海上油氣平臺智能巡檢體系

曾楠諾，曹貴，李偉，金云智，韓玉林，杜超

(1.中海石油(中國)海南分公司，海南 海口 570100；2.中海石油(中國)湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

按照國家發展建設海洋強國的戰略目標，海上油氣開采力度持續增大，同時大數據、人工智能、無線通信等技術迅速發展，海上油氣田的生產與管理模式不斷朝著更加安全、環保、智能、高效的方向發展。海上油氣平臺空間狹小、設施復雜，在面對生產介質具有高壓、高毒、易腐蝕、易燃、易爆等問題的同時還需面對海上高溫、高濕、高鹽的“三高”環境。另外加上臺風、海浪的影響，海上油氣平臺工藝波動、管線腐蝕、設備故障等問題經常發生。充分利用各類巡檢技術與信息化手段，研究構建海上油氣平臺智能巡檢體系，實現全面可靠的智能巡檢，是海上油氣平臺安全生產的一個重要議題[1]。

1 巡檢與巡檢分類

在油氣產業發展初期，并未有真正意義的巡檢概念，原油從地層采出后直接進行露天存儲沉降，處理過程粗獷隨意。但隨著技術發展以及安全環保要求的提升，原油從開采到處理到存儲全部被管道、容器限定在特定空間，泄漏、污染、爆炸等問題成為了重點關注的內容，巡檢的意義逐漸凸顯出來。而伴隨著科學技術的發展，巡檢也從單一的人工現場巡查，逐漸發展出技術多樣巡檢手段，如DCS 遠程參數監控、火氣系統監控、RDIF 射頻識別、視頻巡檢、智能巡檢機器人等。我國海上油氣開采起步晚但起點較高，平臺的DCS 系統幾乎可以監控到所有工藝參數，且具備較完善的火氣與視頻監控系統，另外振動監測、腐蝕監測等在線監測系統也有較廣泛的應用，具備構建智能巡檢體系的較好基礎[2]。

1.1 巡檢安全管理系統發展

巡檢工作尤其是生產現場的日常人工巡查，嚴重依賴于人的責任心與業務水平。為更好地落實現場巡查，各油氣生產設施一般都制定有相應的巡檢監督管理體系，在石化領域對巡檢工作的監督管理大致可分為以下幾個階段：

(1)抽查制，指不定期地對巡檢工作進行抽查，這種方法使用得最早，但漏洞較多管理者難以了解巡檢的實際情況。

(2)翻牌制，指在巡檢點掛牌，不同的牌代表不同的時間，巡檢人員按時去巡檢點翻牌，除采用掛牌方式外也可在巡檢點放置記錄簿，巡檢人員按時在記錄簿上簽到。兩種方式大致相同，對巡檢起到了一定的督促作用。

(3)巡視督考儀，通過采用微電子技術對巡檢工作進行監督考核。

(4)刷卡巡檢管理系統，將整個巡檢范圍劃分成若干區域，每個區域設置一個IC 卡亭，巡檢人員到該區域后，在IC 機上刷卡，將周圍設施巡視完畢后再刷卡離開。

以上四個階段，由抽查制到刷卡巡檢管理系統，其側重點都是現場巡檢情況的監督檢查，實現的是監督檢查方式的數字化。但現場的巡檢方式依舊為人工方式，效果提升比較有限。因此新型智能巡檢體系的構建需轉變方向，重點研究新型智能化巡檢手段的使用，逐步降低人在現場巡檢工作中的直接參與度，實現油氣田現場少人化、無人化的巡檢。

1.2 海上油氣平臺日常巡檢分類

海上油氣平臺為實現油氣開采，安裝有大量的油氣生產專業設備與眾多配套輔助設備，同時海上平臺空間狹小，生產環境極為復雜。為確保油氣生產安全高效，平臺上一般設立有工藝、機械、電氣、儀表等不同專業的班組，對不同專業的設備、系統進行監控、操作與維護。一般來說，海上平臺的日常現場巡檢可按照巡檢專業和巡檢目的兩個不同方式進行分類。

1.2.1 按照巡檢專業分類

(1)工藝專業巡檢，由工藝班組的人員負責，其關注點主要在生產工藝參數，如工藝流程上分離器、管道、泵的流體介質的壓力、溫度、流量、液位等參數；

(2)機械專業巡檢，由機械班組的人員負責，其關注點主要在機械設備的運行工況，如各類型泵、壓縮機的振動、軸承溫度、滑油情況以及各類設施結構的連接情況、腐蝕情況等；

(3)電氣專業巡檢，由電氣班組的人員負責，其關注點主要在電氣設備的運行工況，如電機的電流、電壓、絕緣等；

(4)儀表專業巡檢，由儀表班組的人員負責，其關注點主要在儀控設備的運行工況，如現場儀控柜、傳感、自控閥的外觀狀態與調節精準度等。

1.2.2 按照巡檢目的分類

(1)工藝監控。為保證對工藝系統的平穩運行而進行的巡檢，主要巡檢內容為工藝流程中的壓力、溫度、液位、流量等。目前主要通過DCS 系統進行巡檢，在對該類參數的閾值報警、趨勢分析及時發現系統的不穩定因素，在自控系統無法調整的情況下能及時通過人工干預的方式保障工藝系統的持續運行。

(2)工況監控。為保障各機電儀設備安全穩定運行而進行的巡檢，主要巡檢內容為各設備的電流、電壓、溫度、振動等。目前該類巡檢缺乏有效的遠程監控手段，主要通過人員在現場進行觀察或通過相關測量工具進行檢查，未能實現較好的連續監測。

(3)異常狀態監控，主要分為異常事件巡檢與隱患排查兩類：異常事件可分為油氣泄漏與其他事件，油氣泄漏是油氣平臺巡檢最為關注的內容，異常事件則包括：非油氣管線松動、脫落，聲音異響等；隱患排查內容主要為罐體管線、設備設施的腐蝕情況、牢固情況、附屬器件完整性、隱蔽的跑冒滴漏情況等。異常狀態的巡檢關系到平臺的安全與穩定，是巡檢的基礎內容也是側重關注點。

2 海上油氣平臺智能巡檢體系的構建

傳統的人工巡檢模式存在著效率低、覆蓋不全、監測連續性差的問題，在海上開采設施愈發復雜、安全要求愈發嚴格的情況下，已經無法滿足海上平臺的生產要求，急需構建新型的智能巡檢體系。新型智能巡檢體系在巡檢方式上要充分利用新型傳感技術、圖像識別技術，以替代人工的現場巡檢。同時要充分考慮新舊巡檢手段的特性，通過合理的設置實現優勢互補，并通過冗余配置，實現在少人、無人的參與條件下現場巡檢的可靠性與完整性。

2.1 新型巡檢技術運用

(1)紅外成像泄漏檢測技術。紅外成像泄漏檢測技術依靠氣體吸收紅外輻射，生成吸收光譜，可準確捕捉油氣泄漏，同時還具有視頻成像、定位準確等優點。目前我國利用激光作為光源的主動式氣體成像檢測技術使用很多，并較多的采用TDLAS 技術(可調諧二極管激光吸收光譜技術)，該技術具有適用性強、速度快、靈敏度高的特點。但目前海上常用的是點狀擴散式氣體檢測技術，只有當可燃氣體擴散至檢測儀內才能被檢測。所以當檢測儀被泄漏后的原油堵塞，或受風向影響時，往往會出現無法及時檢測到泄漏情況。而紅外泄漏檢測技術通過光反射、吸收檢測的方式進行主動檢測，則可有效避免此類問題，具有更高的可靠性。

(2)智能巡檢機器人技術。智能巡檢機器人是搭載高清攝像頭、紅外攝像機、氣體泄漏檢測儀、溫濕度傳感器、音頻采集器等綜合平臺，它利用大數據分析、圖像識別等技術，擁有儀表讀取、溫度測量、泄漏檢測、局放監測等功能。工業用智能巡檢機器人一般可分為無人機、水下巡檢機器人、地面巡檢機器人三類[3]。目前在海上油氣平臺使用較多的是地面巡檢機器人，其可分為掛軌式和地面移動式兩大類。其中掛軌式多用于配電間、電池間、變壓器間等室內環境主要用于電氣巡檢，地面移動式主要用于在室外的油氣生產區進行油氣泄漏、表計識別等綜合巡檢。

(3)智能攝像頭技術。智能攝像頭主要利用圖像識別技術，并配合云臺以及無線網絡實現異常情況的實時監測。目前智能攝像頭一般適用于對設備狀態、內外部環境及人員狀態進行監控巡查。對設備狀態巡檢，智能攝像頭實時讀取進行設備的儀表，也可進行畫面監控，同時能對一些特定異常進行及時報警。對內外部環境監控，智能攝像頭可進行火災識別、油氣泄漏識別、外部船只入侵檢測等活動。對人員狀態監測，智能攝像頭主要可對人員勞保穿戴、人員跌倒、人員闖入、作業流程規范等內容進行識別與告警。

2.2 海上油氣平臺智能巡檢體系

結合新型智能巡檢手段，根據巡檢目的對海上巡檢任務進行分解，逐一確定巡檢手段與層級，并最終構成符合海上油氣平臺安全生產要求的覆蓋全面的智能巡檢體系。具體如表1 所示。

(1)工藝監控：工藝監控對實時性與準確性要求極高，構建的巡檢體系主要通過DCS 系統利用工藝流程上的壓力、溫度、液位、流量等傳感，實現第一級工藝監控。同時利用移動智能巡檢機器人對關鍵參數的識別實現第二級工藝監控，最后利用智能視頻監控系統實現第三級工藝監控。通過三級監控的冗余設計確保在現場無人、少人的情況下能對工藝流程進行有效監控巡查。

(2)工況監控。提高振動監測、絕緣監測、紅外測溫、智能儀表診斷等各類新舊監控手段的覆蓋范圍，實現對機械、電氣、儀表設備狀態由現場巡查到遠程監控的改變。以各類傳感監控作為第一級監控，利用移動巡檢機器人的聲音識別、圖像識別功能實現第二級工況監控，利用智能視頻監控系統實現第三級工況監控。通過傳統監測與新型監測技術的融合互補，以三級冗余的設計模式確保對設備工況的連續可靠監控。

(3)異常狀態。油氣泄漏監控是海上油氣平臺巡檢的關鍵內容，利用傳統點狀分布的火氣探測系統與更加靈敏的激光掃描探測系統可實現整體區域的泄漏檢測。并作為油氣泄漏的一級監控，對局部重點區域利用移動巡檢機器人的探頭掃描，實現油氣泄漏的二級監控，利用智能視頻監控系統的油氣泄漏識別功能，實現第三級監控。其他事件如非油氣管線的脫落、異物遮擋、聲音異響等，則主要通過移動智能巡檢機器人和智能攝像頭的語音分析與圖像識別功能進行判斷。整個巡檢體系充分利用傳統傳感、新型傳感、圖像識別、機器人技術，以三級冗余設計實現對現場異常情況的及時發現。

(4)智能巡檢體系可實現對安全生產的正向循環。對隱患排查，目前并無有效的智能化手段代替人工。而油氣平臺智能巡檢體系的建立，能很好地將人員從工藝監控、工況監控、事件監控中解放出來，從而有更多精力進行隱患排查，實現更早地解決各類隱患，促進油氣平臺生產穩定與工況優良。而這又能進一步降低人員現場巡檢的工作量，并可投入更多精力進行隱患排查，從而最終實現安全生產的正向循環。

2.3 海上油氣平臺智能巡檢系統構成

海上油氣平臺智能巡檢系統以少人、無人的現場巡檢為目標，結合各類巡檢手段以三級冗余設計為思路，圖1 為系統主要構成，包括：DCS 系統、火氣系統、激光氣體探測系統、智能視頻監控系統、智能機器人系統、動設備監控系統、電氣監控系統、儀表健康監控系統等，各類系統以統一的數據標準、統一的IT 技術路線進行建設與整合，通過統一的智能巡檢平臺便可實現對現場設備設施、人員環境的持續有效地全面巡查。

圖1 智能巡檢平臺系統構成

3 結語

對現有各類巡檢技術進行集中梳理，部署利用新型智能化巡檢技術，充分發揮各類巡檢技術優點，構建海上油氣平臺智能巡檢體系，可形成以下效益：

(1)可將各巡檢手段進行有效融合，充分發揮各巡檢手段的優勢，為海上油氣平臺提供全面、可靠的巡檢保障；

(2)可有效減少人員在現場巡檢中的風險，降低人員勞動強度，并可有效提高巡檢效率與質量；

(3)可有效釋放人力讓人員可以著重進行隱患排查，從而實現現場安全的正向循環。