油氣田集氣站數字化應急管理系統?

王帥 張乃祿； 王萌 劉旭東 許磊

1西安石油大學石油工程學院2西安石油大學電子工程學院

油氣田集氣站數字化應急管理系統?

王帥1張乃祿1；2王萌1劉旭東2許磊1

1西安石油大學石油工程學院2西安石油大學電子工程學院

針對蘇里格氣田集氣站安全生產和數字化應急管理需求，以蘇11—2集氣站為對象，研究油氣田集氣站數字化應急管理系統。系統通過站內運行參數以及狀態視頻在線實時監控，整合數據信息，診斷危險等級，自動啟動響應程序，集預警、準備、響應、恢復各應急環節一體化運行管理，實現集氣站生產運行異常自動診斷和事故自動響應。實際運行表明，該系統實現了油氣田集氣站安全隱患有效控制和突發事件高效處置。

集氣站；數字化；事故診斷；自動響應；應急管理

油氣田集氣站內管道縱橫、容器密布、工藝復雜，生產和儲運高溫高壓、易燃易爆天然氣，具有潛在的重大危險，是油氣生產的高危場所，集氣站安全隱患與事故的預警和應急管理是生產管理重中之重。隨著數字化技術的快速發展，油氣田生產已實現數字化監控與優化管理[1]，集氣站安全管理與事故應急救援面臨新的要求，安全狀態信息與工藝數據的整合、故障診斷、事故預警、應急處置、統一協調與及時有效管理是應急管理系統重點解決的問題[2]。結合蘇里格氣田蘇11—2集氣站工藝特點與應急救援流程，研究油氣田集氣站數字化應急管理系統架構，系統地監控生產過程數據和安全狀態視頻圖像，進行危險等級診斷、應急自動響應與應急處置管理，以實現集氣站安全隱患有效控制和突發事故高效處置。

1 集氣站與安全應急管理流程

1.1 蘇11-2集氣站生產工藝

蘇里格氣田蘇11—2集氣站包括進站區、分離區、壓縮區、閃蒸區，污水罐區和外輸區六大生產區域，其生產工藝流程如圖1所示，其中C1～C9為集氣站生產過程主要工藝參數。

圖1 蘇11—2集氣站生產工藝流程

1.2 安全應急管理流程

應急管理分為預警、準備、響應、恢復四個階段，蘇11—2集氣站應急管理流程如圖2所示。

圖2 蘇11—2集氣站安全應急管理流程

2 數字化應急管理系統構架

集氣站數字化應急管理系統的總體構架如圖3所示。

（1）基礎設施層。該層系統運行的軟硬件支撐平臺，硬件包括計算機網絡、移動通信、監控服務器、管理服務器、支撐子系統、聲光報警設備等，其中支撐子系統包括現場實時數據與狀態視頻采集系統、事故診斷與預警報警系統、應急自動響應調度系統、事后評估系統等；軟件包括實時數據庫、關系數據庫、應用程序平臺等。

（2）業務應用層。業務應用層的功能包括數據采集、視頻監控、事故診斷、預警報警、應急演練、應急預案、自動響應、指揮調度、事后評估等。

（3）集中管理層。該層是系統運行的管理平臺，包括集氣站生產指揮中心與作業區。

圖3 集氣站數字化應急管理系統構架

3 系統運行

3.1 實時采集與監控

數據采集子系統利用OPC接口通信技術采集集氣站實時生產工藝數據，數據后臺運行歸類，錄入實時數據庫，自動生成報表，可網絡共享；視頻采集子系統運用高清攝像機在線監控與抓拍圖像，采用有線傳輸，將視頻服務器輸入的模擬信號數字化處理，以數字信號的模式傳送至網絡。

3.2 事故診斷

事故診斷子系統分析集氣站運行狀態參數與預定值偏離程度及狀態視頻圖像特征，結合專家庫、預案庫等，依據預先設定的事故診斷標準[3]，自動診斷事故危險等級，進而啟動相應預警、應急程序。事故診斷模型如圖4所示，分為底層驅動、數據處理、人機界面模塊，其中數據處理模塊包括實時數據采集、視頻庫、數據庫、專家庫、預案庫。

3.3 預警報警

預警報警子系統接收到診斷結果異常信息，即集氣站生產運行狀態參數超出預設限值或監控視頻異常，集氣站作業區和生產指揮中心聲光報警器第一時間發出警報，同時通過手機告知平臺，以圖、表、文檔等形式發送預警信息，形成預警報警過程記錄，并導入應急自動響應與事后評估子系統。

圖4 事故診斷模型

3.4 響應準備

3.4.1 制定應急預案

（1）判識集氣站工藝、設備及站內外可能發生的事故，并進行影響范圍和后果分析，評估現有應急能力與物資需求。

（2）編制應急預案，與集氣站事故危險等級相結合，制定事故判識標準，并明確規定每位應急人員在緊急狀況下的職責。

（3）建立數字化應急預案庫，實施預案庫動態管理，不斷更新完善。

3.4.2 建立應急物資

（1）針對可能發生的事故與歷史記錄，制定相應物資儲備、調用、購買目錄，建立物資儲備信息數據庫，及時補充儲備不足的物資，并納入集氣站日常管理，實現物資儲備動態管理。

（2）優化應急物資配送體系和集成診斷子系統，依據事故診斷結果，明確事故應急物資需求，快速高效地整合儲備物資，及時有效地配送到指定地點，重點地區重點安排，重要物資優先配送，有效配合應急響應[4]。

3.5 自動響應

手機告知平臺是將應急響應子系統與智能手機集成，平時員工可實時查詢站內生產數據和設備運轉情況。當應急響應子系統收到事故預警信息后，通過手機告知平臺向應急人員手機立即發送預警信息，應急人員手機會報警響鈴，告知事故發生[5]。同時，依據診斷結果，系統自動給出預案中確定的應急人員資料，并通過此平臺自動分配各專業人員應急救援任務及地點，并需有關員工回復，確保收到應急通知，在第一時間趕赴現場進行救援。

3.6 指揮調度與事后評估

指揮員按預先設定的應急流程下達處置指令，流程框圖化顯示，避免響應調度中主次顛倒和處置環節的遺漏，有序調動應急人員、物資到指定點，變被動為主動。現場指揮平臺實時跟蹤反饋，與集氣站生產指揮中心進行雙向數據通信，為加速事故的應急處置提供及時有效的數據信息。在所有搶險結束后，自動生成應急全程的數據信息和行動記錄，對其評估分析，進而修訂和改進預案，為日后事件預案提供決策依據。

4 系統特點

該系統具有以下特點：①數據自動采集與視頻在線監控，實時監控集氣站內外、工藝及設備的生產運行狀況；②自動診斷與應急自動響應，使站場隱患與事故得到及時的預警、報警，保證預警與處置的充分銜接，使集氣站事故得到及時的處置，大大降低事故的嚴重程度；③應急工作流的數字化和應急人員、物資調度的自動化，使緊張繁瑣的應急管理工作變得簡潔明了，提高了應急救援的效率。

5 結論

（1）針對油氣田安全管理與事故應急的新要求，建立了數字化應急管理系統構架，將數字化技術應用于預警、準備、響應、恢復等應急環節，使其變成了一體化運行管理系統，各級應急人員在統一平臺上協同工作，提高了集氣站應急管理效率。

（2）系統實時采集集氣站工藝、設備運行狀態參數，集成站場狀態視頻在線監控，整合統計多方數據，診斷事故危險等級，自啟響應程序，實現集氣站運行異常自動診斷和事故自動響應，充分銜接應急管理工作的各環節。

（3）實現了集氣站安全隱患的有效控制和突發事件的高效處置，保障了蘇11—2集氣站安全運營，提升了集氣站管理水平，具有典型的應用示范作用。

[1]徐文龍，郭建春，單吉全，等．蘇里格氣田數字化應急管理的發展方向[J]．油氣田地面工程，2011，30（9）：82-83．

[2]龐誠，張乃祿，賀安武，等．油田數字化井場建設與施工[J]．油氣田地面工程，2011，30（11）：79-80．

[3]李峰，張超，張正輝．中國石油數字化應急預案系統研究[J]．中國安全生產科學技術，2013，9（9）：142-147．

[4]SteveHeckler，MelissaQuick．UsingDigitalOilfieldPrinciplesto EnhanceSafety[J]．SocietyofPetroleumEngineers，2012（3）：27-29．

[5]朱迅，韓興剛，高玉龍，等．蘇里格氣田數字化應急指揮系統的研究與應用[J]．天然氣工業，2012，32（5）：78-80．

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.3.021

基金論文：陜西省重大科技創新項目（2014ZKC(一）03-02）。