城市燃气的信息化建设

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燃气行业得到广泛应用．不仅用于燃气管道的电子化图档管理．而且用于天然气的管网规 划、抢修决策和日常运行管理。 城市燃气管网长输过程中点多、线长、面广，具有比较明显的网络特征。铺管地形复杂 程度不同，并且大部分采用埋地敷设。燃气管网图纸和档案繁多。在传统的手工操作管理 方式中，图档维护手段落后，图档不能及时更新和归档，数据采集反映滞后；从而给燃气调 度、规划和抢修决策带来诸多不便。ＧＩＳ通过整合管线和设备周围地理信息、管线和设备 本身的空间信息及其图形信息、维护信息、监控信息等信息于一体，并集成管线集输的相 关专业．将管线和设备的运行状态借助地理空间实时地提供给运营者，为运行、管线巡查、 设备维护、安全管理提供支撑。运用ＧＩＳ系统可以对整个管网进行全方位监控、高效管理 和及时维护等。在突发事件中．ＧＩＳ主要应用于长输管道地理地貌的准确位置和有关信息， 涉及事故位置的准确定位、制定合理的救援方案，包括为救援车辆运输路线和运输车辆的 调度、人员疏散路线等提供支持。ＧＩＳ系统数据分为：地理信息数据、管线数据、站场数据、 穿跨越数据、多媒体数据和远程实时数据等几部分。地理信息数据主要包括：管线、站场、 穿跨越位置的全国地图、各管线平面走向图、各条管线纵面图、省市县界图、公路网、铁路 线、水系图等。采用ＧＩＳ信息技术，使城市燃气管网的管理实现了信息传输网络化、资源共 享电子化、输配管理现代化。为提高燃气企业服务质量、管理水平，加强燃气生产调度和突 发事件处置能力，保障安全用气，提供了高效率的技术手段支持。 ３．２数据采集与监控系统（ＳＣＡＤＡ） 安全可靠供气是城市燃气行业的首要任务。而提高自控水平是安全供气的基本保障。 随着信息技术的飞速发展．ＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ
Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ）、交易管理器（Ｔ啪ｓａｃｔｉｏｎＭａｎａｇｅｒ）。管道工作室采用Ｗｉｎｄｏｗｓ图形界面从而可
以更加易于使用，包含负荷预测和订气申请等功能，可以同ＧＩＳ及其它公共数据库和应用 软件一包括其他ＥＳＩ公司的产品相互整合起来。其功能有：计划编制，设备战略策划，分析 水压的特征，设计管道及设备，用于预测目的的模型，来自现存数据的仿真情况。管道管理
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围和冲击波破坏范围进行模拟分析。为实际现场施工进行理论指导。 ３．４．２燃气泄漏定位 燃气泄漏是燃气管网的常发事故。除管线老化、土壤腐蚀外，还可由第三方破坏、偷气 盗气引起。对燃气企业造成的损失十分巨大。人们往往能发现燃气泄漏的存在，而却对泄 漏位置无法快速准确定位。目前对液态管道如输油管线可以进行较准确的定位，由于气体 的可压缩性，对燃气管道进行定位工作往往存在问题。 采用管网仿真软件对实际管网进行实时仿真．并与ＳＣＡＤＡ系统采集的数据进行比 较，通过模式判别．可对燃气泄漏进行检测。燃气一旦发生泄漏，泄漏点处由于物质流失必 然压力下降，泄漏点两端的物质不断向泄漏点补充，因此，这种减压波（又称负压波）不断 向泄漏管线两端传递。若在管线两端设置压力传感器截获管道压力信号．根据信号分析结 果，可得出压力下降沿到达管道两端的时刻，即可知时间差，然后根据泄漏定位公式即可 得出泄漏位置。 由于负压波在燃气中的传播速度很快（大概３２０ｍ／ｓ），所以应用ＧＰＳ全球定位系统对 管道两端压力传感器进行初始时刻的校正。否则将引入较大的系统误差。并且燃气管道所 处地理环境复杂．存在大量的工业噪声干扰．对压力传感器采集的信号应先进行滤波降噪 处理，我们采用的是Ｍａｔｌａｂ软件进行噪声处理。除噪后，采用小波分析方法对信号进行多 尺度的分解，分析得到精确的压力下降沿，从而实现准确定位。通过与ＧＩＳ系统相结合，可 查看泄漏点处地理环境状况，部署抢修救援方案。 ３．４．３事故处理方案优化决策 若管线发生危险事故，应采取一系列有效的救援措施。一般来说，抢修方案是根据现 场报告情况临时组织相关人员开会决定．或通过电视会议系统产生。然而，时间对于抢修 工作是十分宝贵的．单独召开临时开会得出的决策方案不但耗时，而且带有很强的人为主 观性。有时候会存在决策不当甚至决策失误的情况。为此我们编制软件，事先设定好若干 常用的抢险方案．然后采用模糊评价法对燃气管网事故方案进行遴选。在抢修方案的比较 选择中．有许多定性和定量的因素。先通过模糊术语将定性因素定量化，然后采用专家打 分制给各因素设立权重。最后编制多属性决策软件算法实现对事故方案的最优化选择。事 故一旦发生．只需要在软件界面上一按按钮，即可打印出做优化后的抢修方案，并且摒除 了人的主观意识．科学合理。
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器。可帮助客户在增强收益的同时减少操作成本，优化培训预算以及加强管道集成监控， 功能有：泄漏的检测和定位，跟踪事件（批量跟踪、产品跟踪、管理清管球、ＤＲＡ跟踪），监控 压力系统，管存量管理，预测模型（实时管道模型、短期预测、本质分析），优化实时条件，飞 行模拟器培训。管道输送器的功能有：执行订气申请管理，制定全面的调度系统，可以电子 监管，提供财务支持。提供有力准确的财务报告。此外还包含一些附加应用模块，如管道数 据交换（ＰｉｐｅｌｉｎｅＤｔｅＥｘｃｈａｎｇｅ）可以轻松的同ＧＩＳ、ＣＩＳ、ＳＣＡＤＡ以及其它公共数据库相互整 合起来。 西班牙泰尔文特公司的Ｇａｓ Ｓｕｉｔｅ软件可从生产、运输到供货的各个环节提高输气管 线的管理效率，它集成了运营、测量和商业流程的全面的软件解决方案。它可以实现：实时 监视当前管线状态。验证和处理当前／历史测量值。预测、规划和监视客户消耗，管理合同 和推荐，产生发票。包括的功能模块有：ＲｅａｌＴｉｍｅ Ｇａｓ（ＲＴＧ）、Ｇａｓ
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城市燃气的信息化建设
天津大学热能研究所 邵敏 杨昭
１前言 随着电子时代的到来。信息化是当今社会发展的必然趋势。信息技术是支持企业发展 的关键技术，掌握信息资源具有战略意义，能在激烈的市场竞争中掌握主动。加快实施信 息化，才能从根本上提高企业效益，发展燃气行业。目前我国燃气行业的信息化应用还比 较薄弱，存在着跟不上信息时代步伐的问题，影响企业的发展。相比于其它企业，燃气企业 的信息化建设具有一定的特殊性．比如，它要求系统能够对紧急情况及时做出应有的反 馈，迅速采取有效行动，控制紧急情况，并且应做到安全、可靠，尽可能地不影响用户的正 常使用等。 城市燃气的信息化建设可以分成两个方面，即企业运营管理和企业生产管理。 企业运营管理方面：与其它行业类似。燃气企业信息化也包括：业务管理、人力资源管 理、客户信息管理等、帐务收费管理以及查询统计等功能。 企业生产管理方面：通常包括地理信息系统（ＧＩＳ）、数据采集与监控系统（ＳＣＡＤＡ）、全 球定位系统（ＧＰＳ）等。 ２国内外燃气信息化状况 美国的Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ公司为石油和燃气行业提供一系列管理软件。其产品包括４ 个模块：管道工作室（ＰｉｐｅｌｉｎｅＳｔｕｄｉｏ）、管道管理器（ＰｉｐｅｌｉｎｅＭａｎａｇｅｒ）、管道输送器（Ｐｉｐｅｌｉｎｅ—
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要紧急截断气源，可以通过现场ＲｒｒＵ或ＰＬＣ自动控制关闭需要关闭的阀门。实现自动切 换功能，也可从通过调度控制中心发出命令关闭需要关闭的阀门，紧急截断气源，防止事 故进一步扩散。 ３．３全球定位系统（ＧＰＳ） 采用ＧＰＳ技术可以在突发事件时对移动车辆及移动目标进行实时定位．利用移动通 讯网络进行实时数据传输，以电子地图和空间信息管理系统为支撑平台，具备定位跟踪、 监控报警、指挥调度和信息查询管理一体化功能。实现运行效率高、速度快。系统容量大、 实时性强、运行稳定可靠，可有效地对车辆及其他类型的移动目标进行定位、监控和指挥 调度，并为特种车辆及普通用户提供监控报警、信息查询、快速救援和疏散事故地区的人 Ｅｌ等服务。对系统设计应考虑能够同时监控大量多种类型的车辆目标，随时获取车辆的位 置和行驶状态，快速处理报警和异常突发事件。 ＧＰＳ测绘系统，可准确定位城市燃气管网，为事故救援位置提供了手段。 另外。全球定位系统ＧＰＳ还具有校准时间的功能。在利用负压波法对燃气管网进行泄 漏定位时。需要利用ＧＰＳ对设于管道首末端的压力传感器进行时间校正。否则将引入很大 的初始误差。 ３．４管网仿真及安全评价系统 该系统利用能量守恒方程、动量守恒方程、连续性方程及气体状态方程，假设管道内 燃气为一维流体，采用数值计算中的有限差分方法，列取节点方程，通过导入边界条件信 息，如各门站的压力或流量，完成对燃气管网理论上的实时动态仿真，若与ＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒ－
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Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）系统相结合，可实现对管网运行安全性的诊断及处理。
通过导人各种模型，并引入ＧＩＳ系统，可实现的主要功能有危险域分析、燃气泄漏定位、事 故处理方案优化决策、管网风险评价。 ３．４．１危险域分析 燃气管线常处于高压状态，而且天然气的物理性质决定了其易燃易爆，一旦发生泄 漏，容易产生扩散现象，若遇上火源，则可能发生火焰喷射甚至爆炸事故，对国家财产和人 民生命安全造成极大威胁。一旦发生危险事故，燃气抢修部门往往只根据经验拉设隔离 网。缺乏理论指导。管网仿真及安全评价系统则通过获取管道基础数据，建立了气体扩散 烟羽模型、三角锥喷射火焰模型以及气体爆炸冲击波模型．可对扩散范围、热辐射影响范—ｌFra bibliotek０８２。
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３．４．４管网风险评价 目前，很多燃气企业对管网的风险评价没有足够的认识，特别是对在役管线的风险评 价。要对管网进行很好的管理，单靠定期对管线进行巡检维修还远远不够。在管网改造过 程中，涉及到规划的问题。对于哪些是一期改造的管道，一些燃气企业并没考虑清楚。在管 网仿真及安全评价系统中，我们综合考虑了各个管道的各方面数据，如第三方破坏、腐蚀 指数、涉及指数和错误指数，建立强大的数据库，综合比较各项数据，对在役管线的危险性 进行全面考察，得出管线危险性排序。甚至还可以预测出管线的使用寿命，为管网改造和 管线维护进行理论指导。 ４结束语 各行业处理的对象和方式不同．也需采用不同的信息技术。燃气行业充分利用各类资 源，立足于自主创新，紧密围绕和服务于国家财产和人民安全。 信息化建设是个长期的发展过程．应根据自身条件循序渐进地进行切实的中长期规 划。另外，还应建立各信息系统之间的数据共享，比如结合ＧＩＳ系统、ＳＣＡＤＡ系统和管网 仿真及安全评价系统，实现数据的传递，取长补短，相互借鉴，避免信息孤岛的存在。