天然气管道工程计算集成应用平台开发

1、基金项目:国家自然科学基金项目 大型复杂天然气管道系统实时动态模型泄漏检测技术研究 (编号:51274166中国石油化工集团公司科研项目 天然气长输管道系统工艺分析技术研究 (编号:G 8603-12-Z S -0052 作者简介:高爱华,1959年生,高级工程师,博士;长期从事石油天然气储运领域的研究开发和技术管理工作,主持完成多项国家科研项目,多次获国家及省部级奖励地址:(100029北京市朝阳区惠新东街甲6号电话:(01069166041E -m a i l :g a o a h .t r qi s i n o pe c .c o m 天然气管道工程计算集成应用平台开发高爱华1 王寿喜2

2、 赵昆鹏2 王佳伟2 文林21.中国石化天然气分公司 2.西安石油大学 高爱华等.天然气管道工程计算集成应用平台开发.天然气工业,2015,35(7:85-90.摘 要 针对天然气管道工程计算涉及专业广内容庞杂分析过程繁琐应用层次多等难点,遵循现代天然气管道工程分析理论和方法,依据国内外现行规范和标准,结合各层次工程技术和管理人员的应用需求和特点,充分利用最新的计算机网络通信技术和智能移动设备,采用先进的系统集成和开发技术,实现了天然气管道工程分析方法的集成,形成了一套跨平台跨专业跨系统的天然气管道工程计算集成应用软件系统,搭建了针对不同系统的天然气管道工程计算集成应用平台,开发出了天然气管道

3、专业O f f i c e 工作系统,囊括了天然气管道工艺分析工程计算数据处理等多种应用工具实例应用结果表明:该集成应用平台以工程师们习惯的方式进行工作并且提供相应的操作功能,为天然气管道系统的中心调度日常管理和现场操作等各级各层次专业技术人员提供了通用便捷的工具,且无须二次开发,提高了工作质量和效率;同时也为相关各级技术和管理人员提供了统一全面的技术支持工艺分析手段及交流平台,能有效促进团队协同以及各种资源数据和结果的共享与协调 关键词 跨平台 跨专业 跨系统 集成应用平台 天然气 管道 分析计算 智能移动设备D O I :10.3787/j.i s s n .1000-0976.2015.

4、07.013D e v e l o p m e n t o f a n i n t e g r a t e da p p l i c a t i o n p l a t f o r mf o r n a t u r a l ga s p i p e l i n e e n g i n e e r i n g ca l c u l a t i o n G a oA i h u a 1,W a n g S h o u x i 2,Z h a oK u n p e n g 2,W a n g Ji a w e i 2,W e nL i n 2(1.S i n o p e c N a t u r a

5、lG a sC o m p a n y ,B e i j i n g 100029,C h i n a ;2.X i a nS h i y o u U n i v e r s i t y ,X i a n ,S h a a n x i 710065,C h i n a N A T U R.G A S I N D.V O L UM E35,I S S U E7,p p.85-90,7/25/2015.(I S S N1000-0976;I nC h i n e s e A b s t r a c t :N a t u r a l g a s p i p e l i n ee n g i n e

6、e r i n g c a l c u l a t i o n i n v o l v e sm u l t i p l es p e c i a l t i e s ,c o m p l e xc o n t e n t ,c o m p l i c a t e da n a l ys i s p r o c e s s a n dm u l t i p l e a p p l i c a t i o n l e v e l s .I nt h i s p a p e r ,f o l l o w i n g t h e t h e o r i e sa n d m e t h o d so

7、 fm o d e r n g a s p i p e l i n ee n g i n e e r i n g a n a l ys i s ,a c -c o r d i n g t o t h e c u r r e n t d o m e s t i c a n d i n t e r n a t i o n a l n o r m s a n d s t a n d a r d s ,a n dd e p e n d i n g o n t h e a p p l i c a t i o n r e qu i r e m e n t s a n d c h a r a c t e r

8、 -i s t i c s o f e n g i n e e r i n g t e c h n o l o g y a n d m a n a g e m e n t p e r s o n n e l ,t h e l a t e s tc o m p u t e r ,n e t w o r k ,c o mm u n i c a t i o nt e c h n o l o g y an ds m a r t m o b i l e d e v i c e sw e r e c o m b i n e dw i t ht h ea d v a n c e ds y s t e mi

9、n t e g r a t i o na n dd e v e l o p m e n t t e c h n o l o g i e s t or e a l i z e t h e i n t e gr a t i o no f g a s p i p e l i n e e n g i n e e r i n g a n a l y s i sm e t h o d s .F i n a l l y ,a s e t o f i n t e g r a t e d c a l c u l a t i o n a n d a p p l i c a t i o n s o f t w a

10、r e s ys t e m w a s e s t a b l i s h e d f o r n a t -u r a l g a s p i p e l i n e e n g i n e e r i n g ,w h i c h s e r v e s f o rm u l t i -p l a t f o r m s ,m u l t i -s p e c i a l t i e s a n dm u l t i -s y s t e m s .F u r t h e r m o r e ,i n t e g r a t e d a p pl i -c a t i o n p l a

11、 t f o r m s o f n a t u r a l g a s p i p e l i n e e n g i n e e r i n g c a l c u l a t i o nw e r eb u i l t f o r d i f f e r e n t s y s t e m s .A no f f i c ew o r k i n g s ys t e mo f n a t u r a l g a s p i p e l i n e s p e c i a l t y w a s d e v e l o p e d ,w h i c h i n c l u d e s s

12、 e v e r a l a p p l i c a t i o n t o o l s ,s u c h a s n a t u r a l g a s p i p e l i n e p r o c e s s a n a l y s i s ,e n g i n e e r -i n g c a l c u l a t i o na n dd a t a p r o c e s s i n g ,e t c .P r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s s h o wt h a t t h i s i n t e g r a t e da p p

13、l i c a t i o n p l a t f o r m w o r k s i nt h ew a y th a t e n g i n e e r s a r e a c c u s t o m e d t o ,a n d p r o v i d e s c o r r e s p o n d i n g o pe r a t i o nf u n c t i o n s .I t p r o v i d e su n i v e r s a l a n d c o n v e n i e n t t o o l s f o r t h e c e n -t r a l d i s

14、 p a t c h ,d a i l y m a n ag e m e n t a n do n -s i t eo p e r a t i o no f th en a t u r a l g a s pi p e l i n es ys t e mf o r a l l l e v e l so f p r o f e s s i o n a l a n dt e c h n i c a l p e r s o n n e l .N on e e d f o r r e -d e v e l o p m e n tm a k e s i t a b l e t o i m p r o v

15、 ew o r k q u a l i t y a n de f f i c i e n c y.M o r e o v e r ,i t c a n p r o v i d eu n i f i e da n d c o m p r e h e n s i v e t e c h n i c a l s u p p o r t ,p r o c e s s a n a l y s i sm e t h o d s a n d c o mm u n i c a t i o n p l a t f o r mf o r t h e r e l e v a n t t e c h n o l o

16、g y a n dm a n a ge m e n t p e r s o n n e l a t v a r i o u s l e v e l s .I t c a n ef f e c t i v e l yp r o m o t e t e a mc o o r d i n a t i o n ,a n d s h a r i ng an d c o o r d i n a t i o n o f v a r i o u s r e s o u r c e s ,d a t a a n d r e s u l t s .K e yw o r d s :M u l t i -p l a

17、t f o r m s ;M u l t i -s p e c i a l t i e s ;M u l t i -s y s t e m s ;I n t e g r a t e da p p l i c a t i o n p l a t f o r m ;N a t u r a l g a s ;P i p e l i n e ;A n a l y s i s a n d c a l c u l a t i o n ;S m a r tm o b i l e d e v i c e 1第35卷第7期 集 输 与 加 工天然气管道正加速向大型化网络化和系统化发展,管道系统的日常技术与管理工

18、作愈发多元化,所涉及的工艺分析设备选型数据处理规范应用以及图表绘制等工作错综复杂,且常常会跨越不同的系统和领域所以当遇到专业技术问题时,往往难以快速进行精确分析计算,只能定性估计,这无疑会影响决策的准确性同时,这些工作通常要经历漫长的规范资料数据和方法的整理过程进而完成繁琐的计算,这也会影响到整体工作的效率和质量1笔者紧密跟踪现代天然气管道工程分析理论和方法,依据国内外现行规范和手册,结合各层次工程技术和管理人员的应用需求和特点,充分利用最新的计算机网络通信技术和智能移动设备,采用先进的系统集成和开发技术,实现天然气管道工程分析方法的集成,形成了一套跨平台跨专业跨系统的天然气管道工程计算集成应

19、用软件系统,搭建了针对不同系统的天然气管道工程计算集成应用平台,开发出了天然气管道专业O f f i c e工作系统,囊括了天然气管道工艺分析工程计算数据处理等多种应用工具这样,面对所遇到的专业技术问题,工程技术和管理人员就能迅速从该通用集成应用平台上查询和确定计算方法,选择分析工具,无须二次开发,及时得到解决方案;同时,不同地域的专业技术人员采用统一的标准手段和数据进行工艺分析,也保证了工作的一致性和统一性;此外,该集成应用平台也为管道调控中心各级站场的技术和管理人员提供了统一的专业技术应用和交流平台,促进了团队的协同工作1集成应用平台的开发在天然气管道的日常设计施工调度管理审核和决策工作中

20、常常涉及大量的工程计算数据查询等工作,涵盖众多的设备规范方法参数及工艺内容,因此,许多设计单位针对自己的应用需求和工作领域都开发了相应的工艺分析程序,以便高效准确地完成工程分析工作但是,由于天然气管道的日常工作涉及的内容庞杂,专业领域广,集成难度大,到目前为止仍未形成通用的商品化应用技术品牌,已有的研究和开发工作基本上还停留在一个较低的水平上,在各种资源的集成和各项功能的关联上仍需进一步加强,主要表现在:系统性差;功能单一;覆盖面窄;技术更新缺乏;开放性差;可维护性差;集成度低1.1集成应用平台的开发原则针对应用需求及上述问题,在天然气管道工程分析技术集成应用平台的研究和开发中确立了以下原则:

21、开放结构,具有开放式结构良好的灵活性和扩展性,可按应用需求方便地配置常用的项目资源,做到统一管理即插即用有限集成无限扩展规范化,对比分析国际国内规范,对各种规范手册进行统一的整合,梳理出涵盖国内外规范以及交叉学科的完整清晰的理论依据和分析过程,使得所有理论方法和数据遵循现行有关规范,或参照现行行业通用的理论与方法功能性,包括天然气管道工程的主要计算和数据,覆盖主要技术内容,能直接用于生产和技术管理工作适用性,尽量满足不同条件和方式的处理要求,提供多种选项,适用于不同的工程问题系统性,该系统包括众多的工具,相关工具能相互支持,此外各项应用具有统一的界面和应用环境应用性,充分利用最新的计算机网络和

22、移动通信技术,采用先进的系统集成和开发手段,提供完美的集成环境统一的操作界面良好的应用环境和全面的在线帮助系统,实现容错报错工程分析报告自动生成和输出(W o r d和E x-c e l方便的程序升级和更新中英文切换等功能1.2集成应用平台的开发目标根据实际应用需求,遵循国家和国际相关规范,结合现代工程分析和软件开发相关技术,确定了总体开发目标:集成天然气管道工程分析工程管理数据处理和专业应用工具,形成一套跨平台(W i n d o w sI O SA n d r o i d跨专业跨系统(工艺设备施工调度管理的系列工程分析技术和应用软件平台(图1图1集成应用平台涵盖内容示意图2天然气工业201

23、5年7月1.2.1目标用户针对天然气管道系统地域分布广站点分散控制集中等特点,面向规划设计施工调度管理操作控制过程中的工程技术与管理人员,开发基于网络个人计算机和智能移动设备的集成应用平台,为集中分析处理(办公室控制中心现场指挥(野外远程站场和团队协同工作提供与应用环境相适应的专业工程分析手段和技术,满足各个层次的技术人员在不同应用环境下对不同工艺过程和专业的应用要求1.2.2目标应用平台为了满足上述目标用户的应用要求,应用平台定为个人计算机和移动智能设备,实现跨平台开发,同时保证不同平台间的数据通信和共享(表1表1目标应用平台统计表应用平台系统编程语言软件环境硬件环境开发环境 移动智能设备G

24、 o o g l eA n d r o i d O b j e c t i v e C+及以上版本I O S5.06.07.0版本系统手机与平板电脑A n d r o i d手机与平板电脑E c l i p s e多种目标应用平台同时满足了野外站场和机关管理的应用要求,特别是克服了野外工程分析环境的限制,将移动设备的灵活性与软件工艺分析的准确性相结合,以便能便捷快速与准确地进行工程分析2集成应用平台的层次结构为了保证上述开发原则,实现跨平台跨专业跨系统的应用目标,系统分为了3个层次,分别为知识层实现层和表现层(图2知识层是系统搭建的第一步,通过对大量国内外规范和手册的收集分类与整合,将各个规范

25、中繁杂无序的计算模型和过程整合成不同类别的工艺分析模块实现层针对工艺分析模块及各个计算项目的特点和要求,定义了跨平台程序的开发规范和协议,设计出调用结构和不同平台下的通用计算模块,用标准C+语言实现工程分析模块共享,即单源 多平台结构2模块化的结构设计保证了跨平台开发和应用的一致性与稳定性,便于数据通信和共享,同时也减少了开发工作量和后期维护量图2系统层次结构图3第35卷第7期集输与加工表现层依据跨平台程序的开发规范和协议,针对不同的应用平台,使用不同的开发语言(C+J a v a 和O b j e c t i v e-C+,搭建通用工程分析模块的调用和表现平台,完成实现层与表现层的交互式作用

26、3表现层根据各个计算项目的特定要求,实现数据展示录入存储输出通信在线帮助等功能2.1知识层整合同一个工程技术问题,往往涉及很多不同的规范分析方法和过程,其表述方法应用条件不尽相同,这就容易造成困惑,影响到工程分析的准确性和效率因此,在对国内外规范和现行方法的收集整理归纳概括总结和对比分析的基础上,本集成平台将天然气管道工程计算分成9个大类,提炼出55个计算模块,各个计算模块又具有多种计算功能,以便用户根据需求直观快捷地找到所需的计算模型规范和方法4对于各个计算模块来说,在知识整合时要明确下述内容:计算目标,可供选择计算参数列表;计算模型方法及过程,计算过程中所涉及的公式参数单位及过程;影响因素

27、及应用条件,计算选项及适用范围;参数范围,各项输入参数的有效范围,参数选择范围,省缺参数列表等;方法关联,不同规范版本方法的相互关系及差别;参考文献,列出所有资料集依据,形成在线帮助文档2.2实现层共享作为中心环节,集成应用平台实现层承担着承上启下的作用,其共享结构开发是保证系统开放性设计的核心,是实现系统跨平台应用的基础,而在实现层内部共享结构开发则是通过搭建共享平台来实现的实现层由2部分组成,即一个集成应用平台和多个可任意添加的工程分析模块,图3列出了实现结构及各部分的主要功能图3实现层结构及功能分布图根据知识整合结果按类开发不同的工程分析模块,如控制阀计算模块对于每个工程分析模块来说,它

28、定义了完成该项分析所需的所有数据函数过程和显示要求,如输入输出数据图形显示要求各种各样的分析和响应函数4-5采用C+语言开发统一的工程分析模块,便于不同操作系统的调用集成应用平台按开发规范和接口协议开发了通用的处理系统,根据各个模块的特殊要求和用户操作来组织和调用相应的功能,如数据处理显示函数及过程调用项目管理等这样,平台建设(表现层和工程分析模块(实现层开发相对独立,便于分组分层次分步骤完成各项开发工作,开发好的工程分析模块可随时加入平台,保证了集成应用平台统一管理即插即用有限集成无限扩展的开放性目标2.3表现层拓展对于不同的应用环境平台和系统(如W i n d o w sI O S和A n

29、 d r o i d来说,集成应用平台的功能结构调用方式数据通信及传输格式必须一致,通过调用统一的C+工程分析模块实现工程分析任务,以保证C+共享工程分析模块的跨平台应用但其表现形式开发平台开发语言应用环境要求和方式各不相同下面分别描述不同应用平台和系统的表现层拓展方式22.3.1 M i c r o s o f tW i n d o w sC S采用C+B u i l d e r分别开发集成应用平台和工程分析模块,各工程分析模块以动态连接库形式(D L L独立开发和发布,在集成应用平台上可自由添加和配制所需的工程分析模块,集成应用平台管理和调用所有添加的模块并展现各个模块所规定的功能,最终形

30、成由一个集成应用平台和多个工程分析模块组成的独立应用软件,在W i n d o w s系统下运行2.3.2 A p p l e I O S采用X C o d e平台的O b j e c t i v e-C+开发集成应用平台和工程分析模块,集成应用平台开发成F r a m e-W o r k动态库,按所连接工程分析模块的要求展示数据结果及图形,实现模块所规定的功能每一个工程分析模块与应用平台F r a m e W o r k动态库一起形成一个I O S应用程序,在I O S系统所支持的设备(如i P h o n e,i P a d上运行2.3.3 G o o g l eA n d r o i d

31、采用E c l i p s e平台开发集成应用平台,通过J a v a N a t i v e I n t e r f a c e(J N I调用C+工程分析模块N D K 动态库,按所连接工程分析模块的要求展示数据结果4天然气工业2015年7月及图形,实现模块所规定的功能每一个工程分析模块动态库与J a v a集成应用平台一起形成一个A n d r o i d 应用程序,在A n d r o i d系统所支持的设备(如P h o n eP a d上运行63跨平台工程分析方法集成根据上述理论和方法,以天然气管道工程分析理论和方法整合为基础,以C+工程分析模块源码共享为原则,结合不同应用平台和系

32、统的开发和应用条件,形成了跨平台跨专业跨系统的工程分析集成应用开发方法与构架,实现了基于W i n d o w sI O S和A n-d r o i d系统的跨平台集成天然气管道工程计算集成应用平台将庞杂的工程分析理论与先进的平台开发技术相结合,克服了天然气管道工程专业涉及面广内容跨度大分析方法多样应用层次繁杂等困难,实现了跨平台跨专业跨系统的应用集成在开发过程中秉承了开放性系统性适用性规范性的开发原则,提供了工程分析模块管理工程分析项目管理动态单位库报告输出(W o r dE x c e lP r i n t e rP D F资源链接在线帮助图表绘制多语言运行邮件传输等功能目前,该集成应用平

33、台已包括天然气性质分析气体管道工艺管道强度管道技术经济分析压缩机及压缩机站工艺天然气计量阀门工艺管道热力工艺以及天然气分离工艺等9大类共55个工艺计算模块7同时,集成平台的开放性也为其功能和专业内容的进一步扩展奠定了基础对于I O S和A n d r o i d系统,针对其操作和应用系统的特征和条件,以C+工程分析模块共享为原则,建立了独立的应用程序,程序间通过数据库及数据关联相互支持,安装在移动智能设备(手机平板电脑上,便于现场应用对于W i n d o w s系统,天然气管道工程计算集成应用平台形成了一个独立的W i n d o w s 应用软件,提供了统一的管理与操作环境,操作人员可自由

34、添加和调用所需的工程分析模块,完成工程项目分析管理和报告工作4应用案例天然气管道工程计算集成应用平台所包括的工程分析模块是在解决实际工程问题的过程中被不断地积累和开发的,其中所涉及的模型方法和过程在多年大量的应用和工程实践中得到了验证同时,集成应用平台以工程师们习惯的方式进行工作并且提供相应的操作功能,为工程问题提供了准确快速的解决方案和简单方便的操作环境图4以控制阀计算为例展示了集成应用平台的应用界面功能及过程其中W i n d o w s 集成应用平台可图4控制阀跨平台分析示例图5第35卷第7期集输与加工6 天 然 气 工 业 2 0 1 5年7月 参 考 文 献 分类任意添加和编辑 所

35、需 的 计 算 项 目 , 完成各项计算 形成了独立的控制阀应用 I O S和 A n d r o i d 系统来 说 , 程序 , 该程序管理所添加的计算实例 , 根据用户数据和 要求完成各项计算任 务 , 并可通过邮件分享分析数据 调用统一的 C+ 源码 , 根据源码中所定义的输入 输 出 分析和响应过程 来 实 现 数 据 录 入 计 算 分 析 结果 展示 单位换算 项目存储 在线帮助及效验等功能 和结果 不同系统和 平 台 共 享 控 制 阀 工 程 分 析 模 块 , 任务 , 进 行 项 目 管 理, 生 成 计 算 说 明 书 和 报 告; 对于 王寿 喜 , 吴 竟 择, 王

36、 杰. 管道工程师助手 天 然 气 工 业, 1 J . ( : 1 9 9 6, 1 6 1 9 1 9 3. 9 1 9 3. 2 J a n o n S t u d nt h eO S MU ( O n e S o u r c eM u l t i g H,H gS. yo U s e m a n a e m e n t f o r s m a r td e v i c e sJ . I n t e r n a t i o n a l J o u r g , ( : n a l o fS m a r tH o m e 2 0 1 3, 7 1 1 8. 3 I m C, J e o n

37、MC S C:m o b i l ec o l l a b o r a t i v es e r v i c ec l o u d gC. u s i n i n s t a n ta d a t i v eo r c h e s t r a t i o na n d m a s h u J . I n t e r g p p , ( : t i o n s 2 0 1 2, 6 4 2 6 5 2 7 1. 张海藩 . 软件工程导论 北京 :清华大学出版社 , 4 M . 2 0 0 7. n a t i o n a l J o u r n a lo fS o f t w a r eE n

38、i n e e r i n n di t sA l i c a g ga p p ,WuJ ,W W a n h o u x i i n z e a n i e . T h ea l i c a t i o n so f t h e gS gJ p p , ( : i e l i n ee n i n e e r i n J . N a t u r a lG a s I n d u s t r 1 9 9 6, 1 6 1 p p g g y 5 结论 程领域专 业 分 析 提 供 了 又 一 种 良 好 的 开 发 和 应 用 平 台, 特别是智能移动设备的出现 , 为随时随地处理工程 技术问题创造了有利条件 集成应用平台不仅要提高技术人员的专业工作 2 智能移动设 备 和 计 算 机 技 术 的 迅 速 发 展 , 为工 1 熊凯 , 高茂庭 , 于仁师 . 5 C+ 语言开发跨平台程序研究与实 ( : 现 电脑知识与技术 , J . 2 0 0 6 5 1 2 7 1 2 8. , ( : e d ea n dT e c h n o l