應(yīng)用智能機器人保障轉(zhuǎn)油站無人值守的探索

大慶油田有限責(zé)任公司第二采油廠

目前采油二廠已建成了規(guī)模龐大的油氣生產(chǎn)系統(tǒng)，隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，對生產(chǎn)用工的需求也在逐漸增多，全廠人力資源緊張的矛盾日漸凸顯。另外根據(jù)開發(fā)安排，未來幾年還將增加上千口油水井，人員的需求量將進一步增大，在自然減員的大形勢下，若仍采用現(xiàn)有的建設(shè)和管理模式，人力資源將嚴(yán)重不足。只有加快推進數(shù)字化建設(shè)，提高生產(chǎn)控制能力，轉(zhuǎn)變管理方式，才能進一步提高人力資源的利用效率，滿足未來油田發(fā)展的需要。

通過實施油田數(shù)字化建設(shè)，將工作由高頻、手動，人工向適度、自動、智能轉(zhuǎn)變，在確保生產(chǎn)經(jīng)營管理水平穩(wěn)步提升的前提下，最大限度地降低員工勞動強度，提高勞動生產(chǎn)效率。通過信息化管理，促進生產(chǎn)組織模式和勞動組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提升科學(xué)決策和管理水平。

1 油氣生產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)目標(biāo)

（1）提供生產(chǎn)依據(jù)，提高管理水平。對各類參數(shù)變化規(guī)律進行分析，及時掌握生產(chǎn)運行工況，及時制定措施，實現(xiàn)精細化生產(chǎn)；對生產(chǎn)計劃、任務(wù)、趨勢等生產(chǎn)動態(tài)進行跟蹤，及時提供決策依據(jù)。

（2）整合管理要素，優(yōu)化管理模式。實現(xiàn)值守、巡檢和維保專業(yè)化，技術(shù)和后勤保障專業(yè)化，小隊、班組適應(yīng)信息化模式重組轉(zhuǎn)型，變看護管理為智能化管理。

（3）優(yōu)化勞動組織結(jié)構(gòu)，提升管理效率。通過井、中小型站場區(qū)域巡檢、無人值守，大型站場集中監(jiān)控，達到員工集中管理、運行集中控制、數(shù)據(jù)集中處理。

2 轉(zhuǎn)油站無人值守模式存在的安全風(fēng)險

轉(zhuǎn)油站是集輸系統(tǒng)中二級布站或三級布站的中間站，主要功能是對站外來液進行油氣分離并轉(zhuǎn)輸至脫水站進一步處理。主要工藝如圖1所示。

考慮到轉(zhuǎn)油站處理介質(zhì)含油氣等易燃易爆介質(zhì)，事故的損失和危害均較大，實施無人值守的風(fēng)險高、難度大等因素，目前油氣生產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)在轉(zhuǎn)油站仍采用有人值守模式。轉(zhuǎn)油站實施無人值守模式風(fēng)險主要有以下幾個方面：

圖1 轉(zhuǎn)油站工藝流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of oil transfer station process flow

（1）在無人值守的情況下，無應(yīng)急的事故流程，轉(zhuǎn)油站內(nèi)可能出現(xiàn)易燃液體從容器中溢出、天然氣輸送管道超壓等異常危險情況[1]。冬季時，前后端工藝管道可能出現(xiàn)原油凝固凍堵，導(dǎo)致所轄井及站場的停產(chǎn)。

（2）站內(nèi)工藝設(shè)施已建成，新增儀器儀表安裝因工藝設(shè)施結(jié)構(gòu)[2]、安裝空間以及開孔動火等因素，造成施工風(fēng)險高，難度大，使轉(zhuǎn)油站內(nèi)部分生產(chǎn)參數(shù)采集、執(zhí)行設(shè)備無法安裝，無人值守模式下無法有效監(jiān)控生產(chǎn)運行狀況，建設(shè)及生產(chǎn)運行中存在安全風(fēng)險。

（3）目前油氣生產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)僅設(shè)置了對機泵及加熱爐等站內(nèi)核心設(shè)備運行中的安全保護，對各類機泵、加熱爐本身未實現(xiàn)較為完整的監(jiān)護，在設(shè)備本身故障時難以及時發(fā)現(xiàn)，易造成全站停產(chǎn)，可能發(fā)生原油、天然氣等可燃物質(zhì)泄漏甚至火災(zāi)爆炸等安全風(fēng)險。

（4）轉(zhuǎn)油站外輸、摻水、熱洗工藝流程控制基本為手動，控制力不足[3]。在日常工藝參數(shù)調(diào)整或特殊工況下的緊急處置時，無法實現(xiàn)遠程及時控制[4]，嚴(yán)重時可能出現(xiàn)易燃液體從容器中溢出、天然氣輸送管道超壓等異常危險情況，甚至發(fā)生爆炸、火災(zāi)等嚴(yán)重的安全事故。

（5）目前油氣生產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)主要參照《油氣田地面工程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、《大慶油田原油生產(chǎn)站場集中監(jiān)控設(shè)計規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，但在實現(xiàn)轉(zhuǎn)油站無人值守方面均未做相關(guān)規(guī)定，同時缺少技術(shù)應(yīng)用及設(shè)計經(jīng)驗。

3 智能巡檢機器人的應(yīng)用探討

3.1 智能巡檢機器人的功能及構(gòu)架

智能巡檢機器人具備圖像識別、紅外熱成像、聲音識別、氣體狀態(tài)檢測等功能，能夠在工業(yè)環(huán)境下完成生產(chǎn)運行的監(jiān)控、報表錄取、工況風(fēng)險識別等工作[5]。同時，自身運行具備制圖定位、導(dǎo)航和避障功能，可完成日常自動巡檢、數(shù)據(jù)讀取、安防等工作。智能巡檢機器人的基本組成及功能如圖2所示。

圖2 智能巡檢機器人基本組成及功能示意圖Fig.2 Schematic diagram of basic composition and function of intelligent patrol robot

智能巡檢機器人的基本架構(gòu)如圖3所示。

圖3 智能巡檢機器人架構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of intelligent patrol robot architecture

通過遠程的平臺支持，在轉(zhuǎn)油站可實現(xiàn)日常巡檢、值守，生產(chǎn)數(shù)據(jù)數(shù)字化，安防管理，工藝泄漏監(jiān)測以及設(shè)備監(jiān)護等功能，進而降低轉(zhuǎn)油站運行的安全風(fēng)險，實現(xiàn)無人值守。

3.2 智能巡檢機器人在無人值守轉(zhuǎn)油站的應(yīng)用

智能巡檢機器人能夠在工業(yè)環(huán)境下實現(xiàn)生產(chǎn)運行監(jiān)控、數(shù)據(jù)讀取、安全防護功能，并通過制圖定位、導(dǎo)航和避障功能完成生產(chǎn)值守、巡檢等工作。其在轉(zhuǎn)油站無人值守模式的應(yīng)用主要包括：

（1）生產(chǎn)數(shù)據(jù)數(shù)字化。智能巡檢機器人使用圖像識別技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)所需各類指針式儀表、數(shù)字式儀表數(shù)值的智能讀取，完成數(shù)據(jù)的分類記錄、存儲；通過站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與站庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合，補充系統(tǒng)數(shù)據(jù)的不足，形成完整的電數(shù)字格式數(shù)據(jù)。應(yīng)用智能巡檢機器人可以有效彌補生產(chǎn)參數(shù)檢測的不足，解決因現(xiàn)場實際條件限制傳感器無法安裝，導(dǎo)致生產(chǎn)運行監(jiān)控不足的問題，最大限度地減少了改造對生產(chǎn)的影響，降低了生產(chǎn)運行風(fēng)險及實施無人值守的難度。

（2）安防管理。智能巡檢機器人使用圖像識別、人臉識別技術(shù)[6]，實現(xiàn)油田生產(chǎn)人員、外來人員及其他物體的智能識別，數(shù)據(jù)上傳安防系統(tǒng)，對各類人員的出入情況形成完整日志和圖像等信息的備份，對異常闖入情況進行報警，提高站場安防的能力，降低生產(chǎn)安防風(fēng)險及實施無人值守的難度。

（3）工藝泄漏監(jiān)測。智能巡檢機器人使用泄漏狀態(tài)檢測技術(shù)[7]，可對站場內(nèi)各種介質(zhì)泄漏進行監(jiān)測，通過系統(tǒng)形成生產(chǎn)監(jiān)測日志，預(yù)判風(fēng)險等級，進行及時的遠程報警，可以有效彌補油氣生產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)對生產(chǎn)泄漏工況檢測的不足，降低了生產(chǎn)運行安全風(fēng)險及實施無人值守的難度。

（4）工藝設(shè)備監(jiān)護。智能巡檢機器人使用紅外熱成像、聲音識別等技術(shù)，對機泵的運行溫度、震動情況進行監(jiān)測，完成設(shè)備運行數(shù)據(jù)的分類記錄、存儲，并形成生產(chǎn)檢測日志，實現(xiàn)了對機泵運行有效監(jiān)測，進一步實現(xiàn)故障的預(yù)判，及時發(fā)出預(yù)警，有效避免設(shè)備損壞及生產(chǎn)事故。

另外，智能巡檢機器人使用可視化溫度識別技術(shù)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)油站變壓器運行油壓、溫度，配電屏內(nèi)母線、開關(guān)的溫度等變配電主要設(shè)備運行參數(shù)的監(jiān)測[8]，完成設(shè)備運行數(shù)據(jù)的分類記錄、存儲，并形成生產(chǎn)檢測日志，在設(shè)備異常運行時及時報警，提高了設(shè)備故障排查、維護效率，可有效避免電氣設(shè)備損壞及供電事故。

（5）日常巡檢及生產(chǎn)值守。智能巡檢機器人使用制圖定位導(dǎo)航[9]、智能避障技術(shù)，通過高通過率的地盤設(shè)計，正常情況下按照預(yù)定程序在站內(nèi)進行自由巡檢，巡檢后回到值班室值班，監(jiān)控站庫系統(tǒng)運行，當(dāng)系統(tǒng)異常時及時報警，替代了員工的巡檢值班工作。

3.3 無線通信網(wǎng)絡(luò)

智能巡檢機器人可使用5G通信或建立站內(nèi)局域無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。為了降低外網(wǎng)入侵風(fēng)險及相關(guān)保密要求，可在站內(nèi)自行搭建無線通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)站內(nèi)無線通信覆蓋[10]，費用估算為5.04萬元。主要建設(shè)內(nèi)容如表1所示。

表1 無線網(wǎng)絡(luò)費用測算Tab.1 Cost calculation of wireless network

3.4 費用測算

在轉(zhuǎn)油站內(nèi)采用單個智能巡檢機器人，并建立機器人的管理平臺，同時站內(nèi)進行各房間之間廊橋搭建，室外地面平整處理等場地輔助設(shè)施進行完善，即可保障無人值守轉(zhuǎn)油站運行。該模式的基本投入約132.08萬元。具體投入統(tǒng)計如表2所示。

表2 智能巡檢機器人費用測算Tab.2 Cost calculation of intelligent patrol robot

4 認識

轉(zhuǎn)油站是油田生產(chǎn)主要單元之一，具有影響安全運行的因素多、風(fēng)險高，事故損失大、破壞性強的特點。通過應(yīng)用智能巡檢機器人保障轉(zhuǎn)油站無人值守的分析研究，取得了以下幾點認識：

（1）智能巡檢機器人可彌補無人值守模式下數(shù)據(jù)采集不全的不足，可以替代人工巡檢和值班。

（2）智能巡檢機器人對生產(chǎn)環(huán)境的適應(yīng)能力較強，可以在不同工況和基礎(chǔ)設(shè)施條件下運行，不需對站場進行大規(guī)模改造。

（3）可根據(jù)需要配置不同的傳感器，通過移動方式解決特殊節(jié)點、特殊生產(chǎn)參數(shù)的檢測。

（4）可以作為無人值守轉(zhuǎn)油站的運行保障，降低無人值守模式下安全運行風(fēng)險。