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管道研究

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无人机巡检技术在长输管道高后果区管理中的探索与应用

来源:《管道保护》杂志 作者:段云跃;谢德俊 时间:2020-1-21 阅读:

段云跃   谢德俊

中国石化销售股份有限公司华南分公司

 

 

长期以来,油气长输管道巡检采用人工徒步巡检方式,耗时长,效率低,且河流、水库、湿地、高速公路、铁路等“巡检盲区”难以通行,不能适应高后果区识别、管控、应急管理等急需数字化、可视化要求。中国石化销售股份有限公司华南分公司所辖成品油管道全长6 282公里,其中川渝管道共计58处高后果区,穿越长江2次、其他大小河流18条、国家级保护区3处,沿线湿地、高速公路、铁路多。因此,探索无人机巡检技术实现方式和管理方法,对达成油气管道高后果区管理科学化、高效化目标具有重要意义。

1 无人机巡检技术概况

1.1 无人机分类及适用范围

管道行业常用无人机主要有固定翼、多旋翼、固定翼―倾转旋翼(复合翼)无人机及无人直升机4类,实物见图 1。其结构原理、优缺点及应用场合如表 1所示,其中多旋翼无人机应用较为广泛。

1.2 无人机应用选型

国内无人机应用始于2011年中石油兰成渝成品油管道。华南分公司于2016年引入大疆精灵4用于单点飞行, 2017年引入安尔康姆MD4-1 000四旋翼无人机用于航线飞行,该机最大飞行半径9 km,单块电池有效巡航时间50 min,实现了管道巡检。 2019年,公司定制的复合翼无人机,单次飞行距离可达50~100 km。

2 无人机巡检技术

2.1 巡检功能

(1)无人机适应复杂自然环境下的丛林、陡坡、山区、河流、湿地、占压区域、人员密集区域飞行。可在暴雨、大风等一定程度恶劣天气下执行任务。

(2)操作人员可绘制航线并导入无人机,使其具备高空、定速、定点、远距离、自行执行作业等能力。飞行成果影像可通过地面站实时查看或通过软件分析。

(3)无人机可搭载摄像机、红外成像仪、 GPS巡检仪、高音喇叭等负载,获得巡检照片、视频、飞行轨迹,或空中喊话。

2.2 巡检作业

      

无人机巡检作业可分为采集管道坐标及选取起降位置、绘制航线、现场飞行、成果分析四个步骤(图2)。油气长输管道为线性工程,需确保飞行连贯性。现场飞行时,需组织A、 B两组人员和车辆,使用2台遥控器,采用“车轮战”操作模式。即: B组人员提前到达乙点, A组人员从甲点使用手动模式放飞,切入航线飞行模式后赶到丙点; B组人员在乙点等待飞机到达乙点后B组切换为手动模式降落,更换电池后放飞,切入航线模式,驱车赶往丁地。周而复始,直至飞行任务完成(图 3)。

3 无人机在高后果区管理中的应用

3.1 高后果区识别

GB 32167―2015 《油气输送管道完整性管理规范》提出宜通过影像数字化开展管道沿线高后果区属性数据采集工作。读取无人机航拍视频或照片有助于高后果区精准识别,尤其是人员密集型高后果区识别和等级判定(图 4)。无人机识别优势见表 2。

3.2 高后果区日常管控

(1)管控依据。国家安全监管总局等八部委138号文要求,需增加高后果区管段巡护频次,增加技防措施。 GBT 35068―2018《油气管道运行规范》提出管道可以采用飞行器巡护方式。

(2)日常巡检。将无人机管道巡检作为主要巡检方式,补充人工管道巡护,满足“增加巡护频次”“增加技防措施”等高后果区管控要求。无人机巡检与人工巡检管理模式优劣对比见表 3。

(3)应用飞行成果。针对高后果区定期使用无人机进行高空和抵近飞行拍照、数据采集等,与前期数据对比,分析管道周边环境新增占压、第三方施工、人员密集变化情况,研判高后果区附近地质灾害风险等情况,从而判断变化原因及预测变化后果,为企业及时调整高后果区管控措施提供重要依据。分公司每月用无人机采集人员密集型高后果区照片,上传智能化管道管理系统,用于对比分析高后果区变化情况(图 5)。

(4)特殊时期(地段)巡检。在重大节日、特殊 时期和易发生打孔盗油等特殊地段加强巡护;特别针对高后果区附近非法第三方施工识别取证,夜间利用高强射灯及喇叭震慑高后果区附近打孔盗油分子等,具有较大的优势。

3.3 高后果区应急抢险

(1)为现场指挥提供技术支持。利用多旋翼无人机低空悬停特点观察管道周边实时情况,为抢险指挥部提供实时、高清、可靠的周边区域地形地貌、滑 坡监测、现场录像等服务。为管道突发事件定性、制定应急措施、现场抢修等提供重要依据。此外,无人机可以携带部分轻便应急物资(例如MD4-1 000可携带最大任务载荷为2 kg)快速抵达现场并投放。

(2)紧急疏散高后果区人群。无人机可搭载高音喇叭,在人员密集区域上空播放录音或实时喊话,紧急疏散人群,减少甚至避免高后果区人员伤亡。

(3)应用案例。 2016年6月,某直辖市因山体滑坡导致某成品油管道发生断管漏油事故,现场抢险指挥部专门成立了无人机监控组,轮换飞行观察救援力量分布情况,判断滑坡体继续下滑风险,实时为指挥部提供空中画面。为此,得到 “企业应急处置反应迅速、方案科学、组织有序、效果很好”的评价。

4 无人机巡检技术面临的挑战

4.1 合法依规

一是无人机及操作人员合法依规。 2016年民航局下发《民用无人机驾驶员管理规定》对无人机驾驶执照提出要求。无人机驾驶员培训时间长, AOPA机长考试难度大,管道企业需增加投入。 2017年5月,民航局下发《民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定》,要求实名登记,张贴二维码,未登记飞机不允许飞行。二是飞行区域合法依规。划定限制飞行区域需向相关部门申请空域,位于禁飞区域管道无法开展无人机巡检。

4.2 续航不足亟待解决

目前多旋翼无人机电池极限时间约50 min,极限航线飞行里程约9 km,不利于提高单日飞行里程。若突破电池续航能力,有望实现“一站放飞、一站接收”,极大地提高工作效率。

4.3 有效载荷需进一步开发

对于管道输送介质发生的细微渗漏,地面巡检人员可以通过看、听、闻、触的方式察觉。无人机探测管道泄漏情况效果不尽人意,需进一步开发有效载荷。

5 结论

无人机在高后果区识别、日常管控、特定时期巡查、应急抢险等方面具有经济、高效、准确和可视化优势。管道企业需加大持证人员培养力度。研发企业需攻关提升无人机续航能力,开发更多有效载荷,推动无人机巡检技术为油气管道高后果区安全保驾护航。

 

 

作者:段云跃, 1988年生,本科,工程师,油气储运主管师,持有中国民航局颁发多旋翼无人机机长证及AOPA协会颁发多旋翼无人机机长证,取得中国石油和化学工业联合会完整性管理中级证,长期从事管道安全管理工作。谢德俊, 1967年生,高级工程师,注册安全工程师,安全环保主任师,长期从事管道安全环保管理工作。

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