集中风险智能监控报警系统在大型油库基地中的应用探讨

刘小波，王璐林

（国家管网集团西南管道有限责任公司昆明输油气分公司，昆明 650000）

进入20世纪，随着我国能源消费需求的快速增长，我国长输油气管道行业发展迅速，加之2019年国家管网集团挂牌成立，整合了“三桶油”的管道业务，初步建成了“全国一张网”的框架，油气管道总里程接近15万km，油气行业会迎来新的增长态势。石油管道行业的发展会带动油库的建设项目不断推进，截至2021年12月，我国规划建设、正在建设和已经投产的成品油和原油油库库容超8 000万m3，数量约3 000座。如此大体量的管道里程和油库容量，对安全监管和防范的要求也更严苛。

智能报警系统在油气管道、电力和铁路行业逐步兴起，相关的科研机构和物联网企业围绕“智慧监控”开展了大量的研究和实践工作。中国石油提出“智慧管网，智能管道”的理念，将中俄东线天然气管道作为智慧管网建设工程的示范工程，预期目标是要达到智能化、数字化和全生命周期管理。中国石化也在全集团公司推广名为“中国石化智能化管线管理系统”的智能管道系统，该系统实现了油气管道管理的可视化和数字化，并还具有地质灾害监测系统、泄漏报警系统和专家系统管道维护等功能，提高了管道在应急状态下的安全保障能力。中国铁路总公司与中国铁塔公司合作，构建了铁路的智能监控系统，服务调度、车务、机务、公安、客运、公务、电务、车辆和供电等岗位，并在防灾监控、救援抢险和应急管理等领域也能进行监控和管理，实现视频网络资源和信息资源共享。但是，国内目前的大型油库的管理还停留在人工巡检结合非智能视频监控，视频监控仅有储存和回放的功能，并不具备智能识别、人工智能等功能。本文基于云南成品油管道安宁首站现有的52万m3大型油库，围绕火灾识别、智能监控、雷达报警、车辆管理、沉降监测和油品泄漏监测等技术展开讨论。

1 应用背景

国家管网集团西南管道有限责任公司是全国油气骨干管网重要组成部分，业务涵盖川、渝、滇、黔、桂、陕、甘和宁8省（区、市），管道里程超过10 000 km。昆明输油气分公司是西南管道在滇的2个二级单位之一，主要管辖云南成品油管道和中缅天然气、原油管道。云南成品油管道首站位于昆明市安宁市，首站建有的52万m3储罐接收云南石化来油后分别向保山、蒙自和曲靖顺序输送成品油。安宁首站储罐群属一级重大危险源，且占地面积广，周边林区树木茂盛，山火隐患极大，安全管控难度较大、安全生产形势严峻。为此，昆明输油气分公司结合实际情况建立了集中监控智能报警系统，优化了罐区巡检和监控方式，实现了高效、实时和24 h的智能化监控。

2 集中监控智能报警系统的架构

在安宁首站油库原有的视频监控基础上，进一步探索实现基于集中监视的风险自动识别、智能联动报警和现场实时管控功能。建立了“视频集中监控管理+雷达智能告警+智能火警监控”的一体化解决方案并针对油品泄漏和储罐沉降问题，提出将储罐沉降监测预警和油品泄漏自动监控系统纳入集中智能报警系统的构想。根据不同风险点的危险因子变量，选取适当的监控点位和监控仪器（各种功能摄像头和传感器）来采集变量信息，将信息上传至服务器，经过人工智能大数据分析后将报警信息或者危险画面显示在智能监控中心，提醒值班人员采取应急措施，生成事件报告记录，实现风险管控的闭环管理。如图1所示。

图1 集中监控智能报警系统工作流程

3 集中监控智能报警系统的功能与应用

3.1 视频集中监控管理系统

“智能监控”区别于普通的视频监控，是指可以对风险进行自动识别、分类分级报警等智能化监控功能。实现智能监控的前提，是需要将大量的监控视频集中接入管理系统。通过试点建设并成功运行智能监控系统，集中接入、统一管理分布在油库基地各个区域的监控视频，实现了大量监控视频的集中优化管理。针对原有监控视频分布在油库各个区域，分布点多面广，并且已有各套视频监控系统相对孤立，主要通过站控值班人员不定期查看，很难及时有效发现异常状况和存在风险的实际情况，因此共同创新开发的集中监控平台，试点实现56路现场监控视频的集中接入，分布在地付储罐区、汽油储罐区、柴油储罐区、航空煤油储罐区和消防泵房等，如图2所示。另外，集中监控系统还将门禁系统的人脸识别和车辆识别纳入统一管理，识别到陌生车辆和陌生人员时，会在监控中心产生报警。通过建立明确的监控视频电子巡检制度和异常风险处置流程，对监控视频进行集中管理，提升了远程监控效率和监控设备利用率。

图2 监控视频集中管理

3.2 雷达智能告警系统

原有的周界安防大多依靠罐区围墙物理防护和安保人员定期巡检，存在入侵发现率低、空窗期长和周界安防效果不佳等管理缺陷。雷达智能告警系统主要借助于雷达融合监测技术真正实现对油库的无人值守与智能监管，建立了事前预警、入侵报警、目标跟踪和警示驱离“四防一体化”全方位安防模式，实现“入侵及时发现、视频清晰可见、目标可靠捕捉、鸣笛喊话驱离”的智能管理目标，使无人值守管理有效落地。另外，借助雷达探测功能，最大限度地避免了气候条件对探测结果的影响，可以实现晴天雨天、白天黑夜全天候的自动探测，探测灵敏度高、误报率低。追踪摄像头可以根据可疑目标的移动，自行旋转角度追踪拍摄，保证了最佳监控和拍摄效果。针对夜间阀室周边自然光线较暗、普通设备无法实现清楚拍摄的问题，通过将阀室照明系统和雷达探测系统联动，在夜间一旦发现可疑物体进入阀室安防区域，会提前自动启动阀室的照明系统，从而确保夜间视频监控和拍摄画面清楚。如图3所示。

图3 雷达智能告警系统界面

3.3 智能火警监控系统

智能火警监控系统主要借助多维感知综合监测技术实现对火情的智能监管，此技术在森林防火、自然保护区防火中应用较为广泛，在大型油库基地的管理中较少使用。该系统集成了火情检测一体化球台、红外热成像模块、可见光摄像模块、数据采集模块和烟火识别算法，能够实现自动巡检、超远距火灾识别和自动跟踪等功能。可见光摄像机在白天能够输出高清图像，热成像功能可在全天候实现温度监测和图像处理，监测距离可达8～10 km，探头监测到火情后，系统锁定云台，由当前瞭望塔的高度、云台的方位和摄像机的焦距等相关信息，依据公式推算出发生火灾的位置。但是，由于安宁首站位于云南高原的特殊地理位置，白天紫外线强烈，在雨雾天可见度较低，这些因素都能影响报警的准确率，因此，公司团队选择可见光+双光谱热成像技术，通过对火的颜色、温度、轮廓和光谱特征等因素的分析，针对油罐火灾与云雾等干扰因素空间几何特征上的差异，综合运用图像处理方法计算，能够实现对多帧图像的火情识别，准确率较高。如图4所示，为安宁首站油库布设的智能火警监控系统，整个库区共布置2个火焰探测球台，能够360°全方位覆盖整个库区及周边的林区，在监测油库火灾的同时亦能顾及周边林区的森林火灾。安宁首站会定期对火焰探测球台进行测试，如图4所示，分别于白天和夜间在库区外侧距离球台3 km处生火，探测器均能快速定位火灾点并在监控中心发出报警，并对火焰的高度、轮廓进行实时跟踪。

图4 安宁首站智能火警监控系统

3.4 储罐沉降监测预警系统

传统的储罐沉降监测方法依靠测量工人使用水准仪定期监测，该方法存在测量精度不高、测量间隔过长和无法提供实时数据等弊端。基于集中智能监控报警平台，可将储罐沉降监测预警系统作为子系统纳入统一监控管理，该系统能够实现数据的实时采集、沉降预测和异常情况预警，主要由沉降传感器、数据采集与传输子系统、储罐沉降预测与预警子系统构成。储罐沉降监测预警系统的构成如图5所示。

图5 安宁首站储罐沉降监测系统

沉降传感器采用静力水准仪，静力水准仪是高差测量的高精密仪器，在大坝、地铁和隧道等构筑物的沉降监测中广泛应用，主要利用连通器原理，通过连通管连接在一起的储液罐的液面总是在同一水平面，通过测量不同储液罐的液面高度，经过计算可以得出各个静力水准仪的相对差异沉降。该仪器在储罐外侧沿等高线安装，每个储罐在4个方向分别布置1个传感器，传感器之间通过水气两管连接，信号传输通过单芯单模光纤并联连接。数据采集模块设置为每小时采集一次传感器数据，通过GPRS网络无线传输到服务器，服务器对采集到的数据实时分析并绘制趋势图，沉降速率超过设定的阈值时，会根据变化量分别进行蓝色、黄色、橙色和红色的四级报警。考虑到储罐正常的收发油作业会引起储罐基础的弹性波动，此变化在正常范围内，因此该系统在正式投用前会利用人工智能对沉降的弹性波动进行学习，可以大大减少误报率，对正常沉降和异常沉降进行正确的判断。

3.5 油品泄漏自动监测系统

成品油库区的油品介质外泄主要考虑地面以上的气相泄漏和地面以下的液相泄漏。根据油库管理规定，会定期对储罐进行外部检查，因此对于地面以上的部分，储罐一般难以发生较大规模的介质泄漏，泄漏点通常在储罐进出管线法兰连接处、排水口和阀门等部位，泄漏量轻微且难以发现，但泄漏的油品会在空气中挥发，因此对于地面以上的油品泄漏，安宁首站采用了非色散红外技术的可燃气体检测仪进行监测，每个储罐布置3个可燃气体探测器，当监测到油气含量超过设定的阈值时，将根据检测数据得到的泄漏程度的信息传输到报警器，报警器会发出声光报警提醒现场的人员，另外也会将数据远传到设备终端，提醒值班人员发生泄漏。

对于地面以下的液相泄漏，通常是由于储罐底板长时间的腐蚀导致渗漏，油品一旦渗漏，持续时间长，不易察觉，会对地下水和土壤环境产生难以修复的破坏。针对安宁首站实际情况，构想在罐区均匀布置4个地下水监测井（如图6所示），井深主要为6~12 m，潜水含水层底板1~2 m，井管材质要求为无缝钢管，外加不锈钢制过滤网，在最外层布置卵石反滤层，使其具有良好的透水性。井底安装多参水质检测仪，安装深度能保证枯水季亦能浸没检测仪，在井口安装变送器，能够将检测到的数据实时传送到油品泄漏自动监测系统上，并根据设定的阈值报警，及时发现油品泄漏，阻止环境污染扩大。

图6 地下水油品泄漏监测布置图

3.6 应用效果

1）智能监控实质增效，集中管理减负运行。安宁首站油库智能监控报警系统投入使用后，革新了油库的巡检及管理制度。集约化管理不仅节省人力成本，也能提高值班人员工作效率，达到事半功倍的效果。每日监控中心值班人员在人工巡检前利用远程监控系统进行隐患排查，在巡视时对隐患进行确认，并安排专业人员消除隐患，若不能及时消除隐患，利用监控系统对隐患进行跟踪记录。遇极端恶劣天气时，可利用监控系统代替人工巡检，规避了极端天气人工巡检的风险。

2）风险隐患升级管理，应急处置能力提升。目前布置的监测子系统能够覆盖油库泄漏、渗漏、安防、火灾和沉降等主要风险点，实现风险自动识别、智能联动报警和监控实时切入等功能，并建立明确的监控视频电子巡检制度和异常风险处置流程，可及时有效发现并快速消除生产运行面临的安全风险，提升了风险管控和应急处置能力，实现了安全升级管理。该系统运行至今，自动报警1 282次，其中因安保人员巡检自动触发报警1 265次，因承包商单位进入报警13次，因附件村民路过触发报警4次，火警监控出现报警0次，报警准确率达到99%。安宁首站油库结合该智能监控系统开展库区应急演练6次，借助平台的图像、语音和位置等信息快速合理部署应急处置工作，有效缩短了反应时间，提升了管道企业在面对突发事件和紧急情况下的应急处置能力。

4 结束语

随着“互联网+”技术和人工智能的发展，安宁油库集中风险智能监控报警系统还会兼纳更多的监控系统和功能，包括监测库区周界锚索抗滑桩的变形来监控山体稳定性、库区消防系统监控、雷电监测预警、智能机器人巡检和无人机巡检等。另外，建立集中智能监控系统的APP，企业主要负责人和安全管理人员可通过远程移动终端实施查看现场情况，且一旦出现较大或重大险情时，能自动发短信给库区所有工作人员及周边可能受影响的居民和企业。智慧油库理念不断深入，基于自动化、集中化和智能化的监控系统会逐步完善，油库管理会提质增效，实现智慧储油。