长输油气管道智慧工地数字化管理流程浅析

随着我国经济社会的发展,对于石油及天然气的需求也越来越大,长输油气管道的建设也随之高速增长,管道工地也越来越多[1]。2017年,中国石油提出了建设“智能管道,智慧管网”的发展目标,将实现油气管网“全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理”,智慧工地的构建是其中至关重要的一环[2][3]。当前,智慧工地在市政、交通、电力等行业已经有了长足的发展,但在长输油气管道建设中的应用仍处在探索与试用阶段。基于此,本文对长输油气管道智慧工地建设的数字化管理及建设实践方案进行探讨和研究。

中国油气管网运行关键技术及展望

管道是连接油气产业链上下游的关键纽带,是现代能源体系和现代综合交通体系的重要组成部分。在油气体制深化改革和“碳达峰、碳中和”战略目标下,油气管道正朝着大型化、网络化、多元化的方向发展,为大规模复杂管网的运行管理带来了新的机遇和挑战。基于我国油气管网发展现状,聚焦系统分析、仿真优化、运行监测和新型管道输送4个关键领域,剖析了油气管网运行相关研究的发展动态以及面临的难点,包括管网系统可靠性和韧性评估技术、管网运行仿真和调运优化技术、管道本体监测与修复技术以及氢气、甲醇、液氨、LNG管道输送技术等。针对“全国一张网”新阶段和“多能源互补”新动向,总结了数字孪生、智能调控、智能预警、多网融合等前瞻性技术攻关方向,旨在推动我国油气管网安全、高效、绿色转型。最后,提出展望:现阶段,需要立足我国能源资源禀赋,加快适应新形势下的管网运营模式,发挥油气管网在“全国一张网”发展新阶段下的能源大动脉作用;未来,需要稳步推进多元介质的管网灵活输送,挖掘油气管网在综合立体交通和综合能源系统中的发展潜力。

油气管道数据集成及可视化发展现状分析

通过调研国内外油气田智能化探索过程中管道数据集成及可视化的发展现状,分析了国内油气管道数据集成及可视化面临的挑战。基于挑战和智能化管道建设需求,从发展趋势和管道业务2方面提出管道数据集成及可视化未来研究方向。发展趋势重点关注管道数据系统、业务流与工作流的一体化以及生产管理的远程、实时化等方面的建设,管道业务则从感知领域、预测领域、管控领域以及优化领域等方面开展数据集成及可视化研究工作。

基于深度学习模型的油气管道焊缝缺陷智能识别

焊接技术在油气管道连接时广泛应用,确保焊缝区域可靠是保障油气管道安全运行的关键。受工艺和技术制约,油气管道焊接过程中可能出现不同类型的焊缝缺陷。针对油气管道焊缝部分缺陷尺寸小、缺陷与背景差异性较小导致焊缝缺陷识别效果不理想、人工识别工作量大等问题,提出了基于SCT-ResNet50模型的管道焊缝缺陷智能识别新方法。首先将焊缝区域图像输入特征提取网络;然后在特征提取的浅层使用SCC(Spatial Channel Context)进行局部空间和通道信息融合,在特征提取较深的层次使用ECA-MHSA(Efficient Channel Attention-Multi-Head Self-Attention)来捕捉长程依赖和上下文信息;最后通过全连接层和Softmax得到最终的缺陷识别结果。研究结果表明:(1)该新方法在油气管道X射线图像焊缝缺陷数据集上缺陷识别准确率达到98.28%;(2)相较于ResNet50、VGG16、DenseNet121、MobileNetv3和EfficientNetv2分类方法,其准确率分别提高了3.05%、46.05%、28.99%、15.95%和18.84%;(3)在缺陷尺寸小、缺陷和背景差异较小的场景下,该新方法在油气管道焊缝缺陷识别中具有更高的准确率。结论认为,该新方法的优势在于结合SCC模块与ECA-MHSA模块学习图像的局部信息和全局信息,能较好解决油气管道焊缝缺陷分类效果不理想的问题,为保障油气管道安全运输提供了技术支撑。

考虑两层相关性的腐蚀油气管道失效概率计算方法

在腐蚀油气管道失效概率计算中,存在随机变量相关和腐蚀缺陷相关的两层相关性。针对当前腐蚀管道可靠性评价中对相关性影响的研究不足,本文提出了考虑两层相关性影响的腐蚀油气管道失效概率计算方法。该方法首先基于Copula函数对具有相关性的随机变量进行抽样,结合管道失效极限状态方程,计算单个腐蚀缺陷的失效概率。进一步采用系统可靠性理论,考虑缺陷间相关性,对含多个腐蚀缺陷的腐蚀油气管道失效概率进行计算。并以我国某条天然气管道的实际数据为例,采用拉丁超立方抽样方法研究了两层相关性以及缺陷数量对管道失效概率的影响,并基于敏感性分析,量化了随机变量相关系数和腐蚀缺陷相关系数对腐蚀油气管道失效概率的影响。结果表明,缺陷相关性对管道失效概率计算影响明显高于随机变量相关性。小孔泄漏和爆裂失效概率随着缺陷之间相关系数的增大而减小,随着缺陷数量的增加而增大。随机变量相关性对管道小孔泄漏失效概率没有影响,管道爆裂失效概率随着壁厚与管径相关系数的增大而减小,随着初始缺陷长度与深度的相关系数增大而增大。缺陷轴向与径向增长速率相关系数的增大对管道爆裂失效概率的影响具有双向性,预测周期内大约前16年随着相关系数的增大,管道爆裂失效概率增加,大约25年后随着相关系数的增大,随相关系数增大而降低。研究成果适用于分析含多个腐蚀缺陷的油气管道可靠性评价,对管道安全运行、油气资源平稳供应具有参考意义。

长输油气管道内检测技术

管道内检测技术是长输油气管道内检测最有效的方法之一,是长输油气管道缺陷检测、评估与完整性评价的重要手段。随着我国能源行业的高速发展,管道成为能源输送的最有效载体,这对管道内检测技术提出了新的挑战,应运而生多种新的检测方法与解决方案。梳理了长输油气管道内检测技术的发展过程,阐述了长输油气管道内检测技术的国内外研究现状,针对长输油气管道内检测现存在的问题,对新技术、新方法的原理、应用情况进行归纳总结,并提出管道内检测行业的未来展望。

美加油气管道安全监管法律制度考察及对中国的启示

推动能源高质量发展,保障能源安全,需要在安全监管工作上久久为功。随着中国石油天然气的储运量日益增加,油气管道行业的规模日益扩大,管道安全监管问题也日渐突出,现阶段完善中国油气管道安全监管法律制度是保障油气管道安全的必要之举。美国和加拿大的油气管道安全监管法律制度较为成熟,在对其进行考察分析后,结合实际情况提出完善中国油气管道安全监管法律制度的建议。建议增设油气管道安全监管专章,推动《石油天然气管道保护法》更名,设立专门的油气管道安全监管部门并明确该部门分工,推动完整性管理纳入《石油天然气管道保护法》,提升完整性管理标准水平,规范应急预案制度,健全应急信息化制度,以此来建立符合中国国情的油气管道安全监管制度,推动能源高质量发展。

油气管道废弃处置技术现状及问题研究

目前国内油气管道废弃处置研究处于起步阶段,还没有形成健全完备的技术体系和标准规范。文中首先简述了国内外油气管道废弃处置相关标准法规与废弃判定依据,然后分析了残留物清理和洁净度评价、管线及附件设施拆除、管道注氮、注浆、分段隔离以及废弃后的监测维护等方面的技术要点。最后结合工程实际,对管道拆除废弃、就地废弃方式及其处置技术进行了对比分析,并介绍了管道废弃处置技术的适用场合和建议做法。文中综述内容为国内废弃油气管道的安全环保、高效低成本处置提供借鉴。

基于改进遗传算法的油气管道无人机航迹规划

针对油气管道无人机巡检油气管网时出现的航迹规划问题,提出一种基于自适应种群分组的改进遗传算法。首先以完成全部管道巡检的最短飞行路径为优化目标,以无人机巡检的连续性和避开油气管网上空的禁飞区为约束条件,构建了无人机巡检油气管网的航迹规划模型;其次引入自适应种群分组策略和自适应交叉变异算子,并且针对不同种群采用相应的交叉变异方法;最后以两类油气管网为巡检对象,分别基于改进遗传算法、传统遗传算法、遗传模拟退火算法进行对比实验,仿真结果表明,改进遗传算法在求解过程和求解结果上都更优,其中在复杂度更高的环境下,相比另外两种算法平均路径长度分别减少了7.08%和2.63%,验证了所提算法的有效性和普适性。

水平非均匀场地中油气管道地震响应分析及试验

针对水平非均匀场地中埋地油气管道的地震响应,开展了埋地油气管道振动台试验和有限元模拟分析,研究了不同强度地震激励下埋地油气管道的应变和加速度响应,以及场地管周土体的加速度和位移响应规律。结果表明:研发的土箱能够满足试验的要求,试验方案合理可行;由于非均匀场地土体特性的不同,在地震激励下不同土体的动力响应不一致,进而会对管道不同区段形成不同的动力作用,加剧管道整体的动力响应;随着加载等级的提高,土体在振动过程中先是被压实,然后逐渐破坏,土体的非线性特征越来越明显,管道振动现象更为明显;相比于均匀场地条件,相同工况非均匀场地条件下的管道应变峰值和加速度峰值响应明显增大,表明非均匀场地条件下管道周围的土体破坏更为严重,管道的运动更加剧烈。建议在埋地管道抗震设计中要考虑非均匀场地条件和管周土体特性不一致对管道地震响应的增大影响。

上合组织区域内中国跨境油气管道安全保障之法律因应

俄乌冲突引发全球对跨境油气管道安全保障问题的关注。中国跨境油气管道在加强上合组织内能源联系的同时也面临潜在安全威胁。跨境油气管道的连通性、整体性特征决定了中国跨境管道安全保障是一个区域性系统性工程,依赖于每个过境国家的安全保障措施和法律保护程度。从上合组织其他八个成员国国内立法实践看,管道安全在各国法律体系中的地位有重大差别,所采取的保护方式也存在显著不同。我国应借鉴哈萨克斯坦“一基两专”的综合保障模式,参考俄罗斯的具体制度安排,加强油气管道信息系统安全保障立法和刑法保护,并推动上合组织各成员国协调相关制度,建构上合组织内跨境油气管道安全保障联动机制,在维护中国能源安全的同时,助益世界能源新秩序形成。

油气管道事故致因和监测模拟研究现状与展望

随着国家经济与民生工程的高质量发展,石油与天然气成为我国经济、政治、军事安全的重要的战略储备资源,是全面发展和建设现代化的基础和动力。其中以输送石油和天然气为重任的油气管道更是被誉为国家能源发展的大动脉。由于油气产品易燃、易爆,油气管道运营过程中存在风险较高,且基础设施关键零部件较多、系统复杂,国内外油气管道失效事故也屡有发生,我国在油气管道防控方面的研究仍缺乏系统性。因此,笔者系统梳理了国内外事故致因理论、泄漏监测技术和数值模拟研究的发展趋势,在此基础上构建系统事故致因分析模型和全生命周期检测模拟所面临的挑战,为完善我国油气管道运营安全提供参考。

油气管道事故原因分类模型及其社会网络分析

为提高油气管道事故预防策略的有效性,首先,基于系统理论事故建模与过程(STAMP)模型及人为因素分析与分类系统(HFACS)模型,建立油气管道事故预防控制结构,分析国内外35起油气管道事故原因,并依据扎根理论对分析结果进行统计编码,得出油气管道事故原因分类模型;其次,应用社会网络分析法构建油气管道事故原因关系网络,通过核心—边缘分析、中心性分析和关联方向指数分析,识别油气管道事故原因中核心及具有高关联性和强影响力因素。研究结果表明:油气管道事故原因分类模型包含6个层次:政府及监管部门因素、第三方因素、运营商组织因素、运营商不安全监督、现场人员不安全行为的前提条件、现场人员的不安全行为,并可将其细分为22个最底层原因因素。其中,政府及监管部门因素、运营商组织因素、运营商不安全监督和第三方因素均为核心因素;制度缺陷、监督不充分、运行计划不当、第三方破坏行为、管材与焊缝缺陷、施工/维修/配件问题、技能失误均为具有高关联性和强影响力因素。

油气管道用管件制造存在问题浅析及改进措施

管道在长期的运行中会受到地理、环境以及运输物质等因素的影响,出现不同程度的损坏。而管道上存在不同的缺陷性问题,会影响整个管线的结构,导致安全隐患问题。通过分析油气管道用管件应用现状,了解失效的实际状况,发现主要失效原因就是钢管、弯管关键材料缺陷、生产工艺以及理化性能等因素的影响。在出现失效问题时则会发生泄漏、管线输送中断等事故,严重时甚至会导致爆炸以及火灾等,对环境以及人员安全造成严重影响。分析油气管道用管件制造存在问题,了解主要成因,有利于提高油气管道用管件制造质量,降低出现安全隐患的概率。

含硫介质中油气管道用X80钢的腐蚀行为及机理

在动态非含硫腐蚀环境以及动态含硫腐蚀环境中对油气管道用X80钢进行腐蚀试验,对腐蚀产物的宏观形貌及微观形貌、腐蚀产物成分进行了分析,并采用电化学测试方法对X80钢的腐蚀过程及机理进行了研究。结果表明:在非含硫环境中X80钢的腐蚀产物与基体结合更加紧密,能够对基体起到一定保护作用;而在含硫环境中,X80钢表面生成的FeS沉淀结构疏松,为离子提供了快速通道,加速了钢的腐蚀。

油气管道安全卫星通信监测系统的构建与应用

随着全球能源需求的持续增长和能源结构的不断优化,油气资源在现代工业和社会发展中扮演着重要的角色。油气管道作为连接油气田与市场、实现能源高效传输的重要通道,其安全运营不仅关乎着国家能源战略的顺利实施,还直接关系到经济社会的稳定与发展。在智能化时代的背景下,智能油气管线建设已成为行业的大势所趋,而卫星通信则成为智能油气管线建设的重要技术支撑。然而,油气管道在运营过程中面临着诸多挑战和潜在风险。一方面,油气管道通常穿越复杂的地质环境和人口稠密的地区,地质灾害、人为破坏等因素都可能对管道安全构成威胁;另一方面,油气管道自身的设计、施工、运维等环节也可能存在缺陷或不足,增加了事故发生的概率。因此,加强油气管道安全生产工作,提高管道的安全性和可靠性,成为当前的重要课题。这不仅需要政府、企业和社会各界的共同努力,也需不断借鉴国际先进经验,创新检测模式,提升技术水平,确保油气管道的安全运营。

油气管道非饱和磁化应力检测技术研究

应力集中是在役油气管道损伤、失效的重要原因,为能源的输送安全埋下巨大隐患。为此,提出一种非饱和磁化管道应力检测新方法,分析了非饱和磁化油气管道应力检测机理,推导获得了应力检测等效磁路模型,利用有限元方法探究了屏蔽层对应力响应信号的影响规律,对X52管道钢试件在0~140 MPa范围内进行拉伸应力检测试验,验证了非饱和磁化检测探头对试件应力状态的感知能力。研究结果表明:随磁屏蔽层长度增加,信号畸变度持续增加,但梯度值减小;随磁屏蔽层厚度增加,信号畸变度先增加后减小;拉伸应力与响应信号呈现负相关的线性变化趋势。研制的检测探头对应力状态感知的灵敏度达到18.48 mV/MPa。研究成果可为管道应力集中在线检测探头及装备研制提供参考。

油气管道变形检测研究的知识图谱可视化分析

油气管道变形检测是保障管道安全运输的有效手段,同时也是管道完整性评价的重要环节。在此以CNKI 977篇及Web of Science 3 405篇文献为数据源,基于CiteSpace可视化分析软件,构建“油气管道变形检测”研究知识图谱,对比分析国内外在油气管道变形检测领域研究的演进历程、研究特征及热点议题。结果表明:管道变形检测领域研究经历了早期探索期、快速上升期及持续发展期三个阶段;各国对于管道变形检测的研究与全球管道建设发展态势呈正相关,极具能源需求地区或具有能源储量优势的国家(如美国、中国、日本、英国)在本国雄厚资源的助力下,管道建设与学术成果相辅相成;国内高校和科研院所是管道变形检测领域的主要研究阵地,且石油石化类龙头企业占有领军地位;国内已形成核心作者群体且有以学科带头人为核心的稳定合作关系;而国外还未形成核心作者群体,小团队作者之间合作密切但分布格局较为零散;管道变形特征分析和管道变形探测方法是该领域的研究热点;“油气管道测径清管”“模型”“预测”是该领域的前沿主题。

油气管道漏磁数据处理和缺陷识别量化方法的研究进展

漏磁法是最稳定的无损在线检测技术之一,用于评估油气管道的健康状况。从通道基线校正、异常值判别、数据缺口的恢复和滤波四个方面阐述了漏磁数据预处理的方法和步骤;结合漏磁数据缺陷的峰谷值等显性特征,总结了不同特征提取方法下缺陷信号的本质特征;介绍了基于支持向量机、神经网络、图像处理和形态学等方法构建缺陷反演模型。最后,从数据预处理和缺陷识别量化两方面展望了漏磁信号处理未来的研究方向。

油气管道横穿滑坡模型试验研究

滑坡是造成长输埋地油气管道破坏的主要地质灾害之一。本文以浅层土质、横向滑坡为主要研究对象,开展大尺寸小管径足尺模型试验,通过模型箱加载装置控制斜坡坡度和位移,对油气管道横穿滑坡时管道的受力响应规律和变形破坏特征进行研究。研究结果表明:当斜坡坡度大于20°时,管道应变增幅变大;管道跨中发生局部屈曲,整体呈梁式对称弯曲破坏形式,试验极限压应变值与DNV(挪威船级社)规范和国内规范计算值基本一致;管道处于弹性和弹塑性阶段时,管道轴向应变的试验值与数值模拟(PSI模型和实体单元模型)结果基本一致,管道屈曲破坏时试验值显著大于数值模拟结果。本研究对于山区油气管道敷设和滑坡防治具有重要的指导意义。