三维GIS在油气管道站场的应用
文章作者:   发布时间: 2012-09-05   浏览次数: 1155   文章出处: 北京星球数码科技有限公司
 

1 引言

管道系统包括管道、站场、通信系统等,是一项巨大而复杂的工程.其中站场按照输送介质的不同,分为输油管道和输气管道。近年来,国内外石化企业火灾、爆炸和有毒气体泄漏等重大事故发生频率增加,使得油气管道运营企业对油气管道站场的风险管理更加重视。随着完整性管理的深化和网络、自动化、仿真模拟、IT等技术的发展,我国油气管道站场的安全管理正向基于风险的完整性管理的方向发展。本文结合星球数码公司研发的三维数字站场系统介绍三维技术对管道站场安全管理的作用。

2 油气管道站场的安全管理

油气管道站场的安全管理可以从两个层面来阐述:站场完整性管理和应急管理。站场完整性管理

站场完整性管理是在管道干线完整性管理成熟的基础上扩展起来的,世界各大管道公司,开展干线管道完整新管理的同时,把所有输送设施和附属设施的管理纳入到完整性管理中来,被称为站场完整性管理。站场的完整性管理与管道干线完整性管理的管理理念相同,但方法不同。站场完整性管理通过监测和检测等手段,获取与实施完备性相关的信息,对可能影响管道失效的危害因素进行风险评估,最终实现管道安全生产风险预控。实施步骤见下图:

站场完整性管理实施步骤

综合来言,站场完整性管理的实质就是实现站场不同特性设备的基于设备属性数据、运行状态数据、维修维护数据以及历史失效数据基础上的风险管理。站场应急管理

站场应急管理是站场针对不同类型、不同级别突发事故依据国家、所在地区、行业、公司的相关标准法规和预案进行的应急演练、应急响应、处置、恢复的系列措施,在应急管理中,坚持以人为本、快速反应、企地联动、常备不懈,最大限度地保护人员安全,努力保护财产安全为核心目标。综上所述,站场完整性管理和应急管理分别从“风险预控”和“事故受控”两个层面建立了站场安全管理体系。

3 三维技术在管道站场安全管理的应用分析  

在基于以上介绍的站场安全管理模式的基础上,可以看出管道安全管理信息化的重要基础就是实时数据采集与传输、设备设施各种类型数据的全面性和集成性、评价模型的数字化、应急救援的模拟化。但是,站场信息化的目前存在的问题是: 缺少统一的信息管理平台。站场建设的各类都以图纸的形式存在,如工程设计图纸, 工艺流程图,线路设计分布图等。由于信息分散,数据可交换性查,不利于站场完整性的实施。

由于某些站场的工艺流程复杂,站场内管线错综交织,工艺流程图与站场设备的空间分布没有建立有效的联系。站场调度人员对工艺流程的实际流向缺少直观的感受和认知,难以达到科学有效的管理。

由于站场工艺管线的流程早在建站前就已设定。故对流程本身可能存在的缺陷认识不足。当阀门错误开关,引起的流向变化,而造成的误操作,缺乏早期的认知和后果预测。从而难以达到防患于未然的管理理念。 站场的设备和管线很多埋藏在底下,由于信息丢失或者站场改造,或建站施工未按照预定的图纸要求施工等原因。造成地下信息掌握不足,当开挖地下管道和设备时,使埋地管线和设备遭到破坏。站内设备种类繁多,站场管理人员对设备内部的构造和结构认识,不利于站场的维修与维护。 管道内缺陷的位置难以描述和确定。不利于内检测的记录的管理,给管道的维护工作到来很大困难。

针对以上存在的问题和为了更好支撑站场的安全管理,下面从站场数据模型、站场信息服务、设备管理、风险管理和应急管理五个方面介绍三维GIS在站场的应用特性。

4 主要领域的应用介绍和实践

4.1 站场数据模型

数据的组织与管理是管道安全管理模式所要求的重要内容,站场完整性的分析评价体系、应急管理的决策环境都是建立在站场数据的全面性、完整性、正确性、现势性之上,可见数据的组织和存贮的集中性、合理性、易维护性、拓展性对站场安全管理有着直接的影响,但是建立在站场里涉及的数据种类繁杂、数量较多,这些数据来源是由各种信息系统产生而来,比如:工控的SCADA、设备资产管理系统(EAM)、档案管理系统、生产运行系统等等,所以为了满足管道完整性管理和应急管理的要求,可以建立统一的数据模型来支持站场系统物理组成的完整性及整个完整性管理和应急管理的全过程,确保每个管道的系统组成部分和完整性管理的每个环节都是可控的,使得整个管道的每个部分都在模型中能合理的建模。下图是星球数码公司多年根据站场信息化实践经验形成的站场数据模型:

站场数据模型-PSDM(部分)

该站场模型具有以下几个特点:

完全面向对象型的数据模型,对站场内所有实体进行描述和封装;

集成三维空间分析技术,引入三维空间参考体系,建立站场内各种对象实体的拓扑关系;

对站场内的所有信息(包括资产信息、实时信息等)进行统一建模;

建立严密和较为完整的元数据体系;

在模型之上建立数据共享和交换机制,对已有系统的(比如:SCADA、EAM等)的数据进行逻辑映射和物理提取,形成统一的数据交换和共享层。

4.2 设备管理

站场地上地下设备设施的三维可视化信息服务

站场工艺复杂设备种类和数量繁多,各类数据分门别类,设备的管理首先需要了解各类设备的分布情况,尤其是隐蔽工程(地下设备设施)的分布。

地上地下设备设施的三维可视化(部分)

站场设备的实时监控

可以基于三维技术对设备运行过程的主要参数、运行状况进行三维虚拟化环境下进行动态监测,实时调度和自动化控制,这样将三维图形信息、设备信息、实时监测信息融于一体,为管道远程监控提供一个真实模拟环境。

工艺流程图/三维/平面图的一体化数字化环境

站场设备的资产信息服务

基于三维GIS为可以为站场提供设备资产信息管理功能。它不但可以将设备的名称,型号,报废日期等,故有信息与维修记录使用状况做关联,实现三维环境的展示,而言充分可以利用三维GIS的空间分析功能进行信息查询和统计,比如:基于三维周边设备查询、设备上下游设备搜索等。

设备资产信息查询

站场设备拆装的仿真培训

在进行设备资产管理或者维修维护的时候,需要对设备的零部件进行了解,通过三维技术可以将设备进行拆装仿真,用于对站场管理人员的培训等用途。

设备拆装

缺陷检测

站场管道缺陷是影响站场安全运营的重要因素,目前针对管道缺陷的检测有超声导波检测、漏磁检测、涡流检测、超声相控阵等,通过这些方法检测的缺陷首先需要是一个精确定位和图形描述,以便于缺陷的评价、维护维修和缺陷跟踪。通过三维GIS我们可以将缺陷原先描述方式“相对参考点距离和时钟方向”转换成三维的坐标系统,在三维空间进行精确定位和展现。并可对缺陷的尺寸、深度进行三维仿真模拟。

缺陷定位

如果加上时间维度的概念,我们可以在三维空间进行缺陷的历史跟踪。

缺陷发展跟踪

应急管理

作为站场的应急管理重点在于应急演练和应急处置。三维GIS技术可以帮助站场人员提供应急资源管理、预案推演、演练模拟、事故模拟以及应急部署等技术手段。

事故模拟

事故模拟,是在事故发生时,系统依据硬件监测数据和事故点信息,以及各种事故录入信息,根据安全评价模拟进行计算出事故影响范围和可能受灾人口数量、同时提供致死区、重伤区、轻伤区的划分界限,帮助在应急抢险过程中,预防抢险员的负伤。通过三维GIS则很好的实现这一个过程,如下图:

事故模拟

应急部署

应急部署可以通过三维GIS进行资源调度。可用于预案推演或者演练模拟。

应急部署

其他应用

以上只是结合站场管理的主要业务进行阐述三维GIS部分应用特性,其他的应用还包括很多,比如:三维GIS本身基础应用:各种空间测量(距离、高度、管道直径测量)、管道管容计算、三维飞行、三维特效等等,在此就不再一一阐述。

5 结语

三维GIS 技术应用于管道站场的安全管理,是目前国内外站场信息化的发展趋势,讨论GIS在管道站场安全管理的应用具有对于提高管道站场安全管理的效率和水平具有重要的意义。本文在介绍管道站场的安全管理模式基础上,总结分析GIS在管道站场应用的一些技术特性,结合作者所在单位的信息化案例和经验,从主要几个领域探讨三维GIS技术应用的方向和实践