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1、燃气输配与储运城市燃气管网智能巡检系统的应用研究赵京生(北京市燃气集团有限责任公司 输配分公司,北京100050)摘 要:分析了输配管网现有巡检管理系统存在的问题,论证了燃气管网智能巡检系统的设计方案。提出了采用PDA、GPS和GPRS等技术构成智能巡检系统的具体方案。智能巡检系统的建立为提高燃气管网系统的可靠性分析水平提供了软硬件平台,进一步提高了燃气输配管理的工作效率和技术水平。关键词:城市燃气管网;智能巡检系统;PDA;故障树分析法中图分类号:TU996 文献标识码:A 文章编号:1000-4416(2008)01-0B01-05Research on Application of In
2、telligent Patrol Inspection Systemfor C ity Gas NetworkZHAO Jing2shengAbstract:The problems existing in the present patrol inspection management system for gas trans2mission and distribution network are analyzed,the design scheme of intelligent patrol inspection systemfor gas network is demonstrated
3、,and the concrete scheme of the intelligent patrol inspection system com2posed of PDA,GPS,GPRS and other techniques is put for ward.The establishment of intelligent patrolinspection system provides a software and hardware platform for enhancing reliability analysis level of gasnet work system and fu
4、rther improves the work efficiency and technical levelof gas trans mission and distri2bution management.Key words:city gas network;intelligent patrol inspection system;Personal Digital Assistant(PDA);fault tree analysis 截至2006年底,北京市有燃气管道7 295 km、阀门井6 763座、凝水缸2 636个、调压站646座、调压箱3 086座。2005年,北京市燃气集团输配分
5、公司在全北京市燃气管网安装巡检管理系统。虽然提高了管网运行到位率和检查质量,对管网运行管理工作起到一定作用,但还存在不合理的因素,有待进一步改进。如管道运行和调压站运行各一套系统,运行人员拿两个巡检仪不方便;出现问题没有解决方案,不能快速解决问题;没有对数据的分析,并从中找出一些规律性的问题来,预防事故的发生。1北京市燃气输配系统的运行管理为了保证输配系统不间断地、可靠地给用户供气,在运行管理方面应是在安全的情况下,根据管道的压力级制规定检查周期,按计划对管道、阀门井、凝水缸、调压站、调压箱运行情况,填写记录,对存在的问题及时修复或上报,并对设备进行定期维护保养。1.1 燃气管道的运行管理 燃
6、气管道的运行计划:管道系统在投入运行前需完成试压、吹扫等工序,投入运行后需定期检10B第28卷 第1期2008年1月煤 气 与 热 力GAS&HEATVol.28 No.1Jan.2008漏、清洗及进行日常维修保养。它包括管道、阀门井、凝水缸,其运行按照管道压力级制、重要程度、已使用年限、腐蚀程度等因素,由高到低分设一、二、三、四共四个等级。压力p0.8 MPa,每天巡检一遍,等级为一级;压力p0.01 MPa,每周巡检两遍,等级为二级;压力p0.01 MPa,每周巡检一遍,等级为三级,此压力级制通气一个月内运行良好的,每两周巡检一遍,等级为四级。燃气管道运行内容:管道安全保护距离内不应有土壤
7、塌陷、滑坡、下沉、人工取土、堆积垃圾或重物、管道裸露、种植深根植物及搭建建(构)筑物等。燃气管道设备(阀门井、凝水缸)的运行内容:应定期检查设备,有无燃气泄漏、损坏等现象,阀门井应无积水、塌陷,无妨碍阀门操作的堆积物等。燃气管道运行信息录入内容:运行日期、时间、部位、基本情况;隐患、违章、险情及处理方法;配合施工工程对燃气管道的保护措施等。1.2 燃气调压站、箱的运行管理 燃气调压站、箱的运行计划:运行人员应每日对管辖区域内调压站、区域调压箱巡检;锅炉用调压箱冬季每周巡检一次,其他时期每月巡检一次;楼栋式调压箱每月巡检一次。燃气调压站、箱的运行内容:调压装置的巡检内容应包括调压器、过滤器、安全
8、放散设施、仪器、仪表等设备的运行工况,应无泄漏等异常情况,一般在日常更换压力记录纸的同时对设备及附件进行检查。燃气调压站、箱运行信息录入内容:站(箱)名称、运行日期、时间、部位、运行压力、异常情况、处理方法等。2现有巡检管理系统的使用情况2005年,输配分公司在全市燃气管网安装巡检管理系统。其中每座调压站各安装3个射频卡,每座调压箱、阀门井各安装1个射频卡,截至2006年底共安装11 787个射频卡。现有巡检系统的特点是可以对巡检人员实施有效的监督。它可以准确了解运行人员巡检到位情况并进行记录和考核。但还存在着管理上和技术上的缺陷,如人为因素较多;对巡检工作内容无法进行有效监督;管理不便,不能
9、够及时准确地反映线路设备的运行状况。具体分析如下:现有巡检系统仅记录了时间、地点,只能起到考勤打卡作用,不能保证巡检检查的质量。若巡检人员责任心不强,会带来管网和设备漏检或漏项问题。现有系统对巡检人员是否对管网上的每一个设备、项目进行认真检查、对巡检人员的工作质量不能作出准确的定量考核。无法全面采集管网运行的一线数据,如设备正常情况(设备开启状况),设备缺陷情况(设备漏气、管道隐患)等。由于现有巡检体系不够科学规范,人员素质的高低对巡检质量影响很大。受巡检人员知识和经验的限制,检查效果和数据记录的质量参差不齐。并且由于采用人工纸记录方式,存在记录的不准确性,容易产生漏记、误记的问题。现有系统没
10、有灵活的巡检任务管理功能,缺乏缺陷巡查的应对方案,对已发现的问题没有处理方案和反馈记录。现有系统对各类数据很难进行快速有效的统计分析,无法对管网设备现状作出全面准确的评估。每次巡检后都会产生大量的巡检检查记录,要对这些记录中的数据进行收集、处理、分析,具有相当大的工作量,而且巡检原始记录保存、查询困难。现有系统是单机运行,无法做到不同部门之间的信息资源共享。现有巡检系统不属于实时数据采集系统,缺乏巡检细节描述,缺乏后续数据分析处理能力。通过上述分析,我们发现燃气输配分公司目前采用的人工巡检,手工记录并辅助以巡检仪进行巡检维修的这种体系架构很难解决上述问题。3燃气管网智能巡检系统的应用研究巡检工
11、作的目的就是在故障发生前尽可能早地发现隐患,并及时准确地汇报和处理。根据北京市燃气输配系统的实际运行管理情况,在现有巡检系统的基础上,本课题作了进一步的分析研究,将现有巡检管理系统进一步扩展为智能巡检管理系统。即:基于个人数字助理PDA(Personal Digital Assis2tant)、全球定位系统GPS(Global Positioning System)和通用无线分组业务GPRS(General Packet RadioService)等技术的巡检管理系统解决方案,智能巡检系统基于GPS和GPRS技术,构建了PDA巡检终端和燃气管网巡检指挥调度中心。通过对管网运行管20B第28卷
12、第1期煤 气 与 热 力理实施动态实时监测,更好地督促和配合巡检工作的完成,进一步保障管网的安全稳定运营。3.1 系统分析3.1.1 需求分析 能及时、准确和可靠地反映供气管网和主要设备的实际运行情况。全面采集管网运行的一线数据,如设备正常情况(设备开启状况),设备缺陷情况(设备漏气、管道隐患)等。通过智能巡检系统,建立规范科学的燃气管网巡查检修体系。能够对巡检人员实施有效的监督管理。目前对巡检人员的管理监督都是沿用传统的“人管人”的模式,实际操作中易受到人为因素的影响,巡检工作中不可避免地会出现监管的空白和漏洞。通过智能巡检系统将原来的人监督人模式转化为计算机监督的先进模式,真正做到巡检管理
13、监督工作的铁面无私,解决了对一线安全检查人员实施有效监督管理的难题。提高了安全管理水平,杜绝了人为因素在安全工作中造成的隐患。针对供气设施突发缺陷,在智能巡检系统中建立缺陷巡查应对方案,提供专家指导功能和更灵活的调度管理功能。通过智能巡检系统的数据处理功能,能够对燃气管网的各类数据进行快速有效的查询、统计和分析,从而对管网设备现状作出全面准确的评估。通过智能巡检系统的数据网络接口,可以利用Internet或Intranet将巡检数据和分析报表等传送到有关部门,实现安检信息与其他各种安全管理系统的整合和信息共享,为进一步的决策支持系统打下良好的基础。3.1.2 可行性分析从行业发展来看,当前计算
14、机技术和网络通信技术迅速发展,同时随着嵌入式技术的成熟,在大范围内采用PDA作为巡检作业数据采集工具成为可能。因此,研究和建立PDA巡检终端不再是泛泛之谈。从技术方面来看,当前计算机硬件水平的飞速提高以及数据库技术的发展使得计算机具备处理大量复杂数据的能力。从经济方面来看,计算机硬件设备和软件的价格逐年在下降,同时随着面向对象开发技术的成熟,开发费用也越来越低。而且无论计算机硬件还是软件都是耐用品,一次购置,多年使用。因此无论从行业、技术还是经济方面来说,智能巡检系统的研究和建立是可行的,已达到了实用阶段。3.2 系统设计系统设计的原则是充分考虑目前实际运用的可能和未来发展的需要,基于已有系统
15、和组织的实际情况来进行设计。3.2.1 目标设计在智能巡检系统中,PDA巡检终端内置GPS接收机,可不断读取到卫星发来的定位信息。巡检工作人员将定位信息运用于巡检线路;将设备检修记录保存于PDA数据库,并通过GPRS将数据实时上传至燃气管网巡检指挥调度中心。燃气管网巡检指挥调度中心可以实时监测巡检人员所处位置及所进行的各项工作任务。面对突发缺陷,PDA巡检终端可将请求查询信息上传至燃气管网巡检指挥调度中心寻求帮助。燃气管网巡检指挥调度中心可将专家库指导下传至PDA巡检终端,实现交互式任务处理(系统整体架构见图1)。图1 智能巡检系统整体架构3.2.2 问题域描述该系统需解决具有明显边界的几个子
16、问题:PDA巡检终端所需功能。实时数据传输。燃气管网巡检指挥调度中心系统构建。在问题 中,要解决巡检的数据采集及任务处置问题。通过GPS实现管辖范围内的地图导航;通过任务程序指导巡检工作并记录管网设备的当前状况;能对缺陷问题进行描述,需要时可以提请智能专家系统指导。在问题 中,要通过GPRS实现数据的实时传输。解决巡检指挥调度中心数据库与PDA巡检终端数据库的数据转换和数据一致性问题。在问题 中,要管理所有巡检员信息、设备图档信息、巡检任务的调配及任务验收等工作,并实现巡检数据的统计分析查询和缺陷问题的查询判别处理。30B赵京生:城市燃气管网智能巡检系统的应用研究第28卷 第1期根据上述对系统
17、的问题域的描述进行分析,可获得整个系统的功能需求模型。系统的各个对象相互依赖关系反映了系统内部的联系。其中巡检任务管理和数据实时传输是相互依赖的关系,而数据实时传输又与线路设备巡检、缺陷查询管理等构成相互依赖的关系。此外,人员信息管理、设备图档信息、巡检数据管理、巡检任务管理等对象间还存在部分依赖的关系(系统用例包图见图2)。图2 智能巡检系统用例包图通过使用用例包图,对智能巡检系统设计进行了高阶概述。在逻辑上把一个复杂的系统图形模块化,完成了逻辑设计。3.2.3 智能巡检系统功能模块的设计系统采用开放式模块化设计结构形式。功能模块是系统功能的执行单元,彼此之间相对独立,但是又需要相互协调以完
18、成所有系统整体功能。合理的模块划分有助于实现系统针对不同应用的功能裁剪。系统功能结构见图3。图3 智能巡检系统功能结构PDA巡检终端的功能模块PDA巡检终端主要分为巡检任务登录模块、线路设备选择模块、线路设备巡检模块、缺陷查询处理模块。a.巡检任务登录模块功能:以密码方式管理巡检人员登录,并让其按计划选择将要巡检的线路,同时输入巡检时的天气状况。实现方法:通过访问巡检指挥调度中心管理机,获得巡检任务授权并开始此次巡检记录。b.线路设备选择模块功能:除按计划完成巡检任务外,还可根据目前巡检人员位置信息和所巡检线路,将距离最近的线路设备列表供巡检人员选择。在线路设备地理信息不准确时,将当时采集到的
19、地理信息存入数据库,实时传回管网巡检指挥调度中心。实现方法:调用GPS管理模块获取地理信息,用地理距离计算两点间距离,从而得到在允许距离范围内的设备列表。c.线路设备巡检模块功能:根据要巡检的设备,从数据库中调出对应巡检项目,供巡检人员使用,储存对该设备的巡检时间,并对不正常的巡检结果进行保存,已巡检设备的未保存巡检项目默认为正常。实现方法:实现巡检项目的动态列表处理,并以颜色标注缺陷等级。巡检内容如下:调压站、箱:设备内容、状况、工况(有无漏气、压力是否正常等)。管道设备:阀门井设备内容、状况、工况(有无积水、有无漏气、有无异物、有无堆积物、井盖丢失、腐蚀状态等)。管网:管道上是否有违章物、
20、违章地点位置、违章单位名称、联系人、电话、危害程度、施工安全距离。d.缺陷查询处理模块功能:根据预先对巡检项目定义的缺陷级别知识库,对不正常的巡检项目结果进行缺陷分级,并进行相应提示,提供备注输入,并保存。同步实时传回管网巡检指挥调度中心。实现方法:程序根据数据库中定义的缺陷等级对巡检人员输入的缺陷描述自动进行登记判断,并给出相应提示解决方案。此外,PDA巡检终端设备的选用应结合燃气行业特点,适用于恶劣工作环境。设备应针对工作环40B第28卷 第1期煤 气 与 热 力境设计制造,应具有可靠、安全、易用和低功耗等特点。实时数据传输系统通过GPRS建立实时数据传输系统。此外,智能巡检管理系统提供数
21、据网络接口,可以利用Internet或Intranet将巡检数据和分析报表等传送到有关部门,实现与其他管理系统的整合和信息共享。巡检指挥调度中心管理系统巡检指挥调度中心管理系统主要分为设备图档信息模块、数据统计分析模块、缺陷查询管理模块、巡检任务管理模块、人员基础信息模块。a.设备图档信息模块辖区范围内各类设备基础信息及管道图纸。包括节点的标号、设备维护标准、设备使用年限、管道特性、调压站设备的各项参数等。设备图档信息模块包括超高压管网、高压管网、中压管网,低压管网共4个子模块。b.数据统计分析模块对巡检取得的管网各项数据进行统计和分析。根据任务或时间段生成相应业务报表,提供图形化、报表化的业
22、务分析数据。具体包括:人员信息:巡检人员的出勤率、达标率。设备信息:输配的操作费用、燃气漏失量、维修资料、防腐资料和运行数据等。燃气系统维修保养方面可建立计算机故障数据汇集系统,以及设备维修保养的监测系统。故障信息:某段时间发生同类现象的统计,所辖区域内的报警点、处置情况、后续措施等。c.缺陷查询管理模块建立缺陷预案。根据PDA巡检终端实时上传来的缺陷记录,启动缺陷设备的寻根流程,利用故障树分析法等模型工具调用系统专家库,提供相应问题解决方案。最后将指导意见下传给PDA巡检终端。d.巡检任务管理模块建立巡检任务,并能实现灵活调度。实时监控巡检人员所处位置及所进行的工作,包括压力周期记录、设备运
23、行现状等。对巡检发现的问题自动提供声音报警,并显示相应的警示信息。e.人员基础信息模块班组信息:巡检员所属班组的信息。巡检员信息:巡检员基础信息。3.3 故障树分析法在城市燃气管网运行中如何有效防止事故发生,如何建立以提高可靠性为中心的燃气管网设备维修、维护体系,保障燃气输配设备安全稳定运行是燃气行业面临的重大课题。智能巡检系统为建立燃气管网设备的失效模型,提高管网设备的可靠性分析水平提供了软硬件平台。缺陷管理专家系统作为智能巡检系统重要组成部分,采用了事件分析和统计分析相结合的方式,对设备失效提供了定性和定量的分析方法。其中故障特性数据库的建立和故障特性分析处理是缺陷管理系统的核心。通过大量
24、巡检数据采集充实故障特性数据库,借助故障树分析法分析管网设施的薄弱环节。从可能发生的或已发生的燃气管网事故结果,去寻找发生该事故的相关原因、条件和规律,同时辨识出系统中可能导致事故发生的危险源。进而改进原有设备或操作流程,指导运行和维修,防止事故的再次产生,最终成为辅助领导决策管理的依据。4结论本文所研究的内容已经在北京市燃气集团输配分公司智能化巡检改造项目中得到了初步验证。通过智能巡检系统,对燃气管网巡检工作实施全面实时动态监管,为进一步提高燃气输配管理的工作效率和技术水平打下了良好基础。其中,通过建立缺陷管理专家系统,提高了输配设备的可靠性分析水平,进一步保障了燃气管网的安全稳定运营。此外,巡检数据统计分析系统也为下一步降低燃气输配运营成本、切实发挥投资效益、改进工作方案等决策提供了有力的数据支撑。作者简介:赵京生(1965-),女,北京人,高级工程师,硕士生,主要从事燃气管网运行及施工管理工作。电话:(010)67059381E-ma il:Zhao 收稿日期:2007-08-08;修回日期:2007-08-2750B赵京生:城市燃气管网智能巡检系统的应用研究第28卷 第1期