基于5G的天然气管线安全自动监控系统技术研究

基于5G的天然气管线安全自动监控系统技术研究

刘明旭

郑州燃气发电有限公司 河南省 郑州市450001

摘要：随着5G技术的快速发展，其在各个领域的应用逐渐深入。目前我国对于天然气等能源的需求不断增加，天然气作为一种清洁能源，在日常的生产生活中有着重要的应用。本篇文章以某燃气发电厂为例，对基于5G的天然气管线安全自动监控系统技术进行研究，针对公司机组频繁调峰启停以及天然气系统高压运行等特点，开发适用于燃气电厂的天然气管线GIS与SCADA一体化平台，实现天然气管线的完整性、信息化、精细化管理，提高天然气系统安全管理水平。

关键词：5G技术；天然气管线；安全自动监控系统

随着全球能源需求的增长，天然气的重要性逐渐得到认识和重视。然而，天然气管线事故的频发给人们的生命财产安全带来了严重威胁。当前天然气管线的监控系统存在许多问题，如传感器信号受限，数据传输延迟等，这些问题给天然气管线的安全监测带来了诸多挑战。随着5G通信技术的广泛应用，其高速、低时延的特点为天然气管线安全监控系统的设计和实施提供了更好的解决方案，因此，设计一种基于5G的天然气管线安全自动监控系统具有非常重要的意义。

一、5G网络技术概述

5G网络是目前最新一代移动通信网络技术，相比前几代网络技术，其带来的技术变革和性能提升可以用“飞跃性”来形容。其中最显著的体现就是在网速方面。5G网络的下行峰值数据传输速率可达20Gbps，比目前最快的4G网络快了约100倍，而上行峰值数据传输速率也能超过10Gbps，大大提高了整体网络传输效率。但是，光靠提高网速并不能完全说明5G网络技术的强大之处。它还能够实现小于5ms的端到端时延，这意味着用户可以在几乎无感知的情况下，实现高清视频通话、互动游戏等实时应用。此外，5G网络还拥有更高的信道容量、更强的信号覆盖能力、更好的稳定性和安全性。这使它能够支持更多连接和更复杂的应用场景，比如智慧城市、医疗健康、智能家居等。它能够连接人与设备、设备之间，甚至连接整个物理空间，让“万物互联”的梦想变得更加接近现实[1]。

5G网络技术具备多方面的技术特点，其中包括更快的网速、更低的时延和更广的连接范围。这些特点为各行业带来了广泛的应用可能性，特别是在完善和提高天然气管道智能化监控水平方面，5G技术提供了更多的可能。

1.5G网络的更快网速使得大数据量能够更快地传输。在天然气管道的智能化监控过程中，需要收集大量的数据并进行实时分析，以确保管道运行的安全和高效。传统的网络技术可能无法满足这样大数据量的快速传输，而5G网络的高速带宽和大容量特点可以有效解决这一问题，提高数据的传输效率和速度；

2.5G网络的较低时延有助于满足实时性的需求。在天然气管道的监控中，需要及时获取和处理实时数据，以便及时采取必要的措施来应对可能出现的问题。5G网络的低时延特性使得实时数据能够更快地传输到监控系统，并且响应时间更短，从而提高了天然气管道的监控和应对能力；

3.5G网络的更广连接范围能够满足多站点并发采集的需求。天然气管道的监控通常涉及多个站点的数据采集和传输，传统的网络技术在连接范围上可能面临一定的限制，而5G网络的广泛覆盖和较强的信号穿透能力可以实现多站点之间的无缝连接，确保管道各个部分的数据能够快速、稳定地传输到监控中心[2]。

二、基于5G的天然气管线安全自动监控系统技术研究的意义

某燃气发电厂天然气管线厂外至郑州分输站总长度大约为8.8千米，该管线用于输送天然气，供气压力为3.7MPa，沿着管线的设有四座天然气阀井，用于控制天然气的流动。在厂内天然气系统中，配置有调压站和前置模块，用于确保气体供应的稳定性和安全性。这条天然气管线属于高压管线，所以在目前的管线管理中仍然采用传统的人工管理方式。然而，这种管理方式存在一些问题。其中包括部分管线运行数据无法有效采集，即无法准确地获取管线的运行状态信息；同时也无法实时监视管道的运行状态；此外，管道巡检工作也无法有效地监控和管理[3]。为了解决这些问题，可以考虑引入先进的技术和设备，如物联网技术、传感器和监测系统，以实现对管线的远程监控和数据采集。通过这些技术，可以获取到管线运行的各项参数和数据，包括压力、温度、流量等，从而能够实时监控管线的运行状态，并及时发现和处理可能出现的问题。

天然气作为一种常用的能源，具有易燃易爆的特性，因此必须加强对天然气系统的安全管理，尤其是埋于地下的天然气管线，由于具有隐蔽性，安全风险更加不容忽视。因此，针对燃气电厂的天然气系统，强化安全管理对于最大化经济效益和社会效应具有重要意义。保障天然气系统的安全运行，本项目计划进行GIS（地理信息系统）、SCADA（监控与数据采集系统）以及5G网络通讯等技术的研究。结合公司天然气系统的运行特点，旨在研发一套适用于调峰运行燃气电厂的天然气管线安全自动监控系统。通过对GIS、SCADA、5G网络通讯等技术的研究，结合公司天然气系统运行特点，研发适用于调峰运行燃气电厂的天然气管线安全自动监控系统，公司将能够提升天然气系统的安全管理水平，从而最大化经济效益和社会效应

[4]。

三、基于5G的天然气管线安全自动监控系统技术

（一）天然气管线GIS系统

天然气管线GIS系统是一种集成了管线的图形数据、地理信息和设备参数等信息的系统，其主要功能是通过可视化展示，客观、完整地反映地下管线的分布和连接关系，系统能够准确展示4个阀井、穿越段、标示桩、阴极保护检测桩等设施的分布情况，此外，该系统还具备对GIS管线数据进行更新、编辑和修改的功能。通过天然气管线GIS系统，用户可以直观地了解天然气管道的布局和连接情况。系统以地理信息为基础，将管道的位置和相关属性展示在地图上，用户可以通过图形数据进行可视化操作，例如缩放、平移和旋转，以获得更详细的信息。同时，系统还可以呈现管道的地理信息，如交叉口位置、地形起伏等，帮助用户更好地理解管道的环境特点和状态。此外，系统还能够展示4个阀井、穿越段、标示桩、阴极保护检测桩等设施的分布情况。这些设施在管道运行过程中发挥着重要作用，系统可以在地图上准确标示其位置，以供用户参考。用户可以通过系统快速查找和定位这些设施，便于维护和管理工作的进行，天然气管线GIS系统还具备数据更新和编辑功能，用户可以随时更新和修改GIS管线数据，例如添加新的管道段、删除不再使用的设施等，这样可以确保管线数据的及时性和准确性，提高系统的实用性和可靠性[5]。

（二）研发SCADA信息系统

在地理信息系统（GIS）的基础上，开发一个监控与数据采集系统（SCADA），并将其与GIS进行整合，形成一个统一的平台，实现GIS与SCADA的一体化。这个平台具备多种功能，包括实时显示管线的运行数据、设备的台账管理、定期工作的管理、操作规范的展示、巡检数据的记录等，旨在建立一套完整的管线信息化台账[6]。通过这个平台，可以实时了解管线的运行情况，包括压力、流量、温度等数据，并将这些数据通过GIS进行可视化展示，方便监控和管理管线的运行状况。可以随时查看设备的信息和台账，了解管线所涉及的设备的类型、规格、维护记录等。此外，平台还支持定期工作的管理，可以设定和跟踪各种常规检查、保养和维修任务，确保管线的长期可靠运行。SCADA信息系统中操作规范展示是另一个重要的功能，它可以向操作人员展示正确的管线操作流程和安全规范，帮助他们进行正确操作，降低事故风险。，巡检数据记录功能可以记录每次巡检的数据和结果，为管线的维护和故障排查提供有价值的参考，此外，系统还具备良好的可扩展性，可以根据的具体需求进行功能模块的增加和扩展，确保系统能够满足未来的发展和变化[7]。

（三）天然气泄漏检测系统

厂外天然气阀井布置了一套天然气泄漏检测系统，该系统采用了先进的光学气体成像方案和声学气体成像方案等多种检测设备，这些设备能够及时检测到天然气泄漏情况，并将相关数据传输到一个集成平台中进行处理和分析。通过采用光学气体成像方案，系统可以非常直观地显示泄漏点的位置和强度。这种成像技术利用光学传感器来捕捉泄漏气体散发的热能辐射，然后通过图像处理算法将其转化为可视化的图像，这样，运行人员和检修人员可以通过平台上的图像直接观察到泄漏情况，以便快速做出响应和处理。同时，声学气体成像方案也是该系统的重要组成部分。该方案利用声学传感器来捕捉泄漏气体产生的声波，并通过声音信号的分析和处理来确定泄漏点的位置和程度，这种方案不仅能够对泄漏进行实时监测，还可以提供更加准确的定位信息，使运行人员和检修人员更好地理解泄漏情况[8]。通过将这些检测设备的数据传输到一体化平台，系统可以实现天然气泄漏检测的实时性和直观性。平台上的数据分析算法可以快速处理大量的数据，并及时生成报警信息，提醒相关人员采取应对措施。这样，运行人员和检修人员可以迅速响应并进行相应的处理，以保障工厂和周边环境的安全。

（四）5G通讯技术

基于5G的天然气管线安全自动监控系统技术是一种高效、安全、可靠的实时监控技术，它利用新一代的5G通讯技术，实现了管线数据的实时传输和厂外到厂内的全程监控，从而为天然气管线的安全运行提供了有效的保障。在传统的天然气管线监控系统中，由于数据的传输存在很多的限制，通常需要采用有线和卫星通讯等方式进行数据传输，这样会面临传输带宽狭窄、数据传输延时大、安全问题等诸多限制，而基于5G技术的天然气管线安全自动监控系统，不仅可以实现高速的数据传输，还可以实现实时数据展示、监测和控制功能，大大提高了管线安全运行的效率和安全性，从而为保障公众安全提供了重要支持。同时，基于5G的天然气管线安全自动监控系统还具备一系列先进的技术特点，例如：采用高度智能化的物联网技术，实现了多传感器、多维度的数据采集和实时监测，可以对天然气管线的运行状态进行准确评估和监控，确保管线在运行过程中的安全性和稳定性。此外，系统还具备高精度的定位技术和智能分析技术，可以方便地定位管线问题的发生位置和原因，及时发出警报和处理，并给出相关建议，一旦发现问题就能迅速反应和处理，有效避免了紧急情况的发生，保障了公众安全

[9]。

结论：

综上所述，随着物联网的发展，5G技术以其具有的高带宽、大连接和低延迟等方面的特点，在工业生产中具有越来越重要的作用，通过应用5G技术，能够实现工业生产各生产要素之间的联通，通过和智能化、自动化等先进技术结合，能够实现各生产要素之间的协同配合，进而使生产效率得到有效提升，并且更好地保障生产的安全。

参考文献：

[1]吴海平.基于5G网络技术的天然气管网智能监控系统的设计[J].石油化工自动化,2023,59(04):64-67.

[2]苏成果.石油天然气管道安全管理存在的问题及解决方法[J].化工管理,2022,(28):105-107.

[3]何颖.天然气集输管线安全现状与风险分析[J].当代化工研究,2022,(18):18-20.

[4]陈帅.浅谈5G通讯技术在天然气长输管道智能化控制上的应用[J].中国设备工程,2022,(07):27-29.

[5]詹伟楠.浅析天然气长输管线及场站的安全管理策略[J].中国设备工程,2022,(01):51-52.

[6]张莉,冉波.5G通信技术在高含硫天然气生产场站的推广应用研究[J].中国新通信,2021,23(15):87-88.

[7]任泽坤,许勤,张雷等.5G在油气田智慧勘探井场建设中的应用探讨[J].油气与新能源,2021,33(02):62-66.

[8]左应祥,韩光谱,马清等.5G通信技术在高含硫天然气生产场站的推广应用研究[J].化工管理,2020,(35):117-118+120.

[9]唐楠.“5G+”时代智能化控制在大型气田井场站中的应用研究[J].化工管理,2020,(08):222-223.