图扑软件数字孪生油气管道站，搭建油气运输管控平台

前言

从国家管网集团获悉，西气东输管道系统 2021 年已累计输送天然气超 1000 亿立方米，这是西气东输年输气量首次突破千亿立方米。为了应对复杂多变的供气环境，保障全国人民的天然气使用，加快管道智能化是赋能油气行业高质量发展的必然选择。

图扑软件在数据可视化领域耕耘多年，面向油气储运用户，成功研发出智慧油气管道可视化管理系统。综合了物联网、人工智能、大数据、通信技术、GIS、可视化等多种技术，对油气管道运维全生命周期数据进行统一管理与维护。提高管道运维管理的智能化水平，将整个工艺流程透明化、可视化，从优化过程端入手达到控碳、减碳的目的。

本次案例以三维数字地图为背景展示。场景初始化后，通过图扑软件 HT 可视化打造油气管道空间切换，浏览不同场景效果。首页效果展示通过底层应用接口，将 2022 年西气东输主要成果进行同步上传，生成 2D 数据看板。

 

福建省地区设置高亮显示，鼠标左键双击 “福建” 区域，即可下钻至可视化系统。图扑软件通过对油气管道站内设备、建筑、道路、绿化等进行三维建模，仿真还原站内整体情况。界面可实现鼠标的旋转、平移、拉近拉远操作，用户可自行点选查阅各设备的数据更新情况。

 

 

系统概览

系统涵盖产量分析、能耗分析、设备运维、安全防护以及厂区监控等板块。图扑软件运用物联网、大数据、人工智能技术对传输到管理中心的智能感知数据进行分析计算，并通过可视化技术实现对日常运维的辅助决策、智能状态感知、智能数据分析、智能信息发布、智能设备管理、智能业务管理六大功能。2D 面板采用曲线图、趋势图、统计图等多种图表，实现分输量数据、进出站压力、压缩机运行状态、设备完整性、电能波形、综合流程分析等数据的实时可视化展示。

 

 

分输量可视化

随着天然气用气规模逐年增大，对天然气分输精度提出了更高要求。图扑软件通过对接数据接口，将省官网分输量、指定分输量以及昆仑分输量进行可视化表达，管理人员可根据 2D 面板直观查看输送量具体数据以及占比情况，实现了分输监测由人工主导向智能控制的转变，在提高站场运行可靠性、稳定性的同时，大大减少了操作人员的工作量。

 

管道压力可视化

管道工作压力是油气管道设计中的一个重要部分。图扑软件通过对接测试系统，将管道的进站压力、站内压力、出站压力进行数据采集，并通过丰富完善的图表库资源支持，将一年内的压力变化通过折线图动态展示。有利于工作人员合理调配泵站和压气站的数量、站内机组的功率以及管道的耗钢量。

 

设备完整性可视化

设备完整性在管理过程中，贯穿设备自安装使用开始直至报废的生命周期。图扑软件 HT 引擎支持根据设备情况自由设置监控设备，将抽象复杂的数据通过 HT 可视化图表进行清晰反应，提高油气站场设备可靠性，降低生产运行风险。

 

 

电能波形可视化

图扑软件拥有一个海量的数据表库，可自适应当前绝大部分浏览器尺寸及分辨率。依托物联网、大数据等新型技术对西气东输压气站 110kv  变电站与 10kv  变电站进行实时监测、数据分析，并根据其波动规律搭配图形组件，实现能源的高效、绿色、智慧应用与监管。

 

流程演示

图扑软件充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，并依托其可视化技术，将西气东输二线广南支干线管道演示，包括地下管线、管线阀门、卧式分离器、旋风过滤器、空冷器等。化繁为简，便于信息的传达与沟通。

 

 

产量分析

图扑软件针对油气管道站不易实时监测、准确定位等问题，建立了基于传感器、通信、计算机等物联网技术设计的油气管道产量分析监测系统方案。

将图扑软件 Web 可视化引擎与油气站管道输送产量分析系统相结合，接入产量数据至可视化平台，实时更新官网正输、省官网正输以及昆仑利用正输各支路瞬时产量、平均产量，点击设备编号可查看设备气体组成成分以及高危发热值，提高了管理的自动化、信息化水平。

 

 

总产量与产量比例信息可视化

支持通过 2D 面板对输送产量进行实时监测、通过数据统计图进行呈现。以便于运维人员对官网正输/反输、昆仑正输、特供产量进行监测掌握。

 

 

瞬时与平均产量信息可视化

选择搭载智能传感器，可对官网、省网以及昆仑各支路输送信息进行实时统计与监测。包括瞬时产量与平均产量，并以折线图形式展示输送量的计量数据以及波动形式，保证极差的准确性和权威性，帮助企业把握油气集输量的真实情况，提高经济效益与权威效应。

 

 

气体组分信息可视化

支持对不同设备的气体组分进行监测，包括甲烷、氮气、CO2 等气体所占比例，点击对应设备即可切换查看，实时掌控设备的运行健康状态。

 

 

耗能分析

对油气管道站而言，提高运营管理水平，降低运行能耗，是降低企业输油成本、提高经济效益的重要手段。降低输油管道运行成本的措施之一就是对每条管道、每个设备实行严格的能耗目标监测。图扑软件利用丰富的图表、图形设计元素将总耗电以及压缩机耗电进行可视化表达，并根据输送方案，对油气管道未来一周的能耗进行预测，可有效查看机组能耗，提高能源利用效率。

 

 

总耗电监测

用电成本的控制与监测对油气管道输送具有重要意义。通过图扑软件 HT 可视化的 2D 面板和图表的数据绑定，可对油气管道总耗电进行实时的数据展现。并采用折线图统计近十天内耗电总量，为节能减排提供可靠依据。

 

压缩机耗电监测

压缩机作为耗电大户，在运行中会产生大量的电力消耗。图扑软件能够通过压缩机能耗数据进行统一化的采集，按时间排布分析，接入传感器数据实现可视化表达，实现压缩机的耗电监测的规范化、标准化，提升设备运行的经济性。

 

能耗预测

图扑软件通过利用大数据技术，对未来一周的耗电相关指数进行全方位剖析，聚合关键指数，以专业视角进行切入，实现预警和趋势预测。对应生成动态的可视化图表，提高用户决策水平，引导油气管道管理健康发展。

 

 

设备运维

利用 HT for Web 渲染出科技感的线框模式，可将设备运维管理透明化。管理人员可点击场景中的仿真设备，显示设备以及建筑属性信息。

 

 

包括设备库房的进出设备类别以及取用信息、综合设备间的设备数量信息、变电所的进、输出电压及耗电统计、机柜间的维修数量、厂房的液体浓度信息等。其中设备的报警、故障、空闲、在线等状态可以通过不同颜色以及动效实时体现，实现设备的实时状态监测。

 

 

压缩机区设备管理

在压缩机的运行实际中，因地质条件变化等多种因素的影响，它的流量、进气压力都可能有所波动。图扑软件采用轻量化建模技术仿真压缩机设备模型，通过三维可视化展现，点击设备弹出压缩机厂房的工作时间、工作设备数量以及维修设备数量，并以折线图显示数据变化趋势。

2D 面板联动三维场景，实时显示指定压缩机的连续运行时间与累计运行时间。点击右侧按钮即可切换查看不同设备的对应信息。帮助运营人员精准把握。

 

 

三维场景内双击压缩机厂房即可查看压缩机工作状态。通过 3D 可视化，将压缩机的整体结构设备分布情况进行立体化的呈现，点击设备对应按钮即可随意切换不同压缩机工作视角，不同颜色的线条代表着不同的空气的流动，彻底解决了设备在进气、压缩和排气过程中只能依靠抽象讲解演示的弊端，满足多样化监测需求。

 

场景内点击压缩机即可查看机器拆解过程，2D 面板重点显示压缩机技术参数、安装信息、设备参数、历史故障、历史维修、历史保养、备品备件等信息。将原本复杂的分析数据，以直观的形式表现，简化用户的理解难度。

 

 

过滤区设备管理

将过滤区的运行时间以及累计运行时间信息统计后通过图扑软件可视化进行展现，能让业务人员更好的把控过滤区运行规律。

 

 

油气分离器是过滤区的主设备。主要作用是将回收的气路和油路分离，是油气回收非常重要的部件。图扑软件通过 API 数据接口，对分离器的业务数据进行展示。点击对应设备即可查看不同分离器的压力降与过滤效率，2D 面板统计不同过滤区的运行时间。

过滤器包含旋风分离器与卧式分离器，点击过滤器的阀门可查看阀门的类型、位置以及工作状态。包含进站阀门以及出站阀门等。

 

 

空压机区设备管理

为提升油气管道的管控效力，图扑软件 HT 支持无缝融合  HTML5 各项多媒体功能，联动空冷机设备，对其设定压力、设定温度、以及设定功率等展开动态监测，并对区域内的所有设备进行了运行时间的监测以及累计展示。

 

 

计量区设备管理

点击三维场景内计量厂房浮现属性信息，详尽展示油体计量总数以及液体计量总数。不同计量区的运行时间、连续运行时间以及综合设备利用率 OEE 在 2D 面板展示。

 

 

调压区设备管理

基于 Web 端的 UI/2D/3D、GIS、BIM 及 VR/AR 等可视化工具及应用，系统支持对调压区的运行时间、连续运行时间以及综合设备利用率 OEE 实时累计统计并平铺在显示器上。

 

 

安全防护

油气管道及其附属设施的安全至关重要，目前主要依靠人工巡护的方式进行保护。人工巡护的方式在时空覆盖性上无法实现 24 小时无盲区管控，存在很大安全隐患。图扑软件通过可视化手段，以电流电压、能耗、设备告警三层对象为管控要点，连接各分散监控系统进行集中管理，最终实现油气管道安全防护，从“人防人控”向“技防技控” 转型升级。

 

 

节能减电流电压

电流电压模块通过优化整合各系统资源，对压缩机实时电流电压以及能耗实行集中监视，并通过折线图反映变化趋势，帮助业务人员实现电压电流以及能耗的在线监测及动态分析，把握设备安全情况。

 

节能减排设备监控

设备监控中，对告警设备数量进行时间段（周/月/年）的分层统计，并对设备告警信息进行详细整理与统计。工作人员可根据可视化系统，通过趋势分析、报警类目、操作指令等方式获取异常设备情况，解决异常问题。三维场景内产生故障设备将触发系统告警，巡检人员可快速查看并维修，有效降低设备故障带来的损失。

 

能耗与省管网反输监控

通过采集压缩机与其它设备能源介质数据，运用图扑软件 HT 可视化组件，构建能源监控可视化看板。帮助用户结合历史数据趋势和警报进行分析，帮助诊断和隔离故障，提高管理效率，及时发现并且处理问题。

 

 

机柜间管理

3D 空间内展现了机柜间三维模型以及机柜分布。与底层数据采集系统进行集成，能实时查看温湿度、漏水监测等动环数据，能更新配电监测实时数据。2D 面板显示台账信息和配电监测。实时的管理与监控低压设备以及台区综合评价状态，对设备资源进行状态查询、参数监测、预警告警等智能监测功能。

 

 

厂区监控管理

车辆与人员监控管理

通过 HT 系统，可以使虚拟环境中的空间环境与现实中的监控管理融合。图扑软件利用三维仿真可视化灵活优势，对厂区人员进行实时信息抓取、并通过结合企业人员打卡系统对工作人员进行信息的提取对比与监测管理。支持对进出车辆与人员进行统计汇总，为数据驱动的智能化管理奠定坚实的基础。

 

 

厂区监控管理

2D 面板信息集合了厂区内各项监控信息。图扑软件将厂区内分散、孤立、视角不完整的监控视频统一整理。点击摄像头位置图标即可切换至对应摄像头，再次点击摄像头图标可切换至摄像头实时画面，实现场景还原。

 

 

电子围栏选择固定区域为防护区域，产生越界行为进行报警，抓取越界图像。用户点击按钮即可查看区域位置以及人工产生报警行为，满足企业厂区全局导览、告警联动、电子巡检、人车定位轨迹跟踪等管理需求，为数据驱动的智能化管理奠定坚实的基础。

 

 

海上石油开采

图扑软件采用自主研发的 HT for Web 组态软件，通过可视化动画效果和子菜单的数据可视化图表载入，设计了海上油气集输智慧石油开采可视化综合管理系统。打破信息壁垒与孤岛，实现互联互通和信息跨部门跨层级共享共用。

 

 

维修投入可视化

管理人员可直接查看设备的维修状态报告，上面清晰列明设备维修是否到期，维修计划是否到期，维修计划数量是多少。通讯、除磨、变压机是否有故障，故障是多少等等，使现场人员更方便、高效地进行生产线的管理。

 

 

设备事件可视化

整个生产线的设备事件通过图扑软件治理后状况一目了然，性能利用率、设备利用率、合格品率等这些数据都能进行实时分析。借助数字孪生技术，准确上报设备的突发事件与运行状态，包括闪速炉、转炉锅炉、空压机、阳极炉以及污水泵等。系统支持将有问题的设备通过 3D 可视化直接的表现，2D 面板展示详细信息，非常方便管理人员排查隐患。

 

 

2.5D 智慧油气田

关于油气采集的可视化系统，图扑软件还搭建了采用 2.5D 的轻量化设计线上智慧油田。系统以四川地图为基，展示整个省的油田分布。通过 2D 组态了解石油勘探—石油开采—油气集输—井下作业—石油化学工业整个流程。

 

 

天然气开采

对于和原油储藏在同一层位的天然气，会伴随原油一起开采。图扑软件天然气开采智慧可视系统，动画展示气田建设三个阶段：钻前工程、钻进工程和完井作业。

 

动画效果

模拟建造

图扑软件自主研发的 HT for Web 引擎，经过搭建轻量化的场景、搭配数据面板以及动画驱动制作了站场施工流程可视化。场景支持常规的旋转、平移和视角缩放。结合动画和时间轴模拟厂区各个厂房建造开工与完工的时间，可以直观、精确地反映整个建筑的施工过程。

 

 

施工过程包括计量厂房、设备库房、综合设备间、变电所、压缩机厂房、机柜间、厂房以及工艺设备区等建筑的演示。

 

消防预警

由于天然气的易燃易爆危险特征，受温度计压力的极易发生火灾、中毒与爆炸的问题。一旦对于管道的风险隐患排查不够到位,极易发生不可估量的后果。图扑软件依托卫星遥感、航空巡护、视频监测等手段，实现防火监测立体化、智能化、可视化全天候覆盖，可有效提升油气管道火灾监测预防能力。

在 3D 场景中模拟发生火灾情况时应急处理措施，固定区域起火，同时消防车辆进去进行灭火处理，旁边附以处理事件时间轴。当发生火灾时，智能烟感能准确探测到明火带来的烟雾，并将准确位置传达给管理员。同时，相应的消防车和人员都可以 3D 模拟形式在系统中展示，方便管理人员做出最佳救火决策。

 

 

天然气站消防

图扑软件的可视化系统，不仅可以助力油气管道消防，对于天然气站消防管理，也有一套解决方案。天然气作为可燃物对于存储量极大的天然气站来说是非常危险的，对其安全性的要求也是非常高。预先规划的消防线路、人员施救方案等，通过图扑软件三维场景仿真模拟现场消防施救，为消防施救工作提供可靠有效的信息。

 

工艺工法

工艺工法重点模拟工法流程，运行管道走向，同时经过设备时进行相关数据信息展示，运行中整体场景变暗，流经部分设备及管线亮度提升。

 

 

实现价值

助力低碳生产

低碳目标下，能源领域的数字化、智能化转型作用更加凸显。能源数字化的意义，不仅在于把人从繁重体力劳动中解放出来，对企业还有诸多好处。图扑软件通过油气管道数字孪生系统，对运维数据进行实时展示，可以提升管理效率和生产效率，促进绿色低碳转型。

 

站场智能管控

西气东输站场运维具有多气源、多用户、用户需求种类多的特点，供气保障难度高，站场管控压力大。为了降低站场运行风险，提高管网运营效率，图扑软件基于运行数据，利用 HT 强大的渲染能力，搭建的可视化解决方案，形成了集中监视的高效管控模式，实现站场分输远程自动控制，推动输气管道站场管理智能化转型，使站场运营管控效率显著提升。

 

设备风险智能管控

图扑软件通过对压缩机组运行数据进行关联性分析，建立智能健康感知模型，生成健康状态量化评估指标，实时分析与预测压缩机组健康状态。强化设备风险智能管控，提升设备工作质量水平。

 

总结

随着西气东输的不断推进，我国油气管道里程数不断增加，传统管道运维过程中数据采集人工化、异常报警不及时、设备智能化水平等不断凸显。

图扑软件通过自主研发的 HT for Web  产品，将大数据，云计算，物联网等先进技术与油气管道业务相融合，实现异常数据智能化预警、设备 GIS 信息动态展示等功能。从而达到降低运营成本，提高生产效率，减少安全隐患的目的，进而促进管道管理的标准化，规范化和智能化进程。

未来图扑软件将继续坚定不移推进智慧管道的智能化运营体系构建，努力为天然气与管道行业的高质量发展提供更多有益探索。

 

 

更多行业应用实例可以参考图扑软件官网案例链接：

https://www.hightopo.com/demos/index.html