海上油气平台智能巡检体系

2023-12-12曾楠诺曹贵李伟金云智韩玉林杜超

化工管理 2023年34期

曾楠诺，曹贵，李伟，金云智，韩玉林，杜超

(1.中海石油(中国)海南分公司，海南海口 570100；2.中海石油(中国)湛江分公司，广东湛江 524057)

0 引言

按照国家发展建设海洋强国的战略目标，海上油气开采力度持续增大，同时大数据、人工智能、无线通信等技术迅速发展，海上油气田的生产与管理模式不断朝着更加安全、环保、智能、高效的方向发展。海上油气平台空间狭小、设施复杂，在面对生产介质具有高压、高毒、易腐蚀、易燃、易爆等问题的同时还需面对海上高温、高湿、高盐的“三高”环境。另外加上台风、海浪的影响，海上油气平台工艺波动、管线腐蚀、设备故障等问题经常发生。充分利用各类巡检技术与信息化手段，研究构建海上油气平台智能巡检体系，实现全面可靠的智能巡检，是海上油气平台安全生产的一个重要议题[1]。

1 巡检与巡检分类

在油气产业发展初期，并未有真正意义的巡检概念，原油从地层采出后直接进行露天存储沉降，处理过程粗犷随意。但随着技术发展以及安全环保要求的提升，原油从开采到处理到存储全部被管道、容器限定在特定空间，泄漏、污染、爆炸等问题成为了重点关注的内容，巡检的意义逐渐凸显出来。而伴随着科学技术的发展，巡检也从单一的人工现场巡查，逐渐发展出技术多样巡检手段，如DCS 远程参数监控、火气系统监控、RDIF 射频识别、视频巡检、智能巡检机器人等。我国海上油气开采起步晚但起点较高，平台的DCS 系统几乎可以监控到所有工艺参数，且具备较完善的火气与视频监控系统，另外振动监测、腐蚀监测等在线监测系统也有较广泛的应用，具备构建智能巡检体系的较好基础[2]。

1.1 巡检安全管理系统发展

巡检工作尤其是生产现场的日常人工巡查，严重依赖于人的责任心与业务水平。为更好地落实现场巡查，各油气生产设施一般都制定有相应的巡检监督管理体系，在石化领域对巡检工作的监督管理大致可分为以下几个阶段：

(1)抽查制，指不定期地对巡检工作进行抽查，这种方法使用得最早，但漏洞较多管理者难以了解巡检的实际情况。

(2)翻牌制，指在巡检点挂牌，不同的牌代表不同的时间，巡检人员按时去巡检点翻牌，除采用挂牌方式外也可在巡检点放置记录簿，巡检人员按时在记录簿上签到。两种方式大致相同，对巡检起到了一定的督促作用。

(3)巡视督考仪，通过采用微电子技术对巡检工作进行监督考核。

(4)刷卡巡检管理系统，将整个巡检范围划分成若干区域，每个区域设置一个IC 卡亭，巡检人员到该区域后，在IC 机上刷卡，将周围设施巡视完毕后再刷卡离开。

以上四个阶段，由抽查制到刷卡巡检管理系统，其侧重点都是现场巡检情况的监督检查，实现的是监督检查方式的数字化。但现场的巡检方式依旧为人工方式，效果提升比较有限。因此新型智能巡检体系的构建需转变方向，重点研究新型智能化巡检手段的使用，逐步降低人在现场巡检工作中的直接参与度，实现油气田现场少人化、无人化的巡检。

1.2 海上油气平台日常巡检分类

海上油气平台为实现油气开采，安装有大量的油气生产专业设备与众多配套辅助设备，同时海上平台空间狭小，生产环境极为复杂。为确保油气生产安全高效，平台上一般设立有工艺、机械、电气、仪表等不同专业的班组，对不同专业的设备、系统进行监控、操作与维护。一般来说，海上平台的日常现场巡检可按照巡检专业和巡检目的两个不同方式进行分类。

1.2.1 按照巡检专业分类

(1)工艺专业巡检，由工艺班组的人员负责，其关注点主要在生产工艺参数，如工艺流程上分离器、管道、泵的流体介质的压力、温度、流量、液位等参数；

(2)机械专业巡检，由机械班组的人员负责，其关注点主要在机械设备的运行工况，如各类型泵、压缩机的振动、轴承温度、滑油情况以及各类设施结构的连接情况、腐蚀情况等；

(3)电气专业巡检，由电气班组的人员负责，其关注点主要在电气设备的运行工况，如电机的电流、电压、绝缘等；

(4)仪表专业巡检，由仪表班组的人员负责，其关注点主要在仪控设备的运行工况，如现场仪控柜、传感、自控阀的外观状态与调节精准度等。

1.2.2 按照巡检目的分类

(1)工艺监控。为保证对工艺系统的平稳运行而进行的巡检，主要巡检内容为工艺流程中的压力、温度、液位、流量等。目前主要通过DCS 系统进行巡检，在对该类参数的阈值报警、趋势分析及时发现系统的不稳定因素，在自控系统无法调整的情况下能及时通过人工干预的方式保障工艺系统的持续运行。

(2)工况监控。为保障各机电仪设备安全稳定运行而进行的巡检，主要巡检内容为各设备的电流、电压、温度、振动等。目前该类巡检缺乏有效的远程监控手段，主要通过人员在现场进行观察或通过相关测量工具进行检查，未能实现较好的连续监测。

(3)异常状态监控，主要分为异常事件巡检与隐患排查两类：异常事件可分为油气泄漏与其他事件，油气泄漏是油气平台巡检最为关注的内容，异常事件则包括：非油气管线松动、脱落，声音异响等；隐患排查内容主要为罐体管线、设备设施的腐蚀情况、牢固情况、附属器件完整性、隐蔽的跑冒滴漏情况等。异常状态的巡检关系到平台的安全与稳定，是巡检的基础内容也是侧重关注点。

2 海上油气平台智能巡检体系的构建

传统的人工巡检模式存在着效率低、覆盖不全、监测连续性差的问题，在海上开采设施愈发复杂、安全要求愈发严格的情况下，已经无法满足海上平台的生产要求，急需构建新型的智能巡检体系。新型智能巡检体系在巡检方式上要充分利用新型传感技术、图像识别技术，以替代人工的现场巡检。同时要充分考虑新旧巡检手段的特性，通过合理的设置实现优势互补，并通过冗余配置，实现在少人、无人的参与条件下现场巡检的可靠性与完整性。

2.1 新型巡检技术运用

(1)红外成像泄漏检测技术。红外成像泄漏检测技术依靠气体吸收红外辐射，生成吸收光谱，可准确捕捉油气泄漏，同时还具有视频成像、定位准确等优点。目前我国利用激光作为光源的主动式气体成像检测技术使用很多，并较多的采用TDLAS 技术(可调谐二极管激光吸收光谱技术)，该技术具有适用性强、速度快、灵敏度高的特点。但目前海上常用的是点状扩散式气体检测技术，只有当可燃气体扩散至检测仪内才能被检测。所以当检测仪被泄漏后的原油堵塞，或受风向影响时，往往会出现无法及时检测到泄漏情况。而红外泄漏检测技术通过光反射、吸收检测的方式进行主动检测，则可有效避免此类问题，具有更高的可靠性。

(2)智能巡检机器人技术。智能巡检机器人是搭载高清摄像头、红外摄像机、气体泄漏检测仪、温湿度传感器、音频采集器等综合平台，它利用大数据分析、图像识别等技术，拥有仪表读取、温度测量、泄漏检测、局放监测等功能。工业用智能巡检机器人一般可分为无人机、水下巡检机器人、地面巡检机器人三类[3]。目前在海上油气平台使用较多的是地面巡检机器人，其可分为挂轨式和地面移动式两大类。其中挂轨式多用于配电间、电池间、变压器间等室内环境主要用于电气巡检，地面移动式主要用于在室外的油气生产区进行油气泄漏、表计识别等综合巡检。

(3)智能摄像头技术。智能摄像头主要利用图像识别技术，并配合云台以及无线网络实现异常情况的实时监测。目前智能摄像头一般适用于对设备状态、内外部环境及人员状态进行监控巡查。对设备状态巡检，智能摄像头实时读取进行设备的仪表，也可进行画面监控，同时能对一些特定异常进行及时报警。对内外部环境监控，智能摄像头可进行火灾识别、油气泄漏识别、外部船只入侵检测等活动。对人员状态监测，智能摄像头主要可对人员劳保穿戴、人员跌倒、人员闯入、作业流程规范等内容进行识别与告警。

2.2 海上油气平台智能巡检体系

结合新型智能巡检手段，根据巡检目的对海上巡检任务进行分解，逐一确定巡检手段与层级，并最终构成符合海上油气平台安全生产要求的覆盖全面的智能巡检体系。具体如表1 所示。

(1)工艺监控：工艺监控对实时性与准确性要求极高，构建的巡检体系主要通过DCS 系统利用工艺流程上的压力、温度、液位、流量等传感，实现第一级工艺监控。同时利用移动智能巡检机器人对关键参数的识别实现第二级工艺监控，最后利用智能视频监控系统实现第三级工艺监控。通过三级监控的冗余设计确保在现场无人、少人的情况下能对工艺流程进行有效监控巡查。

(2)工况监控。提高振动监测、绝缘监测、红外测温、智能仪表诊断等各类新旧监控手段的覆盖范围，实现对机械、电气、仪表设备状态由现场巡查到远程监控的改变。以各类传感监控作为第一级监控，利用移动巡检机器人的声音识别、图像识别功能实现第二级工况监控，利用智能视频监控系统实现第三级工况监控。通过传统监测与新型监测技术的融合互补，以三级冗余的设计模式确保对设备工况的连续可靠监控。

(3)异常状态。油气泄漏监控是海上油气平台巡检的关键内容，利用传统点状分布的火气探测系统与更加灵敏的激光扫描探测系统可实现整体区域的泄漏检测。并作为油气泄漏的一级监控，对局部重点区域利用移动巡检机器人的探头扫描，实现油气泄漏的二级监控，利用智能视频监控系统的油气泄漏识别功能，实现第三级监控。其他事件如非油气管线的脱落、异物遮挡、声音异响等，则主要通过移动智能巡检机器人和智能摄像头的语音分析与图像识别功能进行判断。整个巡检体系充分利用传统传感、新型传感、图像识别、机器人技术，以三级冗余设计实现对现场异常情况的及时发现。

(4)智能巡检体系可实现对安全生产的正向循环。对隐患排查，目前并无有效的智能化手段代替人工。而油气平台智能巡检体系的建立，能很好地将人员从工艺监控、工况监控、事件监控中解放出来，从而有更多精力进行隐患排查，实现更早地解决各类隐患，促进油气平台生产稳定与工况优良。而这又能进一步降低人员现场巡检的工作量，并可投入更多精力进行隐患排查，从而最终实现安全生产的正向循环。

2.3 海上油气平台智能巡检系统构成

海上油气平台智能巡检系统以少人、无人的现场巡检为目标，结合各类巡检手段以三级冗余设计为思路，图1 为系统主要构成，包括：DCS 系统、火气系统、激光气体探测系统、智能视频监控系统、智能机器人系统、动设备监控系统、电气监控系统、仪表健康监控系统等，各类系统以统一的数据标准、统一的IT 技术路线进行建设与整合，通过统一的智能巡检平台便可实现对现场设备设施、人员环境的持续有效地全面巡查。