物联网技术在智慧油气管网中的应用

  油气管网是国家战略性基础设施，油气管网建设是事关我国民生国运的关键性工程。经过半个多世纪的发展，我国已发展为全球第三管道大国，陆上95%以上石油天然气通过管道输送，惠及近7亿人口，初步形成了“北油南运”、“西油东进”、“西气东输”、“海气登陆”的油气输送格局，发展速度已经居于世界前列。我国大口径、长距离的油气输送管道已经遍布东北、华北、华东、西南等地区，基本上形成了横贯东西、纵穿南北的运输网络。

  我国油气管道建设的跨越式发展，可以概括分为四个阶段。第一阶段是机械化阶段（1958年至1980年代），从1959年，中国第一条原油管道（克拉玛依一独山子）开始建设，到1962年正式投入运行，标志着中国油气管道建设的开端。随后，1963年巴渝输气管道的修建开启了新中国天然气管道建设的篇章。1970年，“八三”管道工程开工，至1975年8条管道全部建成，形成中国第一个原油管网。同年，中国第一座5×10m²浮顶油罐在上海陈山码头建成。1976年，中国第一条成品油长输管道（格尔木一）建成投产。到1979年，在四川省境内形成了从川东、川南到川西的南半环形天然气管网。

  管网智能化与信息化技术的主要不同之处在于智能化技术更看重对管网数据的深度分析和利用，强调对管网运作时的状态的实时评估、预测预警、调运优化和决策支持等高级功能，以实现管网运行的高效性、安全性和经济性。

  对于本报告的研究对象智慧油气管网来说，智能管道构成了其基本组成单元。管道智能化是指利用先进的技术方法和设备对管道进行监测、控制和管理，以实现管道运行的智能化。它结合了传感器、通信技术和数据分析等多种方法，对管道内部的运作时的状态进行实时监测和控制，以提高管道的安全性、可靠性和经济性。管道智能化的实现需要借助现代通信与信息技术、计算机网络技术、行业技术和智能控制技术等多种技术方法。这些技术方法的融合应用，使得管道智能化系统可以在一定程度上完成对管道的全面监测、控制和管理，提高管道的安全性和可靠性，降低经营成本和维护成本。

  智慧油气管网在行业内尚没有明确定义，目前对其的主要认识聚焦于实现手段和功能等方面，普遍认可物联网在智慧油气管网建设中所发挥的作用。

  2015年7月4日，国务院印发《关于积极地推进“互联网+”行动的指导意见》。2016年3月1日，国家发改委、能源局及工信部联合下发《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，提出促进能源和信息深层次地融合，构建有机、高效、低成本、可持续、可调控的能源互联网体系，鼓励煤、油、气开采、加工及利用全链条智能化改造，实现能源绿色、清洁和高效生产，增强功能灵活性、柔性化，以互联网手段促进能源供需高效匹配，运营集约高效，推动能源领域供给侧结构性改革和能源革命。同年，12月29日，国家发改委、国家能源局印发《能源生产和消费革命战略（2016一2030）》，提出要全面建设“互联网+”智慧能源，促进能源与现代信息技术深层次地融合，推动化石能源开采、加工及利用全过程智能化改造。

  2021年12月，国务院印发《十四五现代综合交通运输体系发展规划》。规划中明白准确地提出要逐步完善东北、西北、西南和海上四大油气进口通道。加快全国干线天然气管道建设，完善原油、成品油管网布局，推进东北、西北、西南等地区老旧管道隐患治理。推进油气管网相互连通和支线管道建设，扩大市县天然气管道覆盖范围并向具备条件的沿线乡镇辐射。通过推进基础设施智能化升级，持续完善数字化感知系统、构建设施信息交互网络，全面加快智能技术深度推广应用。

  2022年1月，国家发展改革委、国家能源局印发《“十四五”现代能源体系规划》，提出加快信息技术和能源产业融合发展，推动能源产业数字化升级，加强新一代信息技术、人工智能、云计算、区块链、物联网、大数据等新技术在能源领域的推广应用。积极开展电厂、电网、油气田、油气管网、油气储备库、煤矿、终端用能等领域设备设施、工艺流程的智能化升级，提高能源系统灵活感知和高效生产运行能力。适应数字化、自动化、网络化能源基础设施发展要求，建设智能调度体系，实现源网荷储互动、多能协同互补及用能需求智能调控。

  2023年4月，国家能源局印发《2023年能源工作指导意见》，指出要推进能源产业和数字产业深层次地融合，并印发《关于快速推进能源数字化智能化发展的若干意见》，提出推动油气与新能源协同开发，提高源网荷储一体化智能调控水平，强化生产用能的新能源替代。推动油气管网的信息化改造和数字化升级，推进智能管道、智能储气库建设，提升油气管网设施安全高效运行水平和储气调峰能力。以数字化智能化用能加快能源消费环节节能提效。推进能源行业大数据监测预警和综合服务平台体系建设，打造开放互联的行业科技信息资源服务共享体系。

  智慧管网物联网作为智能油气管道监控与管理系统的基石，其架构设计对智慧管网的形成具有深远影响。为详尽阐释这一架构的内在价值及其对智慧管网建设的推动作用，本报告将从参考框架与系统架构双重视角展开深入剖析。

  参考模型着重于阐述智慧管网物联网所依赖的基础技术和组件。它基于端+边+网+云的四层模型，每一层都由特定的核心组件和技术构成，共同实现了对油气管网的全面感知、实时监控、数据分析和智能决策。

  智慧管网物联网系统架构聚焦于描述整体架构的组织架构与功能模块，旨在构建一个集数据采集、边缘服务、数据处理、业务应用、数据传输和运维管理于一体的综合解决方案。该系统的核心在于充分的利用感知层（现场设备）、边缘层（边缘计算）和平台层（云计算中心）的能力，以实现高效、实时和智能化的运营管理。

  油气管网系统包括“储”和“运”两个环节。“储”是指起到输送调节作用的储气库、油库等储存设施，是管网的存储侧。“运”是指油气输运管道以及输运设备，是管网的输运侧。以下将从这两个环节里面的具体场景探讨物联网技术在油气管网中的具体应用。

  天津LNG接收站作为国家天然气基础设施相互连通的重点工程，其建设充足表现了智能化与数字化的高度融合。在建设过程中，国家管网集团利用5G网络作为主要传输手段，并以云边协同架构为核心，实现了各类感知设备的标准化和规范化接入。这一集成涵盖了站场生产数据、设备状态、环境信息的实时采集与传输，还包括输送管道的状态监测、罐区泄漏检测、接收臂、BOG压缩机等关键设施的实时监控。此外，该站还实现了水文气象地质灾害监测、站内应急通信、智能巡检及无人机巡检等功能，有力推动了国家管网系统的数字化转型和智能化发展。

  储气库作为管网的存储侧，其重要性不言而喻，但传统模式下的储气库建设与运行面临着显著的安全与效率挑战，包括泄漏、爆炸等严峻风险。对此，智能化储气库应运而生，依托物联网技术的四大层次架构，致力于通过实时监测、智能分析与自动化控制，全方面提升储气库的安全性和运行效能。这一架构由感知层、网络层、平台层和应用层组成，各司其职，协同运作，以实现储气库的智能化转型。

  金属管道在石油和天然气输送中扮演着至关重要的角色，然而，它们长期承受着复杂环境和腐蚀性介质的考验，面临着减薄、穿孔乃至破裂的挑战，这对管道的容量、性能、完整性和安全性构成了直接威胁。在这一背景下，物联网技术凭借其结构化的四层体系，在无损云检测系统中展现出显著的贡献，为行业带来了一种全新的解决方案。

  感知层采用了先进的无损检测集成技术，诸如超声波测厚仪、电化学检测仪以及磁记忆应力诊断仪，这些设备被精巧地设计为云检测终端，内部集成了检测传感器、信号处理电路以及无线信号传输模块，专注于捕捉管道各点的厚度、腐蚀程度和应力分布等多源数据。网络层则确保了这一些数据可以通过无线信号高效、准确地传输至云端，搭建起数据流动的桥梁。

  物联网技术在地质灾害预警系统中的应用大多数表现在其四层架构：感、传、知、用。这一架构涵盖了从数据采集、数据传输、数据分析到预警应用的全过程。下面我们将详细探讨每一层的详细的细节内容及其在地质灾害预警系统中的作用。

  物联网技术在智慧城市燃气管网监控中的集成应用，展现出了其在提升城市基础设施智能化水平方面的巨大潜力。这一技术的应用可根据物联网技术架构的三个核心层次——感知层、网络层和应用层—进行深入解析。

  总部位于美国的哥伦比亚管道集团（ColumbiaPipelineGroup）应用智能管道解决方案(IntelligentPipelineSolution,IPS)对其超过15,000英里的州际管道进行状态监测，包括管道威胁监测、风险管控和情境感知，帮助管道运营商充分了解管道的安全性和资产完整性状况，从而做出更为科学的决策。IPS于2014年面世，是通用电气和埃森哲在2013年达成全球战略联盟后推出的首个行业解决方案，旨在帮助管道运营商实现资源的最优化配置，降低意外事件的发生概率。IPS的核心是基于GEPredix的工业网络站点平台，其是工业网络站点平台及其理念首次在全球管道领域的应用。IPS对多项数据源进行了整合，既包括企业内部的地理信息系统、调控中心、工作管理系统、直呼系统（one-callSystem），也涵盖了美国国家海洋和大气管理局、美国地质勘探局等外部数据源。