劉小波，王璐林

（國家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司昆明輸油氣分公司，昆明 650000）

進(jìn)入20世紀(jì)，隨著我國能源消費需求的快速增長，我國長輸油氣管道行業(yè)發(fā)展迅速，加之2019年國家管網(wǎng)集團(tuán)掛牌成立，整合了“三桶油”的管道業(yè)務(wù)，初步建成了“全國一張網(wǎng)”的框架，油氣管道總里程接近15萬km，油氣行業(yè)會迎來新的增長態(tài)勢。石油管道行業(yè)的發(fā)展會帶動油庫的建設(shè)項目不斷推進(jìn)，截至2021年12月，我國規(guī)劃建設(shè)、正在建設(shè)和已經(jīng)投產(chǎn)的成品油和原油油庫庫容超8 000萬m3，數(shù)量約3 000座。如此大體量的管道里程和油庫容量，對安全監(jiān)管和防范的要求也更嚴(yán)苛。

智能報警系統(tǒng)在油氣管道、電力和鐵路行業(yè)逐步興起，相關(guān)的科研機(jī)構(gòu)和物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)圍繞“智慧監(jiān)控”開展了大量的研究和實踐工作。中國石油提出“智慧管網(wǎng)，智能管道”的理念，將中俄東線天然氣管道作為智慧管網(wǎng)建設(shè)工程的示范工程，預(yù)期目標(biāo)是要達(dá)到智能化、數(shù)字化和全生命周期管理。中國石化也在全集團(tuán)公司推廣名為“中國石化智能化管線管理系統(tǒng)”的智能管道系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了油氣管道管理的可視化和數(shù)字化，并還具有地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測系統(tǒng)、泄漏報警系統(tǒng)和專家系統(tǒng)管道維護(hù)等功能，提高了管道在應(yīng)急狀態(tài)下的安全保障能力。中國鐵路總公司與中國鐵塔公司合作，構(gòu)建了鐵路的智能監(jiān)控系統(tǒng)，服務(wù)調(diào)度、車務(wù)、機(jī)務(wù)、公安、客運、公務(wù)、電務(wù)、車輛和供電等崗位，并在防災(zāi)監(jiān)控、救援搶險和應(yīng)急管理等領(lǐng)域也能進(jìn)行監(jiān)控和管理，實現(xiàn)視頻網(wǎng)絡(luò)資源和信息資源共享。但是，國內(nèi)目前的大型油庫的管理還停留在人工巡檢結(jié)合非智能視頻監(jiān)控，視頻監(jiān)控僅有儲存和回放的功能，并不具備智能識別、人工智能等功能。本文基于云南成品油管道安寧首站現(xiàn)有的52萬m3大型油庫，圍繞火災(zāi)識別、智能監(jiān)控、雷達(dá)報警、車輛管理、沉降監(jiān)測和油品泄漏監(jiān)測等技術(shù)展開討論。

1 應(yīng)用背景

國家管網(wǎng)集團(tuán)西南管道有限責(zé)任公司是全國油氣骨干管網(wǎng)重要組成部分，業(yè)務(wù)涵蓋川、渝、滇、黔、桂、陜、甘和寧8?。▍^(qū)、市），管道里程超過10 000 km。昆明輸油氣分公司是西南管道在滇的2個二級單位之一，主要管轄云南成品油管道和中緬天然氣、原油管道。云南成品油管道首站位于昆明市安寧市，首站建有的52萬m3儲罐接收云南石化來油后分別向保山、蒙自和曲靖順序輸送成品油。安寧首站儲罐群屬一級重大危險源，且占地面積廣，周邊林區(qū)樹木茂盛，山火隱患極大，安全管控難度較大、安全生產(chǎn)形勢嚴(yán)峻。為此，昆明輸油氣分公司結(jié)合實際情況建立了集中監(jiān)控智能報警系統(tǒng)，優(yōu)化了罐區(qū)巡檢和監(jiān)控方式，實現(xiàn)了高效、實時和24 h的智能化監(jiān)控。

2 集中監(jiān)控智能報警系統(tǒng)的架構(gòu)

在安寧首站油庫原有的視頻監(jiān)控基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索實現(xiàn)基于集中監(jiān)視的風(fēng)險自動識別、智能聯(lián)動報警和現(xiàn)場實時管控功能。建立了“視頻集中監(jiān)控管理+雷達(dá)智能告警+智能火警監(jiān)控”的一體化解決方案并針對油品泄漏和儲罐沉降問題，提出將儲罐沉降監(jiān)測預(yù)警和油品泄漏自動監(jiān)控系統(tǒng)納入集中智能報警系統(tǒng)的構(gòu)想。根據(jù)不同風(fēng)險點的危險因子變量，選取適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控點位和監(jiān)控儀器（各種功能攝像頭和傳感器）來采集變量信息，將信息上傳至服務(wù)器，經(jīng)過人工智能大數(shù)據(jù)分析后將報警信息或者危險畫面顯示在智能監(jiān)控中心，提醒值班人員采取應(yīng)急措施，生成事件報告記錄，實現(xiàn)風(fēng)險管控的閉環(huán)管理。如圖1所示。

圖1 集中監(jiān)控智能報警系統(tǒng)工作流程

3 集中監(jiān)控智能報警系統(tǒng)的功能與應(yīng)用

3.1 視頻集中監(jiān)控管理系統(tǒng)

“智能監(jiān)控”區(qū)別于普通的視頻監(jiān)控，是指可以對風(fēng)險進(jìn)行自動識別、分類分級報警等智能化監(jiān)控功能。實現(xiàn)智能監(jiān)控的前提，是需要將大量的監(jiān)控視頻集中接入管理系統(tǒng)。通過試點建設(shè)并成功運行智能監(jiān)控系統(tǒng)，集中接入、統(tǒng)一管理分布在油庫基地各個區(qū)域的監(jiān)控視頻，實現(xiàn)了大量監(jiān)控視頻的集中優(yōu)化管理。針對原有監(jiān)控視頻分布在油庫各個區(qū)域，分布點多面廣，并且已有各套視頻監(jiān)控系統(tǒng)相對孤立，主要通過站控值班人員不定期查看，很難及時有效發(fā)現(xiàn)異常狀況和存在風(fēng)險的實際情況，因此共同創(chuàng)新開發(fā)的集中監(jiān)控平臺，試點實現(xiàn)56路現(xiàn)場監(jiān)控視頻的集中接入，分布在地付儲罐區(qū)、汽油儲罐區(qū)、柴油儲罐區(qū)、航空煤油儲罐區(qū)和消防泵房等，如圖2所示。另外，集中監(jiān)控系統(tǒng)還將門禁系統(tǒng)的人臉識別和車輛識別納入統(tǒng)一管理，識別到陌生車輛和陌生人員時，會在監(jiān)控中心產(chǎn)生報警。通過建立明確的監(jiān)控視頻電子巡檢制度和異常風(fēng)險處置流程，對監(jiān)控視頻進(jìn)行集中管理，提升了遠(yuǎn)程監(jiān)控效率和監(jiān)控設(shè)備利用率。

圖2 監(jiān)控視頻集中管理

3.2 雷達(dá)智能告警系統(tǒng)

原有的周界安防大多依靠罐區(qū)圍墻物理防護(hù)和安保人員定期巡檢，存在入侵發(fā)現(xiàn)率低、空窗期長和周界安防效果不佳等管理缺陷。雷達(dá)智能告警系統(tǒng)主要借助于雷達(dá)融合監(jiān)測技術(shù)真正實現(xiàn)對油庫的無人值守與智能監(jiān)管，建立了事前預(yù)警、入侵報警、目標(biāo)跟蹤和警示驅(qū)離“四防一體化”全方位安防模式，實現(xiàn)“入侵及時發(fā)現(xiàn)、視頻清晰可見、目標(biāo)可靠捕捉、鳴笛喊話驅(qū)離”的智能管理目標(biāo)，使無人值守管理有效落地。另外，借助雷達(dá)探測功能，最大限度地避免了氣候條件對探測結(jié)果的影響，可以實現(xiàn)晴天雨天、白天黑夜全天候的自動探測，探測靈敏度高、誤報率低。追蹤攝像頭可以根據(jù)可疑目標(biāo)的移動，自行旋轉(zhuǎn)角度追蹤拍攝，保證了最佳監(jiān)控和拍攝效果。針對夜間閥室周邊自然光線較暗、普通設(shè)備無法實現(xiàn)清楚拍攝的問題，通過將閥室照明系統(tǒng)和雷達(dá)探測系統(tǒng)聯(lián)動，在夜間一旦發(fā)現(xiàn)可疑物體進(jìn)入閥室安防區(qū)域，會提前自動啟動閥室的照明系統(tǒng)，從而確保夜間視頻監(jiān)控和拍攝畫面清楚。如圖3所示。

圖3 雷達(dá)智能告警系統(tǒng)界面

3.3 智能火警監(jiān)控系統(tǒng)

智能火警監(jiān)控系統(tǒng)主要借助多維感知綜合監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)對火情的智能監(jiān)管，此技術(shù)在森林防火、自然保護(hù)區(qū)防火中應(yīng)用較為廣泛，在大型油庫基地的管理中較少使用。該系統(tǒng)集成了火情檢測一體化球臺、紅外熱成像模塊、可見光攝像模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和煙火識別算法，能夠?qū)崿F(xiàn)自動巡檢、超遠(yuǎn)距火災(zāi)識別和自動跟蹤等功能?？梢姽鈹z像機(jī)在白天能夠輸出高清圖像，熱成像功能可在全天候?qū)崿F(xiàn)溫度監(jiān)測和圖像處理，監(jiān)測距離可達(dá)8～10 km，探頭監(jiān)測到火情后，系統(tǒng)鎖定云臺，由當(dāng)前瞭望塔的高度、云臺的方位和攝像機(jī)的焦距等相關(guān)信息，依據(jù)公式推算出發(fā)生火災(zāi)的位置。但是，由于安寧首站位于云南高原的特殊地理位置，白天紫外線強(qiáng)烈，在雨霧天可見度較低，這些因素都能影響報警的準(zhǔn)確率，因此，公司團(tuán)隊選擇可見光+雙光譜熱成像技術(shù)，通過對火的顏色、溫度、輪廓和光譜特征等因素的分析，針對油罐火災(zāi)與云霧等干擾因素空間幾何特征上的差異，綜合運用圖像處理方法計算，能夠?qū)崿F(xiàn)對多幀圖像的火情識別，準(zhǔn)確率較高。如圖4所示，為安寧首站油庫布設(shè)的智能火警監(jiān)控系統(tǒng)，整個庫區(qū)共布置2個火焰探測球臺，能夠360°全方位覆蓋整個庫區(qū)及周邊的林區(qū)，在監(jiān)測油庫火災(zāi)的同時亦能顧及周邊林區(qū)的森林火災(zāi)。安寧首站會定期對火焰探測球臺進(jìn)行測試，如圖4所示，分別于白天和夜間在庫區(qū)外側(cè)距離球臺3 km處生火，探測器均能快速定位火災(zāi)點并在監(jiān)控中心發(fā)出報警，并對火焰的高度、輪廓進(jìn)行實時跟蹤。

圖4 安寧首站智能火警監(jiān)控系統(tǒng)

3.4 儲罐沉降監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

傳統(tǒng)的儲罐沉降監(jiān)測方法依靠測量工人使用水準(zhǔn)儀定期監(jiān)測，該方法存在測量精度不高、測量間隔過長和無法提供實時數(shù)據(jù)等弊端?；诩兄悄鼙O(jiān)控報警平臺，可將儲罐沉降監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)作為子系統(tǒng)納入統(tǒng)一監(jiān)控管理，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集、沉降預(yù)測和異常情況預(yù)警，主要由沉降傳感器、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)、儲罐沉降預(yù)測與預(yù)警子系統(tǒng)構(gòu)成。儲罐沉降監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)成如圖5所示。

圖5 安寧首站儲罐沉降監(jiān)測系統(tǒng)

沉降傳感器采用靜力水準(zhǔn)儀，靜力水準(zhǔn)儀是高差測量的高精密儀器，在大壩、地鐵和隧道等構(gòu)筑物的沉降監(jiān)測中廣泛應(yīng)用，主要利用連通器原理，通過連通管連接在一起的儲液罐的液面總是在同一水平面，通過測量不同儲液罐的液面高度，經(jīng)過計算可以得出各個靜力水準(zhǔn)儀的相對差異沉降。該儀器在儲罐外側(cè)沿等高線安裝，每個儲罐在4個方向分別布置1個傳感器，傳感器之間通過水氣兩管連接，信號傳輸通過單芯單模光纖并聯(lián)連接。數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)置為每小時采集一次傳感器數(shù)據(jù)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)無線傳輸?shù)椒?wù)器，服務(wù)器對采集到的數(shù)據(jù)實時分析并繪制趨勢圖，沉降速率超過設(shè)定的閾值時，會根據(jù)變化量分別進(jìn)行藍(lán)色、黃色、橙色和紅色的四級報警?？紤]到儲罐正常的收發(fā)油作業(yè)會引起儲罐基礎(chǔ)的彈性波動，此變化在正常范圍內(nèi)，因此該系統(tǒng)在正式投用前會利用人工智能對沉降的彈性波動進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以大大減少誤報率，對正常沉降和異常沉降進(jìn)行正確的判斷。

3.5 油品泄漏自動監(jiān)測系統(tǒng)

成品油庫區(qū)的油品介質(zhì)外泄主要考慮地面以上的氣相泄漏和地面以下的液相泄漏。根據(jù)油庫管理規(guī)定，會定期對儲罐進(jìn)行外部檢查，因此對于地面以上的部分，儲罐一般難以發(fā)生較大規(guī)模的介質(zhì)泄漏，泄漏點通常在儲罐進(jìn)出管線法蘭連接處、排水口和閥門等部位，泄漏量輕微且難以發(fā)現(xiàn)，但泄漏的油品會在空氣中揮發(fā)，因此對于地面以上的油品泄漏，安寧首站采用了非色散紅外技術(shù)的可燃?xì)怏w檢測儀進(jìn)行監(jiān)測，每個儲罐布置3個可燃?xì)怏w探測器，當(dāng)監(jiān)測到油氣含量超過設(shè)定的閾值時，將根據(jù)檢測數(shù)據(jù)得到的泄漏程度的信息傳輸?shù)綀缶?，報警器會發(fā)出聲光報警提醒現(xiàn)場的人員，另外也會將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到設(shè)備終端，提醒值班人員發(fā)生泄漏。

對于地面以下的液相泄漏，通常是由于儲罐底板長時間的腐蝕導(dǎo)致滲漏，油品一旦滲漏，持續(xù)時間長，不易察覺，會對地下水和土壤環(huán)境產(chǎn)生難以修復(fù)的破壞。針對安寧首站實際情況，構(gòu)想在罐區(qū)均勻布置4個地下水監(jiān)測井（如圖6所示），井深主要為6~12 m，潛水含水層底板1~2 m，井管材質(zhì)要求為無縫鋼管，外加不銹鋼制過濾網(wǎng)，在最外層布置卵石反濾層，使其具有良好的透水性。井底安裝多參水質(zhì)檢測儀，安裝深度能保證枯水季亦能浸沒檢測儀，在井口安裝變送器，能夠?qū)z測到的數(shù)據(jù)實時傳送到油品泄漏自動監(jiān)測系統(tǒng)上，并根據(jù)設(shè)定的閾值報警，及時發(fā)現(xiàn)油品泄漏，阻止環(huán)境污染擴(kuò)大。

圖6 地下水油品泄漏監(jiān)測布置圖

3.6 應(yīng)用效果

1）智能監(jiān)控實質(zhì)增效，集中管理減負(fù)運行。安寧首站油庫智能監(jiān)控報警系統(tǒng)投入使用后，革新了油庫的巡檢及管理制度。集約化管理不僅節(jié)省人力成本，也能提高值班人員工作效率，達(dá)到事半功倍的效果。每日監(jiān)控中心值班人員在人工巡檢前利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行隱患排查，在巡視時對隱患進(jìn)行確認(rèn)，并安排專業(yè)人員消除隱患，若不能及時消除隱患，利用監(jiān)控系統(tǒng)對隱患進(jìn)行跟蹤記錄。遇極端惡劣天氣時，可利用監(jiān)控系統(tǒng)代替人工巡檢，規(guī)避了極端天氣人工巡檢的風(fēng)險。

2）風(fēng)險隱患升級管理，應(yīng)急處置能力提升。目前布置的監(jiān)測子系統(tǒng)能夠覆蓋油庫泄漏、滲漏、安防、火災(zāi)和沉降等主要風(fēng)險點，實現(xiàn)風(fēng)險自動識別、智能聯(lián)動報警和監(jiān)控實時切入等功能，并建立明確的監(jiān)控視頻電子巡檢制度和異常風(fēng)險處置流程，可及時有效發(fā)現(xiàn)并快速消除生產(chǎn)運行面臨的安全風(fēng)險，提升了風(fēng)險管控和應(yīng)急處置能力，實現(xiàn)了安全升級管理。該系統(tǒng)運行至今，自動報警1 282次，其中因安保人員巡檢自動觸發(fā)報警1 265次，因承包商單位進(jìn)入報警13次，因附件村民路過觸發(fā)報警4次，火警監(jiān)控出現(xiàn)報警0次，報警準(zhǔn)確率達(dá)到99%。安寧首站油庫結(jié)合該智能監(jiān)控系統(tǒng)開展庫區(qū)應(yīng)急演練6次，借助平臺的圖像、語音和位置等信息快速合理部署應(yīng)急處置工作，有效縮短了反應(yīng)時間，提升了管道企業(yè)在面對突發(fā)事件和緊急情況下的應(yīng)急處置能力。

4 結(jié)束語

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)和人工智能的發(fā)展，安寧油庫集中風(fēng)險智能監(jiān)控報警系統(tǒng)還會兼納更多的監(jiān)控系統(tǒng)和功能，包括監(jiān)測庫區(qū)周界錨索抗滑樁的變形來監(jiān)控山體穩(wěn)定性、庫區(qū)消防系統(tǒng)監(jiān)控、雷電監(jiān)測預(yù)警、智能機(jī)器人巡檢和無人機(jī)巡檢等。另外，建立集中智能監(jiān)控系統(tǒng)的APP，企業(yè)主要負(fù)責(zé)人和安全管理人員可通過遠(yuǎn)程移動終端實施查看現(xiàn)場情況，且一旦出現(xiàn)較大或重大險情時，能自動發(fā)短信給庫區(qū)所有工作人員及周邊可能受影響的居民和企業(yè)。智慧油庫理念不斷深入，基于自動化、集中化和智能化的監(jiān)控系統(tǒng)會逐步完善，油庫管理會提質(zhì)增效，實現(xiàn)智慧儲油。