葛建武，馬 杰，楊寶和，鄭衛(wèi)東，梁成龍

（中國石油蘭州石化分公司，甘肅蘭州 730000）

對于煉油化工企業(yè)來說，把原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，需要多套上下游裝置同時運行生產(chǎn)。而管線把裝置中設(shè)備與設(shè)備之間、裝置與裝置之間、裝置與罐區(qū)之間，串聯(lián)成有機的整體，形成產(chǎn)品生產(chǎn)鏈，保證產(chǎn)品生產(chǎn)過程得以實現(xiàn)。管線對于化工生產(chǎn)鏈來說，就像“動脈”血管對人身體一樣重要。

為了保證裝置及裝置間各種管線規(guī)范管理，節(jié)約有效空間，企業(yè)依據(jù)裝置分布設(shè)置管廊，管廊是鏈接裝置各單元及各裝置間的橋梁。具有承載的管線多，涉及輸送的介質(zhì)復雜等特點，一旦發(fā)生事故，影響面更寬，涉及的裝置更多，帶來的經(jīng)濟損失也就更大。

蘭州石化現(xiàn)有4km長度，7段管廊，上下分4層，每層之間高度差約1.5m，管廊運輸物中涉及32種介質(zhì)。為保障管廊處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，企業(yè)非常重視管廊管理，一般采用人工巡檢的方式，對管廊實行管控。但由于長輸管廊具有架設(shè)在高空、層數(shù)多、管線密集等特點，加之巡檢人員狀態(tài)等因素，人工巡檢的方式往往達不到預期效果。

公司共有七處界區(qū)外管廊，100多條轉(zhuǎn)輸管線，是鏈接煉油與化工區(qū)和各裝置區(qū)之間物料轉(zhuǎn)運的橋梁，具有承載的管線多、線路長、涉及輸送的介質(zhì)危險性大、周邊環(huán)境復雜、一旦泄漏很難及時發(fā)現(xiàn)等特點，傳統(tǒng)管理方式單一，監(jiān)測手段匱乏，安裝的報警儀也由于風向、泄漏點高度等因素，只能監(jiān)測很小的區(qū)域，全線監(jiān)測只能靠人工巡檢的方式進行，一旦管廊發(fā)生泄漏著火事故，輕則影響裝置完全穩(wěn)定運行，重則發(fā)生較大安全環(huán)保事故，給企業(yè)、社會帶來嚴重的負面影響和重大的經(jīng)濟損失。因此利用氣云成像智能識別技術(shù)識別?；瘹怏w，在蘭州石化管廊監(jiān)控中就大有可為。

1 天然氣泄漏監(jiān)測技術(shù)概述

1.1 監(jiān)測對象（互供管廊）

監(jiān)測對象為油品儲運廠界區(qū)外一段互供管廊，具體位置如圖1所示。

圖1 互供管廊位置說明

1.2 互供管廊介質(zhì)

目前蘭州石化油品儲運廠的互供介質(zhì)見表1，本次項目實際監(jiān)測介質(zhì)從【當前可選監(jiān)測】欄里標記為【是】的介質(zhì)里選取。

表1 互供管廊介質(zhì)一覽表

2 氣云成像攝像機泄漏監(jiān)測技術(shù)研究

2.1 技術(shù)原理

本次采用氣云成像智能識別技術(shù)的設(shè)備產(chǎn)品是國內(nèi)首創(chuàng)的綜合實現(xiàn)了先進的傅里葉變換紅外光譜遙測和掃描成像檢測技術(shù)。利用紅外指紋特征對氣體云團進行遠程遙感探測，通過識別軟件實現(xiàn)對?；瘹怏w的快速定性識別和定量反演，配合掃描云臺和同軸可見-紅外相機實現(xiàn)檢測區(qū)域的掃描成像，對各類?；瘹怏w進行高靈敏度的快速識別和報警。

2.2 基本原理

任何自然物體都向外發(fā)射紅外光，不同物質(zhì)成分具有不同紅外光譜，類似于人的指紋，故紅外光譜又稱為“指紋光譜”。參見圖2。

圖2 紅外光譜特征圖

光與物質(zhì)作用時，會產(chǎn)生吸收、透射、散射等物理現(xiàn)象。紅外光與氣體物質(zhì)的主要作用是吸收和透射，依據(jù)三層模型可對氣體成分進行遙感檢測。參見圖3。

圖3 紅外光譜三層模型

被動式傅里葉變換紅外光譜（FTIR）掃描檢測技術(shù)是根據(jù)光學干涉特性，利用邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)，采集干涉圖并變換為光譜，是目前國際上最先進的氣體遙測技術(shù)。

3 氣云成像攝像機監(jiān)測現(xiàn)場應用

因需要監(jiān)測的是廠外管廊，管廊周邊有樹木遮擋，而廠區(qū)內(nèi)特別是沿西側(cè)圍墻無適合的建筑物可以固定架設(shè)產(chǎn)品，考慮以便攜式架設(shè)產(chǎn)品為主。架設(shè)點和監(jiān)測區(qū)域參見圖4。

圖4 產(chǎn)品架設(shè)點預設(shè)方案圖（圖中上方為北）

1號點：可以自東向西對廠區(qū)外西側(cè)管廊的直線段（上圖中的黑色長方框部分）進行監(jiān)測。

2號點：從中間分別向東或向西監(jiān)測廠區(qū)外西側(cè)管廊的直線段，可以提高定位速度。

3號點：既可以自西向東監(jiān)測廠區(qū)外西側(cè)管廊的直線段，也可以向西南監(jiān)測圖5-1左下角的管廊，監(jiān)測范圍最大。

另外，在管廊的北側(cè)和南側(cè)也可以適當選擇若干位置對管廊進行側(cè)向監(jiān)測。

3.1 設(shè)備組成說明

監(jiān)測設(shè)備硬件主要由設(shè)備主機、掃描云臺、主控計算機、電源適配器及通信線纜、供電線纜等組成，見圖5。

圖5 監(jiān)測設(shè)備組成圖

3.2 主要技術(shù)參數(shù)

1）檢測半徑：≥ 3km；

2）掃描范圍：水平360°，俯仰-30°～+45°；

3）報警響應時間：≤4s；

4）光譜范圍 ：8μm～14μm ；

5）光譜分辨率：1cm-1；

6）防水防塵等級；IP65；

7）視頻：可見光（高清）、紅外；

8）系統(tǒng)功耗：≤100W（不含主控計算機）

4 應用效果

測試方法：利用紅外指紋特征對氣體云團進行遠程遙感探測，通過識別軟件實現(xiàn)對?；瘹怏w的快速定性識別和定量反演，配合掃描云臺和同軸可見-紅外相機實現(xiàn)檢測區(qū)域的掃描成像，對甲烷氣體進行高靈敏度的快速識別和報警。

利用測試地點的可見相機和氣云成像攝像機進行測試，放散一定濃度的甲烷測試氣體，測試氣云成像攝像機在一個監(jiān)視周期（云臺 360°旋轉(zhuǎn)）內(nèi)能否及時發(fā)現(xiàn)泄漏，是否于系統(tǒng)內(nèi)正確顯示。

測試情況如下：測試區(qū)域測試，天氣晴朗，測試距離約為200m，響應時間為2s。正常情況下，氣云成像攝像機無報警，顯示正常，發(fā)現(xiàn)丁烷氣體后，氣云成像攝像機監(jiān)控發(fā)出報警。

從現(xiàn)場測試結(jié)果看，氣云成像攝像機在泄漏介質(zhì)自動識別、定位所屬管線及自動報警、泄漏識別準確度、泄漏響應方面均取得較好的應用效果。

5 結(jié)論與建議

1）氣云成像識別技術(shù)在蘭州石化化工管廊初步實現(xiàn)了實際應用，對實現(xiàn)管廊承載管線泄漏介質(zhì)自動識別、定位所屬管線及自動報警具有很好效果，

2）采用云成像識別技術(shù)對管廊承載管線輸送介質(zhì)自動識別和云成像技術(shù)對泄漏位置、所屬管線定位，實現(xiàn)介質(zhì)的初步自動化識別技術(shù)，保障了管廊的安全。

3）實現(xiàn)創(chuàng)新界區(qū)外管廊實時監(jiān)控、實現(xiàn)24h全天候無人巡檢的管理模式，保障了管廊處于安全穩(wěn)定受控狀態(tài)。

4）利用紅外云成像技術(shù)自動識別管廊承載管線泄漏介質(zhì)及管線定位過程中，充分利用了機器學習、建模技術(shù)，實現(xiàn)了自動識別展示及自動報警。

5）下一步要深入研究氣云成像識別技術(shù)在實際監(jiān)測監(jiān)控中的應用，特別是此次項目中建立的管廊多種介質(zhì)泄漏氣云成像監(jiān)測系統(tǒng)在實際運用中發(fā)揮了極大的作用。