数字化管道课件.ppt

1、河北省天然气有限责任公司数字化管道建设方案数字化管道建设实施步骤n2008年年：1.城市管网SCADA系统建设方案论证,调研学习:3万元 2、长输管道完整性管理信息系统培训,APDM系统培训,基础资料收集整理:15万元n2009年年:1.启动沙河城市管网SCADA系统建设. 2.逐步实施长输管道完整性管理信息系统. a.将阀室远控系统线路及站场巡更系统大客户远传系统集成到 长输管线SCADA系 统中,并统一用户操作界面. b.建立公司统一的SCADA系统,集成长输管线与城市管网SCADA系统.n2010年年: 继续完成长输管道完整性管理信息系统继续完成长输管道完整性管理信息系统. 1.若公司其

2、它分公司工业用户达到15个以上,管网40公里以上,考虑 建立SCADA系统. 2.若公司输气量达到67亿标方,考虑建立离线仿真系统,以后根据气量增长及实际运行使用情况决定是否升级为在线仿真系统.城市管网SCADA系统建设方案n系统是以计算机为核心构成的三级式分布式控制系统。调度控制中心为系统控制管理级，负责数据的处理和监控;门站区域控制站(SCS)，中中压调压站为第二级;分布于管网的RTU系统过程控制级，负责现场数据采集和设备控制为第三级。三级系统通过有线网络和无线网络有机的结合在一起构成一个完整的数据采集和监控（SCADA）系统。SCADA系统的任务是保证燃气管网安全、可靠、平稳、高效、经济

3、地运行。城市管网SCADA系统建设方案n调度控制中心（DCC）、采用冗余的100Mbps 交换式以太网网络。网络基于客户机/服务机模式构建，网络通讯协议为TCP/IP，通讯介质为5类双绞线。系统的各项任务按功能划分分别运行在网络中不同的服务器中（实时数据服务器、历史数据服务器、电子流量管理服务器、管网模拟仿真服务器、WEB服务器等），并对重要的功能服务器采用冗余配置，其它客户机（操作员工作站、工程师工作站、培训工作站、远程访问工作站等）通过网络共亨服务器资源。基于这种框架的系统网络可合理利用网络资源，减轻了单台服务器的工作和通讯负荷，同时也可避免由于单台服务器的故障而导致的系统瘫痪问题，保证系

4、统上层网络高速稳定运行。 城市管网SCADA系统建设方案n系统采用以调度控制中心为集中监视和控制管网运行。调度控制中心与门站 (SCS)，中中压调压站之间通讯主信道采用DDN专线接入方式，同时利用现今流行的无线网络技术，借助无线网桥将两中心网络对接构成符合IEC802.11b标准的高速无线备用通讯网络。n门站，中中压调压站为SCADA系统的远程监控站，接受中心下达的指令和向中心传递信息；同时它也是一个相对独立的控制站，在各关键工艺配置有本地监控系统或显示终端，具有就地控制功能。n门站区域控制站，中中压调压站通过GPRS与各自附近的RTU站连接构成无线或有线网络。采集各RTU站的信号与控制。n工

5、业用户及中低压调压站通过GPRS通讯方式传送到门站.n在管网线路上选择40个关健点将压力温度数据传输到门站. nGPS卫星授时装置nSCADA系统的时间同步，对于保证系统信息的一致性、操作的正常顺序、故障（SOE）的正确识别及处理有着重要的意义，因此在系统中配置一台GPS卫星授时装置，采用卫星时间同步技术，保持系统时间与北京时间的一致。我们将主SCADA服务器中兼作GPS服务器，卫星授时装置通过串行口连接在此服务器上。GPS系统接收卫星上的标准时间后再通过网络为所有需要同步时间的设备提供准确的时间信息。城市管网SCADA系统建设方案n工业电视监控系统n控制中心经过高速通讯网络直接读取各站的硬盘

6、录像系统数据,对网络上的其他主机画面进行调用、传输；对云台、镜头进行控制，预置位进行设置、调用；对系统进行设置；对报警进行处理。 城市管网SCADA系统建设方案报警打印机 工程师站SCADA系统服务器（主）图象工作站SCADA系统服务器（备）投影仪交换机（主）交换机（备）控制中心站控系统用户终端站控操作站DDN（主通道）工业用户中/低压调压站1#中/低压调压站n #大用户门站站控及电视监控系统流量计算机现场I/O设备HUB路由器高/中压调压站站控及电视监控系统网络服务器路由器LAN/WANWEB浏览可扩展应用通讯前置机GPRS/GSM（备用通道）GPRS/GSMGPRS/GSM站控操作站流量计

7、算机现场I/O设备HUB路由器 操作员站网络打印机 操作员站管道完整性管理信息系统n一个完整的、典型的管道完整性管理信息系统包括SCADA系统、管网模拟/仿真系统、地理信息系统（GIS）、办公自动化系统（OA）、客户管理系统（CIS）等。所有的信息通过计算机网络平台和数据库技术有机结合在一起。通过将各种信息的集成，管道完整性管理信息系统才能为企业的提供更深层次的信息化应用。为达到这个目标，必然要求它必须要有良好的衔接性能和提供多种标准的接口，以便于其它子系统密切配合，为信息管理系统服务。 管道完整性管理信息系统 构建以管道本体、线路周边、站场设备以及阀室设备为主体的面向管道完整性管理服务的统一

8、数据中心，该数据中心包含管道沿线各比例尺基础地理数据、特征数据（含地震断裂带数据、人口数据、气象数据、洪水区数据、土壤数据等多种类型）、检测数据（含内检测、外防腐、内腐蚀等）、管道专题数据（含各类阀门、三通、套管等）以及站场数据（含三维模型、二维平面竣工资料、工艺流程图等）。管道完整性管理信息系统 系统特性：系统特性： 基于海量数据库、先进管道数据模型，实现管道完基于海量数据库、先进管道数据模型，实现管道完整性管理相关的各类基础数据与专业资料的统一管理整性管理相关的各类基础数据与专业资料的统一管理有效实现线路与站场设施完整性管理的一体化有效实现线路与站场设施完整性管理的一体化利用三维可视化技术

9、，模拟天然气管线、场站真实利用三维可视化技术，模拟天然气管线、场站真实场景场景利用线性参考技术、数据的组织与应用完全符合行利用线性参考技术、数据的组织与应用完全符合行业作业标准与习惯业作业标准与习惯物理上首次实现了管道系统所有组成部分的完整物理上首次实现了管道系统所有组成部分的完整 统统一的信息化管理一的信息化管理逻辑上含盖了管道完整性管理的完整的业务流程逻辑上含盖了管道完整性管理的完整的业务流程加快经营管理信息的传递速度，提高业务流程的运加快经营管理信息的传递速度，提高业务流程的运行效率行效率管道完整性管理信息系统 天然气长输管道完整性管理系统在遵循ASME B31.8S及相关完整性管理规范

10、的前提下，归纳和总结京邯管道完整性管理实际工作，充分利用计算机、地理信息系统、虚拟现实以及数字通讯等技术，在管道的运营期间，通过对管道设施、运行、维护、检测、沿线环境、事故和危害后果等数据的统一采集、处理和整合，面向管道运营机构不同部门和岗位，提供集管道内检测、外防腐、内腐蚀、线路维护、站场管理、完整性评价、风险评价以及应急管理等应用功能为一体的业务工作平台，为管道运营者全面掌握管道运行状态、减少管道事故、降低管道风险、确保管道始终处于安全受控的工作提供信息和决策支持服务。 管道完整性管理信息系统总体结构管道完整性数据中心APDM模型管理管道管理线路管理巡线管理站场管理完整性评价风险评价安全和

11、应急管理系统接口档案系统大客户远传系统工业视频监控系统ERP/OA系统阀室远控系统SCADA系统管线仿真系统基础信息设备状态设备资料实时视频现场沟通信息发布地图服务信息中心信息中心决策者决策者应急指挥中心应急指挥中心运行部运行部安全部安全部公司总部公司总部压缩气分公司压缩气分公司管道分公司管道分公司其他相关部门或人员其他相关部门或人员构建以管道设施、运行、维护、检测、沿线环境、事故和危害后果等数据为主体的管道完整性数据中心.按照数据模型构建、数据采集和整合、风险/完整性评价和安全/应急管理四个层次，系统面向运营单位的不同层次的机构或岗位提供基于业务的检测管理、腐蚀管理、线路管理、站场管理、风险

12、评价/完整性评价以及安全和应急管理等应用功能.提供接口与外部系统“沟通”，集成并服务于企业的各种信息资源系统. 系统主要包括业务子系统、三维站场管理子系统、APDM模型维护子系统、巡线子系统等。 提供将远程在线、个人桌面以及无线通讯等多种工作方式满足不同人员需要系统主要构成业务业务子系统子系统三维站场管理子系统三维站场管理子系统APDM维护子系统维护子系统系统应用APDM模型维护n针对APDM的全面维护，包括APDM结构维护、中心线维护、设备维护等。n以APDM概念模型树的方式来组织管道系统的完整性管理数据 ，简化数据维护方式，使专业管理人员不必深入了解APDM就能够轻松对其进行维护，根据业务

13、需要对APDM进行扩充。n系统提供了线路中心线维护工具，可以根据里程桩（控制点）的坐标和里程生成管道的中心线路由数据。并提供了多种改线方式，在“向导”的指引下自动完成改线后线路数据的重新组织和在线设备数据的关联处理。n系统提供了大量工具帮助各专业业务人员对相关设备、检测数据进行维护，如里程坐标转换、在线点捕捉、在线线拖动、离线要素的在线位置生成等。APDM概念概念模型树模型树生成中心线生成中心线管道改线管道改线系统应用管道管理管道内检测数据管理 根据管道完整性管理规范，实现内检测数据（缺陷、焊缝、特征等）批量导入，自动对齐，数据统计；对特定缺陷进行发展跟踪。支持对缺陷的检测、统计、分析、维修等

14、全过程。管道外防腐数据管理 针对管道阴极保护设施完整性管理相关业务，实现对外防腐评价数据、腐蚀测试数据、接地床电阻测量、杂散电流检测的数据的采集、整理、统计分析功能。管道内腐蚀数据管理 主要是根据腐蚀检测站的监测数据对管道的内腐蚀情况进行管理，掌握管道的腐蚀速度，为风险评价、完整性评价提供数据依据。缺陷管道补强记录缺陷发展跟踪缺陷分布统计管道检测数据对照图系统应用系统应用线路管理线路管理实现对线路基本信息、线路周边信息的浏览查询，了解线路的总体情况对水工保护工程、管道埋深、管道穿跨越等信息进行管理，为风险分析提供依据。对巡检问题进行汇总、上报，分析使巡检问题得到及时解决。支持防汛工作，提供防汛

15、日报的上报、审批等业务流程，通过天气周报对齐图全面掌握全线管道的天气情况。埋深趋势图线路信息管道沿线天气周报对齐图河流穿跨越系统应用站场管理通过二、三维联动实现站场工艺流程图、平面图、三维模型图的统一管理。通过对三维站场的浏览控制，可以详细察看站内隐蔽工程基本情况。支持站内管道检测 、壁厚测量等业务。与EAM、SCADA系统等外部系统相连接综合掌握站内设备的状态以及基础信息。实现了完整性管理月报的上报、审批、汇总等业务流程管理。三图统一完整性管理月报缺陷定位站内管道壁厚跟踪系统应用风险/完整性评价完整性管理计划各种风险模型管理风险评价计算风险高风险区域识别风险结果展示HCA评价结果第三方破坏分

16、析第三方破坏分析结果系统应用系统应用巡线管理巡线管理 通过PDA进行远程数据检索 根据巡检位置查找相关信息 现场记录发现的问题 维修开挖现场认证 维修过程资料保存巡检记录上传巡检记录管理巡检计划管理GPS卫星卫星巡检人员巡检人员巡检记录管理巡检问题管理巡检计划管理巡检基本信息管理线路巡检管理线路巡检管理查看线路周边情况系统设置巡检问题记录系统应用系统应用应急管理应急管理应急管理调控中心调控中心现场指挥部现场指挥部现场处理应急预案事故现场信息方案分析物资调配车辆监控人员监控站场模型数据工艺流程图数据基础地理数据管道设备数据大比例尺空间数据设备资料数据历史事故数据历史风险数据缺陷处置方案数据库检测

17、计划数据库应急预案数据库 事件库管理 最佳应急区 自动车辆定位 应急人员和公用设施联系人通知 应急资源定位 应急物资调度 应急路径选择 应急预案决策支持管道完整性管理信息系统管道完整性管理信息系统管道完整性管理信息系统以管道设施、运行、维护、检测、沿线环境、事故和危害后果等数据为主体的完整性数据中心为基础，通过提供的管道内检测、外防腐、内腐蚀、线路维护、站场管理、完整性评价、风险评价以及应急管理等应用功能，构建一套集数据、业务、分析和展示于一体的完整性管理实施平台。 面向管道运营机构多级部门和岗位，完整覆盖天然气管道完整性业务，实现了管道本体、线路周边环境、站场设备的数字化、可视化的完整性管理

18、。既可为管道运营机构提供完整统一的完整性管理业务平台，也可分为公司的业务部门提供专项的业务应用系统。PIPELINE STUDIO 3.1 (TGNET,管线仿真软件) n应用应用: :Pipeline Studio 可以为世界上的管道工程师提供广泛的应用: n设计设计: : 设计管道, 管径，输气量研究.n工程工程: : 确定管线尺寸，压缩机规格.n计划计划: : 评价因为操作改变导致的管道反映 n事故分析事故分析: : 模拟供气中断, 意外事故，评价对于压缩机故障，采取的恢复行动， n操作计划操作计划: : 供需平衡，管存量分析.n操作方案分析操作方案分析: : 评价可选操作方案.n战略性

19、计划和投资分析战略性计划和投资分析: : 确定管道5年，10年，15年要求 n员工培训员工培训: : 水力培训, 操作培训 两个主要应用领域 n模拟正常操作，确定最有效地设计方案或者操作计划 .n模拟异常工况,由设备故障或者泄漏导致的异常动态工况，确定安全和修正程序 n通过一系列案例分析，进行调查分析。例如，调查现有管道的基本案例逻辑上是在正常操作条件下的稳态模拟，进一步的动态模拟可以是改变气体负荷或者伴随物理或动态改变的随时间改变的现象,通过比较这些模拟的结果,用户能确定最有 效的操作方案或者优化变化 . 典型应用 n输气量分析输气量分析: : 确定管道是否能满足增长的未来用气需求，而无需增

20、加设备 . 能调查情景，诸如启动/停机，关键压缩机或压缩机站的计划，储气设施的使用 n经济比较经济比较: : 复线或者增加压缩机来改进输气量的方案，确定需要的设备和相关的成本 n剩余时间剩余时间: : 定可能的修正行动，延长因为供气波动或者设备故障，泄漏或者停机 引起的供气减少或中断 .典型应用n维持合同供气压力维持合同供气压力: : 管充分析和供气/输气设定点的操作，维持管道上的关键压力 n能量平衡能量平衡: : 调查不同气体组分的混合效果，供气/输气设定点和输送介质质量/能量。这可以保证输送到每个输气点的能量满足合同要求 n风险评估风险评估: :对于不同的故障调查管道反映和要求n启动和停车

21、程序启动和停车程序: :研究和比较不同的控制手段，确定最有效满足/完成操作目标的程序计划压缩计，调节阀，和其他设备在一个时间段内的操作，调查在管道系 统上的效果 .典型应用n减少燃料消耗减少燃料消耗: : 调查不同的压缩机机计划来优化燃料消耗 n气体购买气体购买: : 通过研究由于不同的供气和路径情景引起的管道效果，改进购买决策 n操作员培训操作员培训: :快速和安全地培训操作人员，以比实际块的模拟方式，让他们理解管道控制决策的水力影响; 在没有对人员，设备，正常的操作造成影响的前提下，观察危急状况。 典型工程应用 n确定最大输气量确定最大输气量确定没有违反在输气点（售气点）最小合同压力的情况

22、下是有可能提高输送量。考虑所有管线极限，估算输送产品最优条件。使用者可以对比和估算不同的操作情景，例如在输送点对于特定流量，或是最佳流量情景，在未来24小时的循环压力数据Pipeline Studio 经常用来优化操作工况来满足用气需求，同时考虑所有的管道 操作安全极限 一个案例是确定最大输送量，这要求在没有违反最低输气压力前提下，最大可能流量增加的计算 . 用户能比较和评价不同的操作情景，例如在一个指定时间段内可变的流量和输气压力 . 典型工程应用n改进系统管道范围内燃料经济改进系统管道范围内燃料经济在管道系统中，当循环流动条件引起压缩机站操作在尖峰效率下。通过关掉一些压缩机和转移负荷到其他

23、压缩机，使用者可以增大可获得的马力，节省燃料。模拟各样的供气和输气情景，PipelineStudio 决定最有经济效率压缩机操作。当进入联合曲线和详细数据时，PipelineStudio提供每台压缩机单元和它的联合驱动器的详细的计算和报告模拟系统，包括从线路上消耗的压缩机燃料的瞬时效果。 典型工程应用n 预测管道泄漏的环境影响情况预测管道泄漏的环境影响情况n泄漏探测研究有助于预测一些突发的泄漏分配情况而引发管道破裂。PIPELINE STUDIO计算泄漏的总量成为基础为大气分布计算决定地面天然气的集中在泄漏附近。如果一个危险元素如硫化氢存在天然气中，这种信息是特有决定性的重要。典型的管道调度计

24、划应用典型的管道调度计划应用n很多输气和计划部门在日常操作中使用Pipeline Studio . 模拟比实际快很多倍的能力能够提前提供决策给操作员，让操作员有足够的信息改进输气计划，规划，输气量，燃料消耗，储气使用，管存量管理 。可以分析与燃气购买和销售或者可提供的输气能力有关的经济性能 证实管道计划证实管道计划n气体输送部门负责维护管道安全，确保管道操作满足输气要求，在安全极限内，维持管道压力, 使用固定的管道组态, Pipeline Studio 使用来自SCADA系统的流量，压力边界条件，来自需求预测的输气申请， 通过创建动态脚本，在供气日开始时，自动运行稳态和动态模拟。这个软件完成第

25、二个输气天的比实际更快的模拟，操作员可以看到模拟结果n这个决策支持应用帮助识别任何与输气申请有关的问题，提供信息，用来保证在满足供气合同的前提下，安全操作管道.nPipelineStudio 执行稳态和瞬态模拟两种模拟. 稳态模拟提供的假定能量流在管道系统中的每一点是相同的。 瞬态模拟的评价是由于在系统参数上的改变从而产生的动态反映。 n用户可以选择运行交互式模拟，这样，在模拟过程中，用户可以改变设定点，极限或者状态 . 在交互式模拟中，在任何一点，可以储存状态数据，用来作为进一步的分析或者另一个模拟的开始 . 可以进行稳态和动态交互式模拟 n在模拟期间，通过图形人机界面报告操作模式改变和报警

26、违反，当关键事件发生时，可以反馈给用户 n模拟结果可以通过报告文件或者通过图形/图表趋势图/特征来表示，可以让用户完全分析每个情景，根据正确的信息，做出正确的决策 . 模拟结果可以输出到第三方软件，如Excel用于进一步的分析 .管线模拟n 稳态模拟稳态模拟 n在稳态模拟模式， 模拟器确定在管网稳态条件下状态变量的数值 。n稳态计算依赖一套用户定义的操作条件。操作条件包括下列参数 : n设备设定点和状态 n在供气和输气点的流量和或压力设定值 n设备活动设定点的选择（控制开始模型） n供气温度和质量 n计算的稳态值必须满足所有应用约束管线模拟n动态模拟动态模拟 n稳态模拟结果用来作为瞬态模拟的初

27、始状态 .在瞬态模拟期间，用户可以改变在设备和供气/输气设定点的设定点. 模拟器将计算那些改变的反映, 但是不允许违反任何约束条件 n瞬态模拟可以进行供气中断模拟，泄漏分析，操作员培训，操作计划比选，调度方案优化。n用户通过分析瞬态计算结果，完全调查管网，并进行决策分析 .管线模拟可以带来如下益处 n建立模拟的天然气管道模型，分析计算系统工艺参数，进行各种有关调度和设备操作优化的水力分析。n对大型调峰用户（电厂，工业企业），比选优化调峰方案n根据调峰负荷，或者需求预测软件预测的未来用气负荷结果，使用PIPELINE STUDIO进行离线模拟，通过对多个调峰方案比选，选出最优的方案，进行实施，指

28、导生产。n根据下游用户的特定输送量要求，例如夏季和冬季用气高峰，优化各个压缩机机组运行，满足下游客户的供气要求n对日常调度中遇到的输气瓶颈进行模拟分析，消除瓶颈，提高输气效率。n向上游管道公司提供动态输气申请， 科学管理管道存量，实现供气/输气平衡n对设备运行方案进行技术和经济分析，优化，提高运行效率，降低运行成本。n为与下游用户的商务谈判提供技术支持n作为工程咨询工具，匹配下游客户的用气要求，分析下游客户的动态和静态用气负荷，初步确认管道是否满足所有下游用户不同的供气要求。通过给出动态数据趋势图，Excel表格文件，沿途各供气点的静态和动态压力，流量，温度计算结果，消除下游用户对管道供气能力

29、的担心，对售气合同商务和技术谈判提供全面技术支持，最终为售气合同签订扫除技术层面的障碍。可以带来如下益处可以带来如下益处n对新增用户，分析供气方案以及供气能力，确认管道系统是否能够满足新增用户要求，确认是否影响其他用户用气。n确定没有违反在输气点（售气点）最小合同压力的情况下是否有可能提高输送量。考虑所有管线操作极限，估算输送产品最优条件。使用者可以对比和估算不同的可操作情景，例如在输送点对于特定流量，或是最佳流量情景，给出未来24小时各个工艺站的压力数据n对新增设备选型进行优化，确保设备规格，管道管径，壁厚与管道系统输气能力匹配，并降低投资成本。可以带来如下益处n优化管道扩建设计方案，降低初

30、始投资。n模拟泄漏，分析泄漏对管道的影响，以及对环境的危害 n培训调度人员对管网设备操作的理解，自信处理日常工作n模拟气体排空工艺管道完整性管理信息系统总体结构管道完整性数据中心APDM模型管理管道管理线路管理巡线管理站场管理完整性评价风险评价安全和应急管理系统接口档案系统大客户远传系统工业视频监控系统ERP/OA系统阀室远控系统SCADA系统管线仿真系统基础信息设备状态设备资料实时视频现场沟通信息发布地图服务信息中心信息中心决策者决策者应急指挥中心应急指挥中心运行部运行部安全部安全部公司总部公司总部压缩气分公司压缩气分公司管道分公司管道分公司其他相关部门或人员其他相关部门或人员构建以管道设施、运行、维护、检测、沿线环境、事故和危害后果等数据为主体的管道完整性数据中心.按照数据模型构建、数据采集和整合、风险/完整性评价和安全/应急管理四个层次，系统面向运营单位的不同层次的机构或岗位提供基于业务的检测管理、腐蚀管理、线路管理、站场管理、风险评价/完整性评价以及安全和应急管理等应用功能.提供接口与外部系统“沟通”，集成并服务于企业的各种信息资源系统.河北省天然气有限责任公司河北省天然气有限责任公司运行管理部运行管理部（谢（谢 谢）谢）汇报完毕汇报完毕