析這些關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，把異常情況與正常情況進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)哪個部位可能即將發(fā)生問題，導(dǎo)致事故，即整個事故分析依賴的是相關(guān)關(guān)系，而不是因果關(guān)系［4］。數(shù)據(jù)告訴的是將會發(fā)生什么，而不是為什么會發(fā)生，這就是應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)的特點(diǎn)之一。人們習(xí)慣于用因果關(guān)系思考和分析問題，但是在因果關(guān)系有時很難被證明時，通過分析相關(guān)的部分?jǐn)?shù)據(jù)變化，可以在此基礎(chǔ)上分析出因果關(guān)系，找出事故原因。

2.2 數(shù)據(jù)再次利用

站場設(shè)備按照約定的周期進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并被存入實時服務(wù)器和歷史服務(wù)器。實時服務(wù)器的作用是可以查看實時數(shù)據(jù)，但不能查看歷史數(shù)據(jù);歷史服務(wù)器僅供查詢歷史數(shù)據(jù)，但沒有任何修改和操作的權(quán)限。兩個服務(wù)器是兩個獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫，為同一站控系統(tǒng)服務(wù)［5-6］。

仍以上述閥門泄漏為例，操作員在監(jiān)視的某段時間點(diǎn)內(nèi)可能未發(fā)現(xiàn)該閥門的數(shù)據(jù)異常，但壓降速率可能已經(jīng)在允許變化的范圍內(nèi)發(fā)生了變化，這些數(shù)據(jù)被存進(jìn)了歷史服務(wù)器，如果該閥門泄漏不發(fā)生火災(zāi)事故，這些數(shù)據(jù)可能不被現(xiàn)場監(jiān)視人員所關(guān)注。事故發(fā)生后，對運(yùn)行中的其他閥門是否存在類似隱患，因不能及時判斷故障點(diǎn)，只能是采取人為干預(yù)措施，強(qiáng)制性地更換了所有這種型號閥門的有關(guān)附件。

實際上歷史數(shù)據(jù)在參與對事故的分析和處理中至關(guān)重要，除了能夠提供現(xiàn)場直觀數(shù)據(jù)外，通過對定制或開發(fā)歷史數(shù)據(jù)庫管理軟件，類似于PLC 的組態(tài)方式，對已生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新組態(tài)，比如出站壓力與下一站進(jìn)站壓力的變化、分離器進(jìn)出口的壓差、截斷閥的閥位等這些與管道正常運(yùn)行有關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行報表數(shù)據(jù)記錄、歷史數(shù)據(jù)曲線記錄和統(tǒng)計等，完成數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性、連貫性和趨勢分析，達(dá)到預(yù)測事故和事故定位的目的，為建立事故預(yù)警分析系統(tǒng)提供可靠詳實的數(shù)據(jù)來源。因此，在歷史數(shù)據(jù)庫建設(shè)時考慮到數(shù)據(jù)的再次利用，就增加了數(shù)據(jù)的潛在價值。歷史數(shù)據(jù)的再次開發(fā)，一般來說都不會改變原有系統(tǒng)的內(nèi)核，專業(yè)的開發(fā)軟件能夠使得歷史數(shù)據(jù)建立起科學(xué)合理的模型，比如基于站控已有的Windows 操作系統(tǒng)平臺，利用Excel 實現(xiàn)報表統(tǒng)計模型。總之，在現(xiàn)有軟件上對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定制修改，功能擴(kuò)展，達(dá)到數(shù)據(jù)的再次利用，這就是大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)之二。

3 大數(shù)據(jù)的經(jīng)濟(jì)性和實用性效果

通過對運(yùn)行中產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)的應(yīng)用和開發(fā)，并沒有額外增加建設(shè)成本，獲得的效益卻是不言而喻的。集約化的調(diào)控和管網(wǎng)運(yùn)行，能夠在一個平臺上有效實現(xiàn)各條管道數(shù)據(jù)信息交換與共享，避免形成信息孤島。

按照油氣長輸管道數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視標(biāo)準(zhǔn)，要求達(dá)到對管網(wǎng)中重要設(shè)備的監(jiān)控和管理，提高系統(tǒng)維護(hù)和事故處理效率及準(zhǔn)確性，力求實現(xiàn)風(fēng)險預(yù)測、科學(xué)分析和有效控制的目的。毫無疑問，用大數(shù)據(jù)運(yùn)行管道能夠?qū)崿F(xiàn)降低運(yùn)行過程的風(fēng)險程度，為油氣管道安全、平穩(wěn)運(yùn)行及全生命周期的完整性管理［7-8］提供可靠的保障。

4 結(jié)論

在油氣長輸管道運(yùn)行上應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，還有其他方法，比如云計算技術(shù)為這些海量、多樣化的大數(shù)據(jù)提供存儲和運(yùn)算平臺，針對不同來源數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、處理、分析與優(yōu)化，將結(jié)果反饋應(yīng)用到管道安全運(yùn)行管理中，將會創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)利益和實現(xiàn)管道的完整性管理，也充分實現(xiàn)了這些大數(shù)據(jù)的價值。

［1］隋 溪，韓 冬，甘淳靜.原油管道在線泄漏檢測［J］.天然氣與石油，2010，28(3):15 -17.Sui Xi，Han Dong，Gan Chunjing. Online Leak Detection in Crude Oil Pipeline［J］.Natural Gas and Oil，2010，28(3):15-17.

［2］劉文超，孫仁金. 對我國油氣管道建設(shè)運(yùn)營的戰(zhàn)略思考［J］.油氣儲運(yùn)，2015，34(2):139 -144.Liu Wenchao，Sun Renjin. Strategic Discussion on Construction and Operation of Oil and Gas Pipelines in China［J］.Oil＆ Gas Storage and Transportation，2015，34(2):139 -144.

［3］黃維和.大型天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)可靠性［J］.石油學(xué)報，2013，34(2):401 -404.Huang Weihe.Reliability of Large-scale Natural Gas Pipeline Network［J］.Acta Petrolei Sinica，2013，34(2):401 -404.

［4］維克托·邁爾- 舍恩伯格，肯尼思·庫克耶. 大數(shù)據(jù)時代［M］.杭州:浙江人民出版社，2013:81.Viktor Mayer-Sch?nberger，Kenneth Cukier. Big Data［M］.Hangzhou:Zhejiang People's Publishing House，2013:81.

［5］段 沖，梁建青，段紹明，等.SCADA 系統(tǒng)在西氣東輸管道中的應(yīng)用［J］.石油工程建設(shè)，2007，33(4):5 -7.Duan Chong，Liang Jianqing，Duan Shaoming，et al. Application of SCADA System in West to East Gas Transmission Pipeline［J］.Pertoleum Engineening Construction，2007，33(4):5-7.

［6］宮 敬，董 旭，陳向新，等.數(shù)字管道中的工藝與自動化系統(tǒng)設(shè)計［J］.油氣儲運(yùn)，2008，27(4):1 -4.Gong Jing，Dong Xu，Chen Xiangxin，et al.Process and Automation System Design in Digital Pipelines［J］.Oil ＆ Gas Storage and Transportation，2008，27(4):1 -4.

［7］黃維和，鄭洪龍，王 婷.我國油氣管道建設(shè)運(yùn)行管理技術(shù)及發(fā)展展望［J］.油氣儲運(yùn)，2014，33(3):1259 -1262.Huang Weihe，Zheng Honglong，Wang Ting. Construction and Operation Management Technology and Prospect of Oil and Gas Pipelines in China［J］.Oil ＆ Gas Storage and Transportation，2014，33(3):1259 -1262.

［8］蘇 欣，潘亞東，章 磊，等.油氣管道完整性管理［J］.天然氣與石油，2008，26(3):10 -14.Su Xin，Pan Yadong，Zhang Lei，et al.Oil and Gas Pipeline Integrity Management［J］.Natural Gas and Oil，2008，26(3):10-14.