1、1气电集团天然气管网数字化技术研究与应用摘 要：随着“数字地球“这一概念的引入，数字化管道已成为管道建设、施工和运营中的一个新理念。为了满足各项目公司建设数字化管道的生产需求和生产运营管理的实际需要，结合目前国内外管道数字化的发展现状，气电集团开展了天然气管网数字化技术研究与推广应用。研究结合气电集团实际情况，确定了管道数据模型，制定了气电集团管网数字化建设的标准与指南。以一个已建项目和一个新建项目作为依托，开展了示范工程的实践和成果推广，检验和完善了数字化建设的标准与指南。在天然气管网数字化技术研究基础上发布的企业标准已经应用到气电集团的各个项目公司，并且效果良好，有效地指导和规范了管道数字
2、化项目的建设。天然气管网数字化技术研究与应用有助于规范气电集团各项目的数字化建设，提高天然气管网项目的建设和运营管理水平。 关键词：天然气 管网 数字化 技术 研究 应用 一、背景概述 数字管道1 （或者数字化管道，Digital Pipeline）的核心思想是用数字化手段整体性地解决管道设计、建设、运营中的问题并最大限度地利用信息资源为管道生命期服务。数字管道就是信息化的管道，它包括全部管道以及周边地区资料的数字化、网络化、智能化和可视化的2过程。 在欧美发达国家，数字管道已经得到了广泛的实际应用。例如，美国交通运输部管道安全局建立了“全国管道制图系统 NPMS”，包含全美所有油气长输管道与
3、 LNG 设施的位置和属性数据，以及人口、地质灾害、高危区、水文、交通网络等相关数据。此外，联盟管道、德国 Ruhr、意大利 SNAM、荷兰 GasUnie、美国 El Paso 等大型专业管道公司纷纷在其管道建设、运营中大量运用数字管道技术。 国内从冀宁联络线开始正式提出建设“数字管道”2，随后陕京线/陕京二线（中石油） 、西部原油成品油管道（中石油） 、港枣线（中石油）、气电集团大鹏 LNG（中海油）等都开展了数字管道的研究与实践，取得了一定的成果和经验3。 气电集团拥有运行、在建和规划的 LNG 接收站和管道项目十余个，众多项目公司出于对管网、LNG 接收站等的安全性、可靠性及生产运营管
4、理的实际需要，纷纷提出建设数字化管道的生产需求，这同时也是 SY/T-6621 输气管道系统完整性管理中的明确要求。但是，气电集团并没有一套统一的数字化管道建设标准和规范，为了在集团范围内建立统一的数字化标准和建设指南，以期加强协调指导，提高各项目实施数字化的效率和效益，为安全、环保、可持续运营的目标提供有力的技术支持，经过论证，气电集团 2008 年向中国海洋石油总公司申请立项，开展“天然气管网及 LNG 接收站系统数字化技术应用研究”课题，得到了总公司的批准。 本文将主要讨论天然气管网数字化技术研究及应用。 3二、研究内容及成果 1.研究内容 天然气管网数字化技术研究内容4分为如下五个方面
5、： 1.1 管道系统数字化技术研究、应用系统与接口研究； 1.2 已建和新建项目数字化实施方案研究； 1.3 管网数字化建设技术规范、建设指南的研究与编制； 1.4 示范工程建设； 1.5 实施风险评估及应急措施。 管道系统数字化技术研究主要包括：空间数据采集技术、地理数据坐标系的处理技术、数据质量控制技术、长输管道数据模型研究、管线探测技术、管道测量技术、GIS 与 SCADA 集成、GIS 平台选型。 应用系统与接口研究主要包括：APDM 模型建库方案、天然气管道GIS 系统设计方案、施工数据采集管理系统设计方案、线路巡检系统设计方案、GIS 与 EDMS 系统接口方案、GIS 与 EAM
6、 系统接口方案、GIS 与SCADA 系统接口方案。 总体的技术研究对数字化的技术体系提出框架性的方案，在此基础上确立数字化的标准范围，特别是关于数据、应用系统、组织实施等方面的标准，并编制相应的数字化建设技术规范、建设指南、总体实施方案和风险及应对方案，并依据总体实施方案开展示范工程建设，通过示范工程建设对建设标准、指南和实施方案等不断修改、完善。 2.研究成果 经过研究共编制完成 32 份研究报告；1 套“天然气管网系统数字化4技术规范”标准；1 套“天然气管网及液化天然气（LNG）接收站系统数字化建设指南” ；完成两个示范工程建设和一项发明专利。研究成果具有以下先进性和创新性： 2.1
7、研究领域和研究思路的创新：不但对“数字管道”领域进行了系统、全面的研究，还将研究领域扩展到 LNG 接收站领域，研究编制的 LNG接收站数字化建设的标准和指南，在国内处于领先水平。 2.2 标准编制路线的创新：在进行基础研究的同时，将研究成果上升为企业标准天然气管网系统数字化技术规范并发布，用于指导气电集团天然气管网系统数字化建设，此天然气管网技术规范在国内属于首创。此标准应用到了中山示范工程的数字化建设，通过示范工程发现标准中存在的问题，进行修订和完善，使标准更具实用性。 2.3 数据采集方法和技术以及系统软件的应用功能创新：对数字管道所涉及的多种数据从采集范围、采集方法、质量要求，处理过程
8、等方面分别做了详细规定；对数字管道中的必要应用系统，从系统结构、系统要求的软硬件配置、系统的功能要求等方面对不同的应用系统，详细设计了各自的功能。 2.4 已建与新建管道实施方案的创新：已建和新建管道实施数字化建设最主要的区别是施工期的数据采集，尤其是隐蔽项的数字采集工作。针对管道建设的实际情况，研究对新建管道和已建管道分别设计了数字化实施方案，可操作性强。 三、应用实践及效果 1.示范工程的最佳实践 5管网数字化的技术标准编制完成后，结合一个已建项目和一个新建项目作为应用实践的依托，开展示范工程建设，以检验和完善数字化建设的总体实施方案和标准。 2008 年 6 月中旬，实地调研了中山、珠海
9、、深圳多个管道项目，经过对项目规模、现有技术条件和对 GIS 的认识等方面综合对比分析，初步选定中海中山天然气公司（以下简称“中山天然气” ）作为应用实践的试点单位来进行示范工程。 中山天然气已建成一条 17.3km 的试验管道，于 2007 年开始正式投产。另外要新建一条管道，长 48km，口径为 508mm，于 2008 年 10 月开始施工。根据天然气管网及 LNG 接收站系统数字化技术应用研究建立的“标准体系”的要求以及“建设指南”的方法和步骤，进行中山新建管道和已建管道各 3 公里的管道和站场完整性数据采集与建库，并以数据库为基础进行应用系统的建设。 示范工程主要开展了以下工作内容：
10、 建设管道完整性数据库； 开发、部署管道 GIS 系统； 站场及站场外三维模型； 实现 GIS 与管网监控平台的集成。 1.1 管道完整性数据库 1.1.1APDM 模型 管道设施数据建模是数据库和应用的基础，模型的好坏会影响到系统性能效率、功能的实现方式、应用的通用性、数据库的移植和交换等。6数据模型应满足三方面的要求：能比较真实地模拟现实世界；容易理解；便于在计算机上实现。国际上现有的管道数据模型主要有两种：管线开放数据标准（PODS）与 ArcGIS 管道数据模型（APDM） 。由于 PODS 推出的时间较长，又是源自 ISAT 模型，因此在国外的应用案例比较多5。在实际管道工程中，需要根据数据、GIS 平台等情况来选择管道数据模型。但由于 APDM 与 GIS 的结合更加紧密一些，根据国内应用的特点，采用APDM 模型的项目多于 PODS。在国内模型实施与 GIS 建设往往是作为一个项目来实施的，因此必须要考虑模型的与 GIS 的集成（也就是模型的空间化） 。PODS 模型是一个纯粹的关系型模型，不包括任何空间数据及其关系，因此在部署模型的时候，必须要考虑模型的空间化。而 APDM 模型本身提供了与 GIS 集成的方法。在认真、全面对比研究这两种模型6之后，采用了 APDM 模型。
