昆仑能源公司安全生产数字化转型实践

中国石油天然气股份有限公司天然气销售辽宁分公司 李福庆

昆仑数智科技有限公司 李新俊

北京华油联合燃气开发有限公司马驹桥分公司 孙永兵

中国石油天然气股份有限公司天然气销售公司 毛 勇

当今世界以云计算、物联网、5G、大数据、人工智能、数字孪生、区块链等为代表的数字技术孕育兴起，推动着传统油气行业对其组织、流程、业务模式和员工能力等方面重新定义，实现产业转型升级。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》《“工业互联网+安全生产”行动计划(2021—2023 年)》等政策文件提出推进安全隐患治理体系建设，提升数字化治理能力，加快数字化转型。多年来，中国石油天然气股份有限公司天然气销售分公司(昆仑能源有限公司)(以下简称昆仑能源公司)积极探索安全生产数字化转型工作，先后建立了车辆GPS 系统、地理信息系统、LPG 营销系统、管网风险数据库、管道生产管理系统、天然气销售系统等22 个信息化管理系统。系统之间未能有效整合对接，基层单位多系统、多平台运行，存在系统边界不清、数据共享不及时、信息海量和数据利用率较低等问题，造成风险管控不到位、完整性管理不到位、专业化管理不到位和管理粗放效率不高等弊端。

针对上述问题，昆仑能源公司从满足生产运行统一管控、支撑重要生产业务开展、辅助基层日常工作进行、提升安全应急管理水平等4 项需求出发，按照顶层设计、统一架构、系统集成、需求驱动的总体方针，借鉴行业最佳实践，以安全生产风险受控为目标，历时数年，搭建完成一套生产管理系统，助力天然气销售城镇燃气、支线管道、加气站、LNG接收站、LNG 工厂、LPG 六大业务的数字化转型。

1 数字化技术路线

昆仑能源公司由于点多、线长、面广、业务种类多，所以生产管理系统打破了以往业务应用系统铁板一块的设计模式，采用功能模块化，做到高内聚、松耦合，系统架构层次化，降低信息数据、业务数据、用户交互资源间的耦合度，应用功能能够灵活的组合和封装，且数据、处理逻辑等任何资源的变化不影响其他功能应用。

整个系统部署在中石油云平台。采用“三台一湖+三体系”总体架构，以满足生产管理系统多业务应用、多流程交互、多系统集成、多数据汇聚的需求，支持业务的变化和发展需要。

(1) 三台指基础底台、服务中台和应用前台。基础底台主要提供容器化部署和管理，并支持微服务开发部署，通过中间件提供相关服务。服务中台向下采集基层业务数据，以集成方式与其他应用系统做数据集成，甚至功能和业务集成，搭建数据中台；封装公共技术服务和开发组件构建技术中台；在公共服务的基础上抽取共通业务，搭建业务中台。应用前台则基于服务中台，按照业务主线，以生产动态管理、生产运行监视、安全管理、设备管理、完整性管理、应急管理六大模块为核心构建，同时配套系统管理、工作流、移动应用等功能，支持PC 端、大屏端、移动端应用。另外以综合展示方式，提供生产管理业务域的GIS 专题图、生产运行KPI、应急指挥、大屏展示等子功能。

(2) 一湖指统一数据入湖。本系统参照梦想云数据湖成果，构建管道数据湖，主要解决数据信息孤岛问题，实现数据共享。数据收集层进行基层数据采集和内外网数据集成，数据处理层则是数据标准化、数据转换和清洗等，数据应用层提供公共数据接口及制定数据指标等，为其他层提供数据支撑，最终减少基层的数据操作工作量，增加管理层数据的完整性，同时为领导层提供数据决策支持。

(3) 三体系指信息系统建设标准体系、信息系统建设安全防护体系和DevOps 开发运维体系。

2 系统架构及功能设计

2.1 业务及部署架构

业务架构按照总部与二级单位、三级单位以及基层站队的三层业务架构设计原则，实现了纵向到底、横向到边的业务全覆盖，见表1。基于Docker＋K8S 的PaaS 云架构的技术路线，建立微服务架构体系，形成“模块化、迭代式”敏捷开发模式，具备先进、开放和可拓展的技术特点，为国内油气和城镇燃气管道业务领域首次实际应用，见图1。

图1 生产系统管理部署架构

采用全量功能总部集中部署，前置应用区域(省)中心的总分式两级部署架构。应用架构为总部、二级单位、三级单位以及基层场站+外部客户的四级应用架构。

2.2 集成方案及功能设计

在集成方案方面为了实现生产数据的互通和共享，满足昆仑能源公司批零一体化要求，完成与管道生产管理系统(A3)、地理信息系统(A4)、天然气零售系统(A10)、天然气销售运行管理系统(A13)、视频监控系统、车辆GPS 定位系统、短信管理系统等22 个统/自建系统数据集成对接，解决了公司数据信息孤岛、基层人员重复填报问题。

建立统一的规范标准和监视平台，实现生产运行、重点设备、调压箱、阀井、智能阴保桩等相关监测数据的实时获取、远程诊断、及时预警、辅助决策。功能设计主要考虑了基础服务、通用功能和专业应用功能等3 方面。其中专业应用功能按照城镇燃气、支线管道、加气站、LNG 接收站、LNG工厂、LPG 六大业务线设计，包括生产动态、运行监视、管道完整性、安全管理、设备管理、应急管理，以及综合展示，并配套系统功能、智能报表和移动应用等基础服务和通用功能小计达50 项。

2.3 智能感知终端

生产管理系统接入了场站SCADA 系统、远传调压箱、智能阀门井、智能阴保桩、智能管道标识、地质灾害易发点检测装置等设备的实时采集数据，从而开展综合监视分析，为管网调度平衡和应急响应提供数据支撑。主要体现在以下几个方面：(1) 通过对场站压缩机/泵的进出口压力、温度、功率，储罐的液位、压力、温度等参数实时监测，实现重点设备运行状态和故障情况的智能分析诊断。(2) 监视重点工商业用户调压箱通信状态、实时压力、供电电压，超出安全限值时自动产生报警，通过GIS数字地图定位调压箱位置，支持人员快速排查问题。(3) 监视通电电位、断电电位、自然电位、交流电压、直流电流，自动识别异常数据并提醒，通过历史趋势曲线图功能查询各项参数波动情况。(4)监视井内燃气浓度、水位情况、温度以及井盖移动情况，结合GIS 数字地图快速定位，实现了阀门井的可见、可控、可管理，降低燃气泄漏或者井盖丢失造成的安全风险。

3 系统亮点及创新

系统创新有以下几点：

(1) 管道数据模型。结合昆仑能源管道特点，吸收消化APDM (ArcGis Pipeline Date Model:ArcGis：管道数据模型)和UPDM(Utility and Pipeline Date Model：公共管道数据模型)的优点，兼容CJJ/T 269—2017《城市综合地下管线信息系统技术规范》中数据成果，摈弃UPDM 对ArcGis 软件的依赖，具有专业性强等特点，创造性地提出KLPDM(昆仑管道数据模型)，作为昆仑能源生产管理系统管道完整性管理模块核心，并建立了企业级管道管理标准规范。

(2) 数字化管道方案。通过数字化管道完整性管理方案[1-3]，将体系文件的管理要求直接转化成高后果区识别、密闭空间识别、地质灾害调查、泄露检测、管道巡检、腐蚀防护、管道保护、风险评价、完整性评价等9 大类具体工作计划和任务，实现体系文件落地和管道完整性管理的闭合管理循环。

(3) 建立标准规范。通过梳理昆仑能源管道及设备业务功能，配套生产管理系统完成管道与设备管理相关标准11 项，保证了系统的推广与应用。

4 应用分析

4.1 管道完整性管理

管道完整性管理的应用主要在3 个阶段。

(1) 管道基础数据入库。通过基于北斗位置服务的高精度自主采集工具应用、第三方测绘数据批量导入、竣工图纸在线标绘等方法，快速推进昆仑能源公司支线及城镇燃气管道数字化，实现管道主体结构、管道附属结构、阴极保护设施、管道周边环境等基础数据快速数字化。内置专业数据入库校验工具，对测绘数据提供可视化校验检查，数据质量一目了然，为测绘数据验收、验证提供直观判断依据，保证入库数据的准确性、可靠性、可用性。

(2) 管道完整性管控。通过系统卫星影像初步判断+现场调查的方法准确识别高后果区，有针对性地制定“专项一区一案”，现场采用AI 智能摄像头、加密标识、无人机智能巡检、重点区域安装可燃气体检测装置等手段，实现对高后果区的全天候监控。通过系统内置的支线管道和城燃金属/非金属管道的风险评价模型，采用系统提供的风险评价工具准确判定管段风险等级及主要风险类型，助力企业准确高效地采取管理措施，实现管道风险的精准管控。采用基于北斗精准定位的移动应用，实现密闭空间的准确高效采集，并进行风险等级划分。泄漏事件发生时可快速定位周边密闭空间，立即开展可燃气检测，智能关阀分析，避免串气造成的严重后果。根据管道分布情况和运行特点，对管网进行网格化管理，明确责任人，管理范围，做到城燃管网管理的精细化、准确化。利用管道GIS 地图[4]实时监控巡线任务执行情况，掌握人员实际位置，查看现场上报事件及监护执行情况，实现人员实时统筹调配。通过移动APP 与PC 功能结合，将第三方施工标准处置流程固化到系统中，并在现场配置移动AI 摄像头，实现第三方施工全过程管控。系统内置了国家标准要求的11 类、38 项腐蚀防护相关的判定准则，在PC 端设置判定条件，支持智能阴保桩数据远传和人工录入，并自动分析判断，将腐蚀风险控制在可接受的范围内。

(3) 管道数字地图辅助决策。通过系统GIS 地图功能，利用支线及城镇燃气管道高后果区、风险评价、密闭空间、内外检测、巡线监控、地质灾害管理、关阀分析、片区管理等19 张专题图的全面应用，强化重点区域、重要管段、重点时段的实时监视、及时预警、智能处置，高效支持管道风险识别、管控及突然事件应急处置，全面满足国家数字化地图管控要求，辅助管理决策。

4.2 安全生产运行管理

通过标准化工作流程，自动派发工作任务、快捷统计工作成效，实时监控、自动采集、及时预警、快速生成任务工单，推动安全生产管理模式向“无人化、智能化、集约化”转变。

(1) 生产数据分析和应用。重点设备监视过程中，自动采集的运行数据运用到值班记录表的自动生成中，减少繁杂的手工录入工作，提高工作效率。根据实时用气量预测全天累计用量，对比计划量提醒调度人员及时沟通用户，调整用气进度，确保日用气量波动处于±3%的范围之内，实现供气调度的准确性。提供门站日实际进气量和预测进气量及计划量分析图、流量趋势图、进气进度与时间进度分析图、温度趋势图、压力趋势图、工业用气量与总进气量监测分析图，智能分析预测场站进销情况，指导调度人员及时调整上下游运行，优化调度，确保供销平衡。利用计量点信息及计量数据，实现购销计量网络可视化、输差自动计算以及异常预警。

(2) 作业风险管控。基于北斗的高精度定位技术，利用电子围栏技术，将原来纸质的危险作业票进行电子化，支持防爆移动终端手动签批，将作业全过程信息化和规范化，从风险评估、作业申请、作业审批、作业实施、作业关闭、统计归档等6 个环节实现现场危险作业的全流程精细化管控，有效解决作业票填写不规范、不到现场签发或事后补票和补签等问题，降低了现场危险作业风险。

4.3 应急管理

以GIS 地图平台为载体，建立企业重点防护目标、应急救援力量、重大危险源分布、应急物资库、应急物资储备、应急供气装置、应急事件等应急专题图层，集成气象信息、工业视频监控和应急车辆定位等信息，为应急指挥提供空间信息支持、空间分析决策支持、图形化辅助决策支持。一方面，“平时”通过周边环境、救援队伍、防护目标、应急专家、预案数字化等基础数据动态维护和线上全流程应急演练，应急资源立体联动，持续优化应急预案，锻炼队伍、健全应急管理体系，增强预案的针对性、适用性和有效性线上全流程演练；另一方面，“战时”则可实现应急资源调度、应急态势研判、应急信息共享、快速事件处置，实现“平战一体”，提升应急处置能力。

4.4 设备管理

以设备实物管理为中心，利用信息化技术将设备在使用、维护、修理、检验、变更、闲置、封存和报废环节形成的履历信息数字化，达到设备从投产到报废的全流程管控。通过重点设备状态的切换/持续时间的运行状态可视及运行时间的自动分析统计，为设备开机率、使用率等指标提供数据基础。基于年度维检修预算申报管理模式，建立了可在线审核、监管、查阅的设备年度工作计划管理平台，为维修费用精细化管理奠定基础。固化特种设备、电气设备等国家规定的检定周期，实现作业在线定标、到期预警自动提醒、作业结论快捷维护的周期性作业闭环管理。利用防爆移动终端，将公司“三册三卡一清单”植入系统，借助北斗定位技术，通过移动巡检、故障申报、维修处理、智能统计等环节，实现场站智能化巡检和运维。

5 结语

昆仑能源公司经过多年探索、开发及应用，初步搭建完成一套先进适用、专业高效、满足生产安全和应急管理实际的生产管理系统，基本实现了城镇燃气、支线管道、加气站、LNG 接收站、LNG工厂、LPG 六大业务安全生产的“实时监控、安全管控、平战一体、便捷应用、智能分析”的应用目标，对确保我国能源战略应用市场发展和推广起到积极作用。未来昆仑能源将紧贴我国能源战略的特色需求，围绕“高质量建设国内领先、世界一流的天然气能源企业”战略目标，强化核心技术攻关，加强科技成果转化，奋力推进能源企业数字化转型智能化发展。