通航新业态｜一种多任务系统在油气管道巡检领域中的应用

摘要：油气管道巡检是指石油、天然气设备安检部门对其相关输送设备、管道进行的定期巡视、检查，以保证石油、天然气的输送安全。本文介绍的解决方案创新式地将直升机、无人机和地面衍射设备按各自特点打造出一种多任务油气管道巡检系统，实现输油气管道的常态化监控和高效巡检，并具备人员派送能力。日常巡检时无人机以无人值守“机巢”为基地进行自动巡检，地面衍射设备在地下全天候监控管道运行情况，并可通过无人机进行快速定位跑冒滴漏点，后方指挥部第一时间利用直升机派送维护维修人员现场处置。

一、 我国油气管道情况概述

石油和天然气资源是对社会、经济和环境可持续发展起重要作用的能源品种，是一个国家经济是否发达的重要标志之一。我国是油气消费大国，科学开发、高效利用石油、天然气资源对实现我国可持续能源发展战略至关重要。随着我国经济的快速发展，对于能源的需求也逐渐增加。油气的管道运输是利用地下管道将原油、天然气、成品油等介质送到目的地，与其他运输方式相比，管道运输节约运费，有效降低地面运输压力，而且减少跑冒滴漏等造成的环境污染，能够产生巨大的经济效益、社会效益和环保效益。现在管道运输已经成为继铁路、公路、水运、航空运输之后的第五大运输业，在国民经济和社会发展中发挥着越来越重要的作用。

我国地势西高东低，山地、高原和丘陵约占陆地面积的67%，盆地和平原约占陆地面积的33%，多数油气管线建设途经高原、山地、丘陵等复杂地区及灾害性地质地貌段，施工、勘察环境复杂，难度系数较大；作业核心区域内管道密布、作业范围广，作业区域大；各重要油气管网站点一般集中生产、储存、销售功能，管道布局密集，管网结构复杂，是安全生产的高压地带。

我国在2019年12月成立国家石油天然气管网集团有限公司，归国务院国有资产监督管理委员会监管，专门从事油气干线管网及储气调峰等基础设施的投资建设和运营，负责干线管网互联互通和与社会管道联通，以及全国油气管网的运行调度。公司自成立以来先后建成了中俄东线中段等一批国家重点项目和油气管网互联互通工程，现在役天然气管道4.9万公里，形成了“四大战略通道”和“三纵三横”管网布局，连接14座LNG接收站和14座地下储气库，2021年天然气一次入网量超过2000亿立方米，“全国一张网”骨架初步形成。

二、现有管道巡检概述

油气管道巡检是指石油、天然气设备安检部门对其相关输送设备、管道进行的定期巡视、检查，以保证石油、天然气的输送安全。巡检工作长期沿用“一表制”的工作方式，巡检人员按照巡检路线检查设备和管道，然后在表格上选择运行情况，最后返回管理处统计巡检情况。

因为油气管道大部分长期埋设在地下，长期使用导致的性能下降、内外壁腐蚀、自然灾害损毁、人为破坏等各种不确定因素存在着安全隐患，所以对于油气管道巡检存在长期的、稳定的客观需求。尤其随着城镇化建设加速，违规违建、非法施工、泄露偷盗等问题也日益困扰着油气管线的日常安全，巡线工作需要对自然环境的变化对管线造成的损坏、人为的对管道的破坏、设备的老化情况、附属设备运行等情况进行巡查。常见的管道巡检主要有人工、光纤或电子感应、飞行巡检等三种方式。

常规巡检方式的基本情况如下：

1、人工巡检：作为最基本的巡护方式，一般依靠巡护人员徒步观察和检查线路情况并作记录，地形空旷而平坦的区域可使用车辆等交通工具进行巡检，但在大多数情况下，管路都在地形复杂崎岖的地域，不可避免的制约巡检效率。在恶劣气象、极端地理环境和自然灾害条件下，巡检效率低下且风险较大。

油气管道穿越沟壑丘陵、地貌险峻地区较多，人工踏勘难度大、效率低、风险高；人工巡线方法不仅工作量大而且条件艰苦，特别是对山区、河流、沼泽以及无人区等地的油气管道的巡检，或是在冰灾、水灾、地震、滑坡、夜晚期间巡线检查，所花时间长、人力成本高、困难大。此外，人工巡检无法客观、方便的掌握巡检人员的到位情况，巡检质量得不到保证，信息传输不及时、资料保存方式易丢失、耗费工时、数据共享程度低。

2、光纤或电子感应巡检：是靠近管道布设的光纤或其他电子传感器，通过检测传感器的变化对管道周边的震动进行分析预警，以及管道泄露和温度变化产生的信号波动来检测管路是否遭到破坏。近年来，通过与GNSS、GIS、RFID、图像监控等技术的融合，对常规巡检方式进行了优化与升级，但目前此种方式普遍存在建设成本较高、误差误报多、作用距离短等问题，不适合范围广、距离长的输管道监测。 

3、飞行巡检：石油、天然气公司传统上利用飞机进行勘察及安全检查，一般将配备有磁性传感器的直升机进行探测石油和天然气井的作业，但是存在航空器适航改装周期长、单位作业成本高、飞行风险大、作业专业性强等特点，一般作业的示范性和试验性较强，制约着飞行巡检模式的大面积推广与普及。

三、多任务巡查系统简介

本方案创新式的将直升机、无人机和地面衍射设备按各自特点打造出一种多任务油气管道巡检系统，实现输油气管道的常态化监控和高效巡检，并具备人员派送能力。日常巡检时无人机以无人值守“机巢”为基地进行自动巡检，地面衍射设备在地下全天候监控管道运行情况，并可通过无人机进行快速定位跑冒滴漏点，后方指挥部第一时间利用直升机派送维护维修人员现场处置。此巡检整体方案框架如下：

3.1 直升机巡查系统构架

通过在直升机上加装光电探测系统，实现载机对地表铺设的油气管道的巡查、监视和相关目标的测距定位，可在指定地点上空悬停进行查看，并且发挥直升机起降方便，对地面保障依赖较小的特点，第一时间能够将维护维修人员派送至现场进行问题处置。

光电吊舱系统能提供红外和可见光的视频图像输出功能，具备激光测距功能，为目标定位提供距离信息；并能够实现对直升机需要任务目标进行成像、搜索、定位等操作；能人工操作转台运动，并对目标进行图像跟踪，实现搭载光电设备的调焦、变倍、跟踪等功能。

3.2 无人机管道监查系统

近年来，我国无人机行业发展迅猛，随着无人机技术的不断完善，其在农林植保、线路巡检、地理测绘、航拍航摄等方面的应用越来越常态化，由此而衍生的使用巡检无人机管道巡检逐渐代替了部分人工巡检工作。工业级无人机在油气管道选线勘察、管道施工、管道巡检等方面通过搭载不同设备完成相关任务。需要注意的是，执行飞行任务时需要克服温度湿度限制、低温结冰、风向风速变化、夜间航行、GPS干扰、数据链通视、电磁环境等影响。

油气管道巡查线路固定，任务较为单一，客观存在自动执行巡检任务的需求。本文将以大疆自动机场和多旋翼无人机为例，根据飞机平台性能，单套系统可实现10-15公里范围的管道自动巡检。系统完成部署以后，现场无需人员值守，通过远程控制即可完成日常巡检作业。通过平台首次配置以后，大疆机场可根据设计时间完成自动巡查工作。无人机在执行巡查时，通过红外热成像云台输出的红外热像图定位故障点，搭配可见光云台，可将清晰的管道细节画面记录、回传，及时发现故障点，在保障油气管道安全的同时，极大的提升了巡检效率。

对于油气管网存在管线长、巡检点多、巡检难度大等难点，尤其是桁架、悬跨等巡护危险性较高的巡护段，无人机巡检优势非常明显，通过规划航线进行自动巡检，提高了巡护作业的自动化程度。不仅保证了高效率，更保证了巡护人员的人身安全，降低人工的巡检成本和意外风险。

3.3 地下管道监查系统

通过在油气管道管壁上安装三通道检波器配套智能监测单元，能够将地下微振动通过移动4G 信号传输至巡检飞机或自动回传指挥中心。智能化监控不仅可以监测到人工检测不到的地下微小损坏，而且反馈速度快、准确，保证了及时发现盗窃和管道破坏问题并能够及早修复，降低损失。依照实际使用情况，单设备可备有效监测距离20公里，极大的提高了监测效率和降低了巡检成本。

四、多任务巡查系统总结

此系统能够满足油气管道常态化、自动化、智能化的巡检要求，且结合直升机人员与设备的快速投送能力，能够在事故第一时间完成故障点修复，综合解决管道领域的巡、检、修的工作难点，是建立现代化监测巡查手段，完善安全预警机制和应急处置方案，建设突发事件快速处理能力的有效尝试。

作者简介

刘鹏，毕业于西北工业大学，西南财经大学在职研究生，工程师、中级经济师，对有人机、无人机与任务载荷系统有较深入的研究。

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供稿：刘鹏。转载请联系作者获取授权。

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