气云成像智能识别技术在管廊监控中的应用

葛建武，马 杰，杨宝和，郑卫东，梁成龙

（中国石油兰州石化分公司，甘肃兰州 730000）

对于炼油化工企业来说，把原料转化成产品，需要多套上下游装置同时运行生产。而管线把装置中设备与设备之间、装置与装置之间、装置与罐区之间，串联成有机的整体，形成产品生产链，保证产品生产过程得以实现。管线对于化工生产链来说，就像“动脉”血管对人身体一样重要。

为了保证装置及装置间各种管线规范管理，节约有效空间，企业依据装置分布设置管廊，管廊是链接装置各单元及各装置间的桥梁。具有承载的管线多，涉及输送的介质复杂等特点，一旦发生事故，影响面更宽，涉及的装置更多，带来的经济损失也就更大。

兰州石化现有4km长度，7段管廊，上下分4层，每层之间高度差约1.5m，管廊运输物中涉及32种介质。为保障管廊处于安全稳定状态，企业非常重视管廊管理，一般采用人工巡检的方式，对管廊实行管控。但由于长输管廊具有架设在高空、层数多、管线密集等特点，加之巡检人员状态等因素，人工巡检的方式往往达不到预期效果。

公司共有七处界区外管廊，100多条转输管线，是链接炼油与化工区和各装置区之间物料转运的桥梁，具有承载的管线多、线路长、涉及输送的介质危险性大、周边环境复杂、一旦泄漏很难及时发现等特点，传统管理方式单一，监测手段匮乏，安装的报警仪也由于风向、泄漏点高度等因素，只能监测很小的区域，全线监测只能靠人工巡检的方式进行，一旦管廊发生泄漏着火事故，轻则影响装置完全稳定运行，重则发生较大安全环保事故，给企业、社会带来严重的负面影响和重大的经济损失。因此利用气云成像智能识别技术识别危化气体，在兰州石化管廊监控中就大有可为。

1 天然气泄漏监测技术概述

1.1 监测对象（互供管廊）

监测对象为油品储运厂界区外一段互供管廊，具体位置如图1所示。

图1 互供管廊位置说明

1.2 互供管廊介质

目前兰州石化油品储运厂的互供介质见表1，本次项目实际监测介质从【当前可选监测】栏里标记为【是】的介质里选取。

表1 互供管廊介质一览表

2 气云成像摄像机泄漏监测技术研究

2.1 技术原理

本次采用气云成像智能识别技术的设备产品是国内首创的综合实现了先进的傅里叶变换红外光谱遥测和扫描成像检测技术。利用红外指纹特征对气体云团进行远程遥感探测，通过识别软件实现对危化气体的快速定性识别和定量反演，配合扫描云台和同轴可见-红外相机实现检测区域的扫描成像，对各类危化气体进行高灵敏度的快速识别和报警。

2.2 基本原理

任何自然物体都向外发射红外光，不同物质成分具有不同红外光谱，类似于人的指纹，故红外光谱又称为“指纹光谱”。参见图2。

图2 红外光谱特征图

光与物质作用时，会产生吸收、透射、散射等物理现象。红外光与气体物质的主要作用是吸收和透射，依据三层模型可对气体成分进行遥感检测。参见图3。

图3 红外光谱三层模型

被动式傅里叶变换红外光谱（FTIR）扫描检测技术是根据光学干涉特性，利用迈克尔逊干涉仪结构，采集干涉图并变换为光谱，是目前国际上最先进的气体遥测技术。

3 气云成像摄像机监测现场应用

因需要监测的是厂外管廊，管廊周边有树木遮挡，而厂区内特别是沿西侧围墙无适合的建筑物可以固定架设产品，考虑以便携式架设产品为主。架设点和监测区域参见图4。

图4 产品架设点预设方案图（图中上方为北）

1号点：可以自东向西对厂区外西侧管廊的直线段（上图中的黑色长方框部分）进行监测。

2号点：从中间分别向东或向西监测厂区外西侧管廊的直线段，可以提高定位速度。

3号点：既可以自西向东监测厂区外西侧管廊的直线段，也可以向西南监测图5-1左下角的管廊，监测范围最大。

另外，在管廊的北侧和南侧也可以适当选择若干位置对管廊进行侧向监测。

3.1 设备组成说明

监测设备硬件主要由设备主机、扫描云台、主控计算机、电源适配器及通信线缆、供电线缆等组成，见图5。

图5 监测设备组成图

3.2 主要技术参数

1）检测半径：≥ 3km；

2）扫描范围：水平360°，俯仰-30°～+45°；

3）报警响应时间：≤4s；

4）光谱范围 ：8μm～14μm ；

5）光谱分辨率：1cm-1；

6）防水防尘等级；IP65；

7）视频：可见光（高清）、红外；

8）系统功耗：≤100W（不含主控计算机）

4 应用效果

测试方法：利用红外指纹特征对气体云团进行远程遥感探测，通过识别软件实现对危化气体的快速定性识别和定量反演，配合扫描云台和同轴可见-红外相机实现检测区域的扫描成像，对甲烷气体进行高灵敏度的快速识别和报警。

利用测试地点的可见相机和气云成像摄像机进行测试，放散一定浓度的甲烷测试气体，测试气云成像摄像机在一个监视周期（云台 360°旋转）内能否及时发现泄漏，是否于系统内正确显示。

测试情况如下：测试区域测试，天气晴朗，测试距离约为200m，响应时间为2s。正常情况下，气云成像摄像机无报警，显示正常，发现丁烷气体后，气云成像摄像机监控发出报警。

从现场测试结果看，气云成像摄像机在泄漏介质自动识别、定位所属管线及自动报警、泄漏识别准确度、泄漏响应方面均取得较好的应用效果。

5 结论与建议

1）气云成像识别技术在兰州石化化工管廊初步实现了实际应用，对实现管廊承载管线泄漏介质自动识别、定位所属管线及自动报警具有很好效果，

2）采用云成像识别技术对管廊承载管线输送介质自动识别和云成像技术对泄漏位置、所属管线定位，实现介质的初步自动化识别技术，保障了管廊的安全。

3）实现创新界区外管廊实时监控、实现24h全天候无人巡检的管理模式，保障了管廊处于安全稳定受控状态。

4）利用红外云成像技术自动识别管廊承载管线泄漏介质及管线定位过程中，充分利用了机器学习、建模技术，实现了自动识别展示及自动报警。

5）下一步要深入研究气云成像识别技术在实际监测监控中的应用，特别是此次项目中建立的管廊多种介质泄漏气云成像监测系统在实际运用中发挥了极大的作用。