GIS测绘系统在油气管道安全运行中的应用.pdf

2 01 2 拒 第 1 期 管 道 扶 木 Pi pe l i n e Te c hn i q u e 设 各 Eq u i p me n t 2 01 2 No ． 1 GI S测绘系统在油气管道安全运行 中的应用 李平 ， 孙文成 1 ． 中国石化管道储运分公司管道处， 江苏徐州2 2 1 0 0 8 ； 2 ． 中石化管道储运分公司鲁宁输油处临邑输油站 ， 山东德州2 5 1 5 0 0 摘要 油气管道是连接 油田 、 炼厂上下游的重要部分， 油气的安全输送是保证油气产量的关键 。油 气管道运行时的内外部 因素给管道安全带来 隐患， 在油气管道安全运行 中引入 G I S测绘 系统， 采集油 气管道安全管理相关数据， 并对数据进行分析和处理， 为管道安全运行提供了决策依据， 有效地消除了 管道运 行安 全 隐 患。 关键词 G I S测绘 系统 ； 油气管道 ； 安全运行 中图分类号 T E 8 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 2 O l一 0 0 5 5 0 3 Ap pl i c a t i o n o f t he GI S M a p pi n g S y s t e m t o t h e S a f e t y Op e r a t i o n o f Oi l a nd Ga s Pi p e l i n e s L I Pi n g ， SUN W e n c h e n g 1 ． P i p e l i n e Ma n a g e me n t De p a r t me n t o f Pip e l i n e S t o r a g e T r a n s p o r t a t i o n B r a n c h C o r p o r a t i o n， S i n o p e c ， Xu z h o u 2 2 1 0 0 8， Ch i n a； 2 ． Li n y i T r a n s p o r t a t i o n S t a t i o n o f Pip e l i n e S t o r a g e Tr a n s p o r t a ti o n B r a n c h C o r p o r a t i o n ， S i n o p e c ， De z h o u 2 5 1 5 0 0， C h i n a Ab s t r a c t Oi l a n d g a s p i p e l i n e s a r e t h e i mp o r t a n t p a rt s c o n n e c t i n g t h e o i l p rod u c i n g a r e a s w i t h t h e r e fi n e d o i l f a c t o r i e s a n d t h e k e y t o e n s u rin g o i l a n d g a s p r o d u c t i o n i s t h e s a f e t y t r a n s p o r t a t i o n o f p i p e l i n e ． Du e t o i n t e r n a l a n d e x t e rna l f a c t o r s ， a l o t o f p o t e n t i a l d a n g e mi g h t o c c u r ． B y i n t r o d u c i n g t h e G I S ma p p i n g s y s t e m t o t h e o i l a n d g a s s afe t y ma n a g e me n t b a s e d o n t e c h n i c a l i n n o v a t i o n s ， t h e p a p e r c o l l e c t s ma n y i mp o r t an t d a t a a b o u t t h e p i p e l i n e s s afe t y ma n a g e me n t ， a n d an a l y z e s a n d d e a l s w i t h t h e d a t a c o l l e c t e d， t h u s p r o v i d i n g a f o u n d a t i o n f o r p o l i c y d e c i s i o n， e o n t ml i n g t h e h i d d e n d a n g e r o f p i p e l i n e s a f e t y o p e r a t i o n ． Ke y wor d s GI S ma p pi ng s y s t e m ； o i l a n d g a s pi pe l i ne； s afe t y o p e r a t i o n 0 引言 随着石油天然气行业 的快速发展 ， 输送石油天然 气的各种油气管道也迅速建设起来 ， 敷设在地下的各 类管网纵横交错 ， 很多 的管线 已运行 3 O年 以上 ， 地 下 管线的各种 资料渐渐模糊或缺失 。由于 内外部 因素 的原 因导致 管道出现问题 和隐患 ， 如不能及 时处理 ， 会给管道运行安全带来很大损失 ， 同时会造成环境的 污染。因此 ， 引进 G I S测绘技术 ， 建立科学 、 准确 、 完整 的油气管道系统是非常必要 的， 便 于实现管道 日常生 产的互动化管理， 为处理油气管道有关问题提供决策 依据 。 1 GI S测绘系统在管道安全管理的技术创新 1 ． 1 管道 GI S系统基本构架 G I S测绘 系统包括基 础平 台、 数据 核心 、 技术应 基金项 目 中国石化管道厅局级科技重点基金项 目 2 0 1 0 0 8 2 3 收稿 日期 2 0 1 1一o 7 0 1 收修改稿 日期 2 0 1 10 81 5 用。基础平台基于通用的地理信息系统， 构建安全、 稳定、 可靠的系统； 数据核心以地形图、 管道的空间数 据和属性 数据 为数据核 心 ； 技术应 用利 用计算 机技 术 、 地理信 息技术 、 数据库和 图像处理等技术进行有 机 的整合 ， 实现管道管理数据快速检索查询 、 分析统 计， 为输油管道工作的日常管理、 施工维护、 设计规划 决策提供可靠依据的地理信息系统输油管道管 理信息系统 。 1 ． 2 管道 GI S测绘技术的功能 G I S技术可以实现管网图形数据和属性数据的计 算机录入、 编辑； 对管线及各种设施进行属性查询， 空 间定位以及定性或定量的统计、 分析； 对各类图形 包 括管线 的横断面图和纵断面图 及统计分析报表显示 和输出， 对输油管道各类属性信息 如维修、 跨越、 占 压、 管径、 埋深等 进行具体描述。通过 G I S的集成 ， 使得管网图形库、 属性数据库及外部数据库融为一 5 6 P i p e l i n e T e c h n i q u e a n d E q u i p me n t J a n ． 2 0 1 2 体 ， 为 日后管 网的优化调度 奠定 良好 的基础 ， 从而大 大提高了管网管理工作的效率和质量 J 。 1 ． 3 管道 GI S测绘在勘察设计 、 施工和安全运行的 创新方向 由于 G I s 技术的引入、 对外技术交流的广泛深入 和涉外管道工程的建设 ， 尤其是高新技术 的发展和 中 国管道建设的发展 ， 利用管道 G I S测绘对长输管道的 工程勘察 设计 、 施工 和安全 运行也 提 出了更高 的要 求 ， 尤其是 G I S系统包括的激光扫描测绘技术 、 数字摄 影测量技术 、 水下测量技术等方面 的发展为长输管道 工程勘察设计 、 施工和运行管理带来深刻的影响。 1 ． 3 ． 1 三 维激光扫 描 测绘技 术 三维激光扫描钡 0 绘 系统具有扫描速度快 、 实时性 强、 精度高、 全数字特征的特点， 可以降低成本， 节省 工作时间， 使用方便 ， 它的输 出可以和 C A D等多种工 具软件转换 。该系统 由激光测距仪和 G P S组合而成 ， 主要由激光扫描系统、 导航仪、 数字 G P S 接收设备构 成 。系统数据的处理过程包括数据采集汇总 、 数据初 步预处理 、 几何数字建模和可视化模 型查看。三维激 光扫描测绘系统的测量分辨率可达平面坐标 1 ． 0 m， 高程坐标0 ． 1 m， 能满足大比例尺测绘图纸和高精度 D T M的要求。 1 ． 3 ． 2 数字摄影测量技术 在测量管道工程地形地貌时 ， 常会遇到油气管道 的测绘面积大或测量现场较难进 入的情况 ， 因而引入 数字摄影测量技术十分必要 ， 采用航空测量和地面测 量相结合的方式比较适合 。航空摄影测量过程 中， 自 动记 录数据并处理 ， 接着调用 相关数据库 ， 插入精 确 位置 ， 以减少不 明控制点的数量。 1 ． 3 ． 3水底 G I S测 绘技 术 在工程设计前或管道运行过程中， 对水底 的已知 或未知管道测量 ， 常需要i 贝 0 绘油气管道穿越水下的地 质 、 河道及油库码头的水底地形情况 ， 因而水底 G I S测 绘技术得到了快 速发展， 实现了航空测绘 、 地面测绘 到水底 G I S测绘技术的统一结合 。该系统主要由 G P S 接收机、 水深探测仪、 测绘绘图设备和通讯系统装备 等组成 ， 平面测绘精度取决于 G P S的测绘方式 和接收 机的性能， 高程精度则与水深探测仪的精度有关， 这 些测绘系统在许 多大比例尺水底测绘测量实践 中得 到有效应用， 甬沪宁原油管道、 仪长线原油管道等水 下或长江穿越段水下地 形图就利用 了这样的测绘系 统 。 2 管道 GI S测绘技术创新功能的应用 2 ． 1 管道要素信息查询 采用管道测绘技术 ， 可 以实现管道 三桩的查询 ， 弯头、 固定墩等信息的查询， 管道穿跨越 河流、 铁路、 高速等 及管道抢维修等信息的查询， 掌握基本情况。 2 ． 2 管道流向分析 可以显示石油天然气的流向， 包括单管流向和多 管流向， 还可 以设置管 道 的流 向和计 算生产 调度 参 数E 3 ] 。 2 ． 3 管道关键部位的 GP S坐标定位 为了确定管道关键部位准确的经纬度位置， 便于 在管道安全管理时及时定位， 使用 l台 G P S 接收机为 基准站， 其余接收机为流动站， 基准站与流动站的接 收机实现同步观测。根据基准站 的已知坐标 即可求 出定位结果的坐标改正数或距离观测值 的改正数 ， 通 过实时通讯将这些改正数传送给流动站接收机， 对流 动站接收机的定位结果或距离改正值进行校正 ， 提 高 定位精度和可靠性。在广奇线原油管道 G P S测绘所 得成果坐标系 ， 采用 1 9 8 0西安坐标系 ， 采用 3 。 分带 ， 高斯投影。G P S测量参照技术标准见表 1 。 表 1 G P S测量参 照技 术标 准 级 卫星高 度 有效观测 时段内 任一卫星 有效 观测时 观测时间 数据采样 卫星观测 别 角／ 。 卫星总 数 lhq ／ m in 段数 ／ m i n 间隔 ／ s 值象限分布 ≥1 0 ≥1 5 ≥l 5 ≥l 5 ≥1 5 ≥l 2 ／9 ≥6 ≥4 ≥3 i8 ≥l 8 0 1 5 6 o ／6 ≥l 2 0 1 5 6 0 ／2 ／9 0 1 5 6 0 ≥2 ≥6 0 1 5 6 o ／2 ≥6 0 1 5 6 0 2 ． 4 事故应急预案处理 油气管道事故应急处理工具 可以对 内外部原 因 导致的管道泄漏进行分析 ， 从而确定合适 的应急处理 预案， 确定哪段管线和站场需要停输处理。 2 ． 5 为管道勘察设计、 施工一体化提供基础数据 根据管道现场资料 、 三维坐标 ， 自动生成 的地 下 管道横断面 、 纵剖 面、 三维立体 图， 为管道维护 、 规划 设计提供准确依据 。 2 ． 6 管线走向位置确定 ， 为规划部 门提供依据 管道管理单位根据 G I S测绘系统所得管道准确信 息位置图， 报送相应的部门备案， 在油气管道新建、 改 建 、 扩建时 ， 由相关部 门根据掌握 的管道情况和建设 单位申请管道的走向、 管线工程施工图等来确认管线 是否符合规划要求 。 3 结束语 通过 G I S 测绘系统在管道安全运行 中的技术创新 ％ m加％％ 土 Ⅺ 加∞ 第 1期 李平等 G I S测绘 系统在油气管道安全运行 中的应用 5 7 与应用 ， 可 以发现 G I S技术具有实用性强、 操作简单 、 可靠 性高等优点 ， 同时它具有管理科学化 、 基础资料 数字化、 数据更新 自动化、 决策支持智能化、 事故处理 及时化 、 设计与施工一体化、 运行管理安全化等优 势 ， 可 以准确 、 快速 、 安全地对油气管道沿线情况进行交 互式数据管理 J 。使用 G I S测绘技术， 实现了把管道 及其 附属设施 、 周边环境 、 地质情况 、 技术 、 文 化等诸 多信息综合直观地反映在三维地理坐标图上， 达到了 图像信息与数字信息的有机结合， 能够及时准确地对 管道沿线数据点进行确认 。一旦发生损 害管道 的 问 题 ， 可 以及时准确定位事故点 的地理位置 、 油气泄漏 量和事故发生后管道相关 的技术参数 ， 从而制定相应 的救援方案 ， 实施紧急救援 j 。 在油气管道安全运行中创新使用 G I S测绘技术 ， 不 仅提高了效率， 而且节约资源， 保证了管道安全运行。 参考文献 [ 1 ] 贾庆雷， 王强， 万庆， 等． 长输管道完整性管理 G I S 数据模 型研究． 地球信息科学， 2 0 0 8 ， 1 0 5 5 9 3 5 9 8 ． [ 2 ] 王双， 万庆． 基于 X M L的 A P D M管道数据模型的定制、 扩 展与实现． 地球信息科学学报， 2 0 0 9 ， 1 1 1 3 0 3 5 ． [ 3 ] 马立平 ， 李允． 基于 G I S和 S C A D A技术的油气储运生产 调度系统． 管道技术与设备， 2 0 0 7 3 1 01 2 ； 1 4 ． [ 4 ] 靳辛， 陈玲 ， 谭宁． 强化管理、 技术创新双管齐下创建节约 型油田企业． 中国石化， 2 0 0 7 1 0 1 61 8 ． [ 5 ] Y u m i n g y a n g ， Z h a n g z i m i n ． D e s i g n a n d I m p l e m e n t a t i o n o f C h i n e s e T r a d i t i o n a l V i l l a g e Ma n a g e me n t S y s t e m Ba s e d o n G I S ． A g r i c u l t u r a l S c i e n c e＆ T e c h n o l o g y ， 2 0 1 1 ， 1 2 1 1 5 4 1 5 6． 作者简介 李平 1 9 7 4 一 ， 硕士， 工程师， 注册一级建造师、 注册 招标师、 注册监理工程师， 从事石油石化管道技术 、 安全、 工程管理方面的研究工作。 上接第 4 3页 6 ． 7 MP a压力线 、 露点曲线所围成的阴 影部分为 H Y S Y S计算出产生液态组分的区域， 理论 上这个压缩过程将产生一定量的液态烃 。 3 ． 4 密封面失效原 因分析 根据以上分析 ， 可 以得 出以下结论 1 气阀工作环境为湿硫化氢环境 。工艺气 中含 有的 H S 、 C O 、 水等， 造成密封面腐蚀磨损。 2 工艺气带液 ， 其 中的凝液 以及在压缩过程 中 重组分析 出的液态烃 ， 与工艺气中的机械杂质混合在 气阀表面， 形成黏度较大的油泥 。 3 工艺气 中的液态成分与机械杂质混合在气阀 表面 ， 在气流脉动作用下冲蚀密封面。 4 气阀的弹 簧失效造成气 阀阀片对密封面脉动 冲击 、 气流偏流引起对密封面的冲刷 。 5 工艺气 中的杂质颗粒 、 注入气缸 的润滑 油以 及烃类等在高温下分解 ， 形成气阀积碳 。 以上主要因素直接导致了气 阀密封面的失效。 4 工艺参数调整 根据以上分析 ， 应主要考虑从 以下工艺的角度采 取相应 的措施来减缓气 阀密封面失效速度 ， 延长气 阀 的使用寿命。 1 严格控制 三相分离器、 低压分离器和级 间分 离器的温度 、 压力 、 液位 ， 及时调整分离效果 ， 可 以减 少气体 中的液态成分 ， 有效减少油泥。 2 及时调整二三级压缩气 体入 口温度 ， 确保冷 却效果， 尤其是压缩缸温度， 不能过高也不能过低， 过 低会造成重组分析液和积碳 ， 过高会造成排温高 。 3 在低压分离器出口机械过滤器后 串接一个膜 分离器 ， 分离压 缩气体中液滴 和固体颗粒杂 质 ， 以减 少油泥和积碳。 4 对压缩机各级进排气缓冲罐 自动排液控制系 统及内件进行论证和改造 ， 提升缓 冲罐排液速度和液 体 的收集能力。 通过实时合理调整运行工艺参数 ， 该处理站在压 缩机大修时检查气阀密封面无异常。 5 结束语 根据不 同的工况选择更合适 的气 阀， 也是延缓气 阀密封面失效的重要途径， 可以考虑使用菌状阀。菌 状 阀具有 阀片多通道 、 阻力 系数小 于环状 阀、 密封性 好 、 抗冲击能力强、 抗硫密封面以及独立 阀芯结构 、 检 修成本低等特点 。 根据工艺气组分的分析结果， 对照故障特征， 及时调 整工艺参数， 同时加强设备的维检力度， 可以有效延长气 阀的使用寿命， 最终提高企业生产的经济效益。 参考文献 [ 1 ] 张来斌 ， 王朝晖． 机械设备故障诊断技术及方法． 北京 石 油工业出版社 ， 2 0 0 0 1 2 ． [ 2 ] 吴广宇 ， 郝点， 石磊， 等． 往复压缩机气阀的振动测试分 析． 压缩机技术， 2 0 0 7 5 3 5 3 7 ． [ 3 ] 郭林平． 空压机气 阀故障及其预防． 贵州化工， 2 0 0 4 ， 2 9 4 4 1 4 2 ． 作者简介 余国健 1 9 8 2 一 ， 硕士， 从事管道维抢修技术管理工 作 。