《Journal of Pipeline Science and Engineering》：A Pipeline Reliability and Integrity Management System for leak detection, localization, and prevention in long-distance pipelines
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介绍了管道可靠性与完整性管理系统(PRIMS)，这是一种用于集成管道管理的高级工具。PRIMS结合了监测、检测和泄漏预防技术，优化了管道作业的安全性和效率。该系统提供了先进的功能，包括报警生成、对不利条件（如不满流和超压）的监测以及维护警报。PRIMS包含一个
介绍了管道可靠性与完整性管理系统(PRIMS)，这是一种用于集成管道管理的高级工具。PRIMS结合了监测、检测和泄漏预防技术，优化了管道作业的安全性和效率。该系统提供了先进的功能，包括报警生成、对不利条件（如不满流和超压）的监测以及维护警报。PRIMS包含一个人机界面(HMI)，作为实时数字顾问，为及时决策提供支持。PRIMS符合国际法规和标准，确保管道管理的安全性和效率。
长距离管道是采矿工业中输送流体的关键资产，常在地理广阔且恶劣的作业环境中运行，面临瞬变流动、多相输送、启停事件及固体浓度变化等复杂水力工况，这些工况会因退化和泄漏事件严重损害管道完整性，对作业安全、环境和生产连续性造成潜在严重后果。现有管道完整性管理系统(PIMS)多采用以检测为中心的策略，各技术独立或有限协调运行，在非稳态工况下易出现盲区，漏报误报风险高，且对预防性维护和运行决策支持有限，缺乏物理模型、实时监测与决策支持机制的集成，尤其在高风险采矿行业存在明显局限。为此，研究人员开发了管道可靠性与完整性管理系统(PRIMS)，这是一种集成框架，将瞬变测量、基于物理原理的水力模型、多种泄漏指标、考虑运行工况的滤波器以及操作员决策支持相结合，形成针对长距离采矿管道的连续完整性管理流程。论文发表在《Journal of Pipeline Science and Engineering》。
研究人员在智利一条长约167 km、直径24英寸的工业泵送海水管道上进行了离线实施，该管道分为四个泵送段(PS1–PS4)，运行工况低于设计流量。研究利用2022年至2025年初的历史数据，通过数据清洗、参数化、数字孪生构建和场景对比，评估了PRIMS在泄漏检测、定位和完整性诊断方面的性能，并重点分析了水力风险区和磨损趋势。研究表明，PRIMS能够覆盖稳定、瞬变和停机等多种运行模式，对突发、增长和渗漏型泄漏均具备检测与定位能力，并可通过早期预警和维修建议优化操作。研究还识别出持续超压暴露区域（约km 80–90，次要集中区km 115）、低压/不满流易发区（约km 24–26）以及中短期磨损集中区（S2段及S3上游边缘），为风险优先级替换和监测规划提供了依据。
PRIMS采用多方法数据融合框架，集成了扩展实时瞬变模型(E-RTTM)、质量平衡(MB)、负压波(NPW)和梯度交点(GI)四种互补的检测原理。其中E-RTTM作为分布水力数字孪生，通过比较实测压力/流量与模型预测残差来检测泄漏；质量平衡法基于积分连续性方程监测入口/出口流量不平衡；NPW利用压力波到达时间差定位突发泄漏；GI方法在准稳态条件下通过上下游水力梯度交点估计泄漏位置。此外，系统还包含磨损率预测模块，采用Karabelas型冲蚀关联式，将水力参数与历史厚度数据校准后投影管壁减薄和结构裕度。人机界面(HMI)提供实时监测仪表盘、报警管理、虚拟传感器和操作建议，并通过OPC UA实现与分布式控制系统(DCS)的集成。
实施结果分阶段呈现。案例研究阶段，研究人员选用一条167 km管道，基于历史运行数据构建离线数字孪生，并采用约424.95 m
3/h的平均流量作为基准。参数化阶段，系统整合了工艺信号、几何拓扑、材料数据、厚度检测及维修记录，建立了100 m空间分辨率和30 s时间分辨率的仿真环境。初始诊断阶段，通过数据质量筛查识别出数据限制，并划分出持续关注区：第一泵送段（km 18–30）存在低压/不满流风险，中段走廊（km 80–90，次要信号km 115）存在反复超压暴露。水力建模阶段，研究人员比较了当前低流量运行、单泵送列设计、三泵送列上限设计三种场景，并将历史数据回放以确认风险持续性，发现km 83.5–85和km 87段高优先级超压暴露，km 24–26.5段持续低压/不满流，km 12–16和km 115等段为中低优先级。磨损率预测阶段，利用八步流程进行5年厚度投影和结构裕度分类，识别出S2段（km 64–114）和S3段上游（km 114–139）为主要磨损风险域，投影磨损速率0.06–0.08 mm/年，预计厚度损失增加10%–15%，并给出了高、中、低临界性区段及替换优先级建议。
讨论部分指出，PRIMS的技术可行性已得到验证，但存在部署约束：依赖可靠现场传感和DCS连接，通信受限站点需离线运行；传感器技术异构性要求站点特定校准，增加工程工作量；当前WPF界面和单用户部署模式存在CPU/内存占用和扩展性局限，后续开发将向前后端解耦、集中数据服务和多端点访问迁移。研究结论可概括为：PRIMS为长距离采矿管道提供了集成泄漏检测、定位和完整性决策支持框架，结合物理模型与运行分析，超越了单一方法监控，在各类运行条件和泄漏类型下表现稳健。案例研究产生了超压、低压和磨损聚集区的可操作完整性见解，支持风险优先级替换和监测规划。操作上，PRIMS通过早期预警、定位辅助、应力条件识别和维护导向指标，减少了非计划中断和泄漏概率，提升了经济绩效和环境保护，并与更严格的完整性管理要求保持一致。未来工作包括通信受限站点在线部署、多用户服务化架构迁移、仪器和调试流程标准化，以及数据驱动模型增强。
