【案例】天然气智能化-无人值守站机器人智能巡检方案

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2022/3/25 1 天然气智能化解决方案供应商 无人值守站机器人智能巡检方案 2 目 录 背景现状 巡检方案 典型案例 用户反馈 3 背景现状 1 序号 防护措施 巡检不到位 误判 漏检 责任心差 意外 总计 事故起数 1 4 2 2 4 6 19 死亡人数 1 1 2 4 7 15 4 爆炸着火事故 危险部位检查 行业痛点 现有的巡检方式存在造成巡检人员 人身安全风险以及漏检误判 等问题，据统计 2019 年发生 97 起 典型事故分析，发现直接或间接与巡检相关事故 19 起约占 20% ，造成 15 人死亡 ，其中意外事故最多 6 起死 7 人，其次为人员责任心差和巡检不到位 4 起 。 夜晚巡检 5 行业痛点 方式 内容 听 设备的运行声音是否平稳，有无异常杂音 看 设备的外观是否完好，连接是否可靠，有参数显示的要看显示值是否正常 ( 特别是温度、压力等 ) 测 管道壁厚、动设备振动、关键部位温度等 摸 设备有无发热、振动等； 闻 设备有无异常气味（如有毒有害气体、烧焦糊臭、绝缘损坏绝缘漆味等） 6 行业现状 当前国内外大部分石化危化、易燃易爆场所采用的巡检方式为： “ 工人 + 智能终端 ” 巡检 ，通过人工的 “ 听、看、 测、摸、闻 ” 进行现场工艺设备的巡检。 7 解决方案 人工巡检 智能机器人巡检 8 为什么要采用机器人巡检？ 安全生产的需要 1 降本增效的需要 2 数字化转型的需要 3 高质量发展的需要 4 9 机器人行业痛点解决能力 1. 通过图像建模识别技术和机器深度学习算法，自动识别现场各种数字、指针仪表、阀门、液位计以及开关等设备状态，也能 对液体滴漏进行识别，平均识别一个检测物体在 15 秒内，可以代替人工到现场进行抄表。 2. 通过 3D 激光扫描遥测功能模块，对被检测工艺设备或者半径 50 米区域内的空间区域的甲烷气体泄漏精确检测和定位，相对于 目前的检测手段更加精确和覆盖面更广； 3. 通过红外热成像测温技术实现对设备发生超温、剧烈温升及天燃气泄漏的及时捕获和推送报警信息，能够挖掘出更深的设备 运行健康数据，预测更准确； 4. 通过对压缩机、分离器、管线等动设备的声波信号进行采集，建立声波频谱分析算法模型，通过大数据分析，对比历史数据 变化，可有效判断现场动设备健康状态，对未来状态进行预测。该方法相对于现有的靠人的听觉判断更加准确和可数字化。 5. 通过手动遥控巡检的方式，可以避免人到易燃易爆、有毒有害等危险环境下的巡检作业；同时提供机器人的远程侦察和音视 频对讲功能。 6. 机器人巡检系统平台软件可方便地融入现有的监控平台，并且通过标准的数据访问接口实现数据共享，并且结合现有的 DCS 系统，实现联动巡检，使得机器人巡检工作更加智能。另外，当巡检区域大时，可由多台机器人同时巡检，提高效率。 ：机器人可以满足全站 24 小时全天候巡检需求，能够代替人工视觉、嗅觉、听觉、触觉等，及时发现 “ 跑、冒、滴、 声 异 响 、 异 味 异 热 等 安 全 隐 患 ， 使 得 巡 检 工 作 更 加 简 单 高 效 和 智 能 安 全 ， 加 速 危 化 现 场 的 无 人 值 守 化 的 10 国外技术发展现状 壳牌委托美国国家机器人中心 （ NREC ）研发的 “ sensabot” 半自动巡检机器人 ，应用于哈萨克斯 里海卡萨干 油田 ， 因 该 油 田 高 含 硫 化 氢 ， 很 多 工 作 必 须 得 有 机 器 人 来 完 成 ， 用 于 监 控 设 备 和 执 任务： 检测参数：声音、震动、温度、 H 2 S 、 CH 4 、视频、图像、阀门开度、仪表等； 工作时长：一次充电可工作 5h 以上 . 防爆等级：有毒有害以及爆炸性气体环境。 11 国内技术发展现状 中石油长庆油田天然气集气站、净化厂处理厂，延长石油成品油库，天然气城市门站、石化炼化等多个场站开始投入 智能巡检机器人的使用，辅助现场人工作业，并取得一定的经济效益。 ■ ■ ■ ■ ■ 具有自主巡检功能，在不用人工干预的条件自动完成场站规定路线及区域的巡检； 具有视频信息采集、声音信息采集、可燃气体浓度采集、热成像信息采集以及气体泄漏遥测检测等功能； 实现对场站阀门状态的异常、噪音的异常、可燃气体泄露的异常、热成像温度异常进行智能化报警； 具备对各类场站异常数据进行机器学习分析能力，实现巡检分析的智能化； 具备长时间续航和自主无线充电能力。 12 2 机器人巡检方案 13 智能识别 0 1 智能巡检 0 2 智能机器人巡检解决方案 新一代智能防爆巡检机器人系统集成了激光遥测、红外成像、声波频谱分析、智能识别等先进技术，利用计算机软件 大数据分析、 5G 通信技术和数字孪生技术，在易燃易爆、有毒有害、石化危化领域巡检时，智能机器人能够代替人工巡检， 及时发现 “ 跑、冒、滴、漏 ” 、异声异响、异味异热等安全隐患，及时的给出故障源和故障处理办法并主动预警，避免设 备 故障和安全隐患进一步扩大，有效保障企业安全生产。 机器人巡检系统： 数据深度分析 与报表生成 0 4 0 5 远程管理 0 3 智能报警 14 光纤 / 以太网 机器人 遥测仪 照明 电伴热 泵 电动球阀 火炬点火 发电机 安防 IOT 传感器 机器人智能管理 软件平台 5G 与 DCS 系统形成互补 DCS 系统 自主充电站 15 机器人平台软件架构 移 动 机 器 人 数 据 传 输 监 控 平 台 云台控 制单元 环境感 知单元 高清摄像机 热成像摄像机 激光遥测模块 照明控制模块 气体探测器 声音检测器 温湿度传感器 声光报警器 运动控 制单元 电源管 理单元 导航定位系统 动力控制模块 自主避障模块 无线自主充 ‘ 电 电池安全监测 PMS/EMS 电源管 理 主控 单元 数据通讯 断点续传 任务控制 远程控制 状态监测 WiFi 基站 / 以太网 4G/5G 通讯 应用服务器 事件告警模块 集中管理模块 数据显示模块 系统配置模块 数据分析模块 数据管理模块 任务管理模块 外部数据接入 第三方 SCADA 系统 固 定 机 器 人 固定云台式双视摄像机 激光甲烷遥测系统 现场视频摄像机 16 机器人算力终端 2# ACR 巡检软件平台 智能巡检系统由软件平台 + 算法 + 智能硬件组成 机器人算力终端 1# 机器人算力终端 n# 数据接入 外部 DCS 系统 WIFI 或 4G/5G 通信 17 巡检软件平台分级：公司统一平台、厂级平台、站级平台 机器人巡检系统支持分布式部署和集中管控，当前版本的软件平台管控能力上限为 100 台，方便调入网络内任何一台机器人。 长庆油田生产指挥大厅：公司统一平台 18 巡检软件平台分级：厂级平台、站级平台 机器人巡检系统平台软件可方便地融入现有的监控平台，并且通过标准的数据访问接口实现数据共享，并且结合现有的 DCS 系统，实现联动巡检，使得机器人巡检工作更加智能。 某采气厂平台 站平台 ACR 巡检软件平台 ■ 与巡检机器人结合，实现远程 智能监控巡检； ■ 提供全方位的数据展示功能界 面、可自主编辑巡检任务； ■ 通过使用权限管理功能达到对 机器人系统的安全稳定运行； ■ 提供强大的数据分析和管理功 能。 19 项目 性能指标 外形尺寸 918*724*935mm 产品质量 ≤350kg 行走速度 0-1m/s 爬坡角度 ≤20° 涉水深度 ≤20cm 导航方式 磁导航 导航定位精度 ≤1cm 控制方式 远程监控、自主运行 电池 磷酸铁锂电池组 36V36Ah 工作时间 续航时间 5-6 小时，待机 24 小时 工作模式 自动巡检，异常巡检、手动巡检 核心功能 激光气体遥测技术、图像识别技术、红外热 成 像分析技术、声波检测与分析技术等 防护等级 IP65 环境温度 20 主要硬件： ACR-1A 磁导航型机器人 磁导航机器人 21 主要硬件： ACR-1A 磁导航机器人 磁导航巡检机器人沿着巡检路线的磁轨运行，不受雨雪、光线、水雾等天气环境的因素影响，定位精度 可达 1cm ，可实现全天候风雨无阻高频次巡检，是可靠性最高的导航机器人。 参数名称 参数标 外形尺寸 1100*750*1070mm 产品质量 ≤360kg 行走速度 0-1m/s 爬坡角度 ≤20° 涉水深度 ≤200mm 控制方式 远程监控、自主运行 电池 磷酸铁锂电池组 36V36Ah 德国莱茵 TUV 检测认证 工作时间 续航时间 5-6 小时，待机 24 小时 工作模式 自动巡检，异常巡检、手动巡检 核心功能 激光气体遥测技术、图像识别技术、红外热 成像分析技术、声波检测与分析技术等 防护等级 IP65 环境温度 （ -30~60 ）℃ 防爆等级 ExdmbIIBT4Gb 22 主要硬件： ACR-1B 复合导航型机器人 激光惯导型机器人 23 主要硬件： ACR-1B 复合导航型机器人 激光导航系统 采用三维激光定位导航技术， 通过激光雷达扫描周围景物，自 动构建地图及规划巡检路线，按 既定路径巡视，实时纠正运行轨 迹，确保机器人稳定运行，遇障 时主动告警，并尝试绕障。 24 主要硬件：人工智能防爆云台 • • • • 360 ° 云台 + 激光甲烷遥测仪 + 视频摄像机 + 红外热成像 融合高清图像和激光甲烷遥测技术，实现全天候 24 小时不间断实时监测和告警； 提供点 - 点巡检，区域巡检和沿管线巡检等多种巡检模式。 对移动机器人巡检死角和充电空闲进行巡检工作补充。 视觉智能识别场站人员行为判断报警 主要硬件：人工智能防爆云台 类别 指标名称 性能指标参数 测量原理 甲烷遥测模块 最远检测距离 检测灵敏度 激光吸收光谱（ TDLAS ） 70m 、 150m 、 200m 5 ppm·m 摄像机模块 热成像模块 ( 可选 ) 云台模块 其它 图像分辨率 变焦倍数 分辨率 测温精度 运动范围 定位精度 旋转速度 巡检模式 存储记录 防爆等级 IP 等级 1920 × 1080 @ 25 fps 30 倍光学变焦， Auto/Pull 384 × 288 / 17μm ± 2℃ 水平 ± 360 ° 连续，俯仰 ± 90 ° ≤0.1 ° 0.1~40 ° /s 可调 点巡检、线巡检、区域巡检 存储 90 天图像和告警记录 Ex d IIC T6 Gb x tD A21 IP66 T80℃ IP 68 25 26 主要硬件： ACR-PS-H 机器人防爆充电屋 ■ 防爆充电屋采用钢架可拆卸 搭建技术，牢固可靠，方便 移动。 ■ 防爆充电屋卷闸门通过防暴 处理，机器人进行自动充电 进出时，卷闸门自动开合。 ■ 防爆充电屋内主要用来提供 机器人进行无线充电桩和防 爆充电控制箱安全场所。 ■ 机器人无线充电站为机器人 提供一体化耐低温安全场所。 外形尺寸： 2200mm × 1800mm × 2100mm 项目 技术指标 工作频段 WIFI2.4G/5.8G 输入电压 （ 12 ～ 48 ） VDC 或 POE 供电 额定功率 24W 无线速率 300Mbp 覆盖距离 ≤200M 防爆等级 ExdmbIIBT4Gb 防护等级 IP65 27 主要硬件： ACR-BS-1 机器人无线通信基站 无线基站采用防爆设计，多台无线基站实现机器人运行场 地的信号全覆盖，保证机器人通信的稳定可靠。 28 机器人内置算法能做哪些工作？ 表计识别 高清视频 红外热成像 智能预警 气体泄露检测 环境监测 声波分析 设备状态检测 报表分析 气体泄漏遥测 无线充电 可视语音对讲 29 机器人智能算法介绍：机器视觉、图像识别 机器人巡检系统的图像识别功能可以代替人工手动录入仪表和设备状态功能，通过图像建模识别技术和机器深度学习算法， 机器人可以准确识别现场各种数字、指针仪表、阀门、液位计以及开关等设备状态，也能对一些液体滴漏进行判别，实现对设 备的运行安全进行全方位的记录。机器人进行一个仪表的识别时间平均不超过 10 秒，综合识别准确度在 90% 以上，结合操作 人 员的灵活判断，基本能够代替人工抄表。 30 机器人智能算法介绍： 3D 激光检测定位 & 定量天然气泄露 通过 3D 激光扫描遥测 功能 模块，利用激光光谱检测空气中可燃气体的浓度 ，结合云台运动机构，实现对被检测工艺设备 或者半径 50 米区域内的空间区域的甲烷气体泄漏 精确检测和定位 ，代替目前人工摸泄漏检测液或者其它手动检测方法 ，极大 提升检测的效率和准确度，并且让人员远离有毒有害、高温高压等高风险区域，确保员工操作安全。 31 机器人智能算法介绍：热成像检测异常温度和着火起火 通过红外热成像技术实现对现场动设备的某些关键部位的温度分布特征值检测，通过长时间监测特征值变化，可有效评估 设备的工作健康状态；通过红外热成像技术检测管道一定时间段内温度梯度图的变化特征，当设备发生超温、剧烈温升及天燃 气泄漏时，能够及时捕获设备温度变化区域和天燃气泄漏点的区域的温度异常，及时推送报警信息。 32 机器人智能算法介绍：声波检测及分析异声异响 ■ 通过对压缩机、分离器、管线等动设备的声波信号进行采集，建立声波频谱分析算法模型，通过大数据分析，对 比历史数据变化，可有效判断现场动设备健康状态，对未来状态进行预测。 33 软件平台：数据分析比对预测告警、生产图表报表 传统的文字表格记录 ■ 机器人图像采集数据页面可 全面 显示巡检区域内 每个巡检点 的 设备状态信息 ，方便直观。 ■ 后台数据管理与分析页面可 自动记录 每个设备的历史的数据信息， 无需 巡检工人 手动记录 数据再 录入 系统，充 分利用 大数据处理技术 ，可判断当前设备的健康状况，直接 生成数据分析报告 。 34 创新巡检模式 提供自动巡检、异常巡检、定点巡检、手动巡 检等多种工作模式 全天 24 时高频次光谱和声谱泄漏扫描，图像识 别和温度梯度图像分析算法 DCS 报警联动勘察确认报警信息，远程遥 控人工巡检、抢险侦察。 深度学习设备运行状态，智能预警，设备 故障提前感知，确保设备运行安全 35 现场考察 确认任务 2 天 制作方案 汇报方案 修改方案 确定方案 10 工作日 商务确定后 现场布局 软件工作 10/30 工作日 试运行优化 10 工作日 项目交付 培训 确认巡检制度 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 巡检机器人项目实施流程 36 3 典型场景案例 39 场景 1 ：天燃气集气站机器人巡检系统（ 2018 年） 情况说明： ■ 巡检里程 1km ，约 160 个自动巡检项目，包括仪表识别、 红外成像、声波检测、气体泄漏检测等多种任务； ■ 全站 135 个仪表识别巡检任务点。 40 场景 2· ：天燃气处理厂巡检机器人系统（ 2018 年） ■ 巡检区域：包含 3 套脱烃脱水装置、 7 台天然气压缩机、供热站、闪蒸分离及丙烷储罐四个区域， ■ 共计 69 个巡检点， 220 个巡检项目 ,20 处甲烷泄露检测； ■ WiFi 通信基站 7 处；自动开关门 2 处；巡检里程 2.2km 。 41 场景 3 ：成品油库机器人巡检系统（ 2018 年） ▄ 巡检区域有罐区、油气回收区、 泵棚区，共计 85 个巡检点， 111 个巡检项目； ▄ 路线情况：巡检里程 1515m ，上下坡里程共计 80m （分叉 14 个，上下坡 16 处，罐区内绕罐行走基本全部为弯道； 42 场景 3 ：成品油库机器人巡检系统（ 2021 年） 场景 4 ：天然气净化厂 & 华为 4G 机器人巡检系统（ 2020 年） ■ 巡检区域：当前仅巡检硫磺回收装置和尾气处理装置 两个区域，巡检路线 406 米，共计 110 个巡检点，其中 有 86 处检测跑冒滴漏， 47 处关键设备状态监测； ■ 功能：气液泄漏检测、仪表识别、红外热成像测温、 声波分析等。 ■ 场站通讯方式： 4G LTE 。 43 44 场景 5 ：天然气分输门站机器人巡检系统（融合数字孪生）（ 2020 年） 45 场景 5 ：天然气分输门站机器人巡检系统（融合数字孪生）（ 2020 年） 西天然气公司未央门站 2020 年 5 月引进机器人进行智能化改造， 9 月通过专家组验收，被 西安市科技局评为智 化改造示范项目。 检路线长 400 米、巡检任务点 29 多个，甲烷遥测 5 处，仪表识别 70 多处，红外测温 12 处等，巡检周期时长 1 用成效： 机器人巡检正常运行后，巡检人员由 12 人减少到 2 人，人工巡检由原来 2 小时一次改成一天一次，机 人巡检每两小时一次，机器人与人工相结合巡检，实现节约人力约 85% ，故障上报及时性 显著提高 。 46 场景 6 ：国家管网天然气站点机器人应用（ 2020 年） 国家管网某天然气场站，于 2020 年 9 月引进防爆智能机器人系统进行智能化改造 巡检路线长 300 米、巡检任务点 55 多个，甲烷遥测 8 处，仪表识别 135 处，红外测温 10 处等，巡检周期时长 40 应用成效： 机器人巡检正常运行后， 机器人巡检每两小时一次，基本实现无人值守 ，提升巡检智能化水平。 47 分 输 区 收 发 球 筒 区 分 离 区 联 络 站 区 场景 6 ：国家管网天然气站点机器人应用（ 2020 年） 压 成 缩 机 区 越 站 区 48 泄露点 数字表读取 阀状态 指针表读取 场景 6 ：国家管网天然气站点机器人应用（ 2020 年） 49 ① 压缩机机组内各个部位的气体 泄 漏检测； ② 压缩机气缸的温度检测； ③ 气缸润滑油泵部位的振动检测 和 液位计识别检测等； ④ 循环水泵的振动异响检测和高 位 水位液位识别检测等； ⑤ 分离器的液位识别检测； ⑥ 气缸冷却水表的识别检测； ⑦ 润滑油的温度表识别检测； ⑧ 机油过滤器的压力表识别检测； ⑨ 空冷器的振动异响检测等； ⑩ 。。。。 脱水工艺区、集输工艺区和其它区域的室 外巡检内容： ① 连接管线及法兰接头有无气体泄漏的检测； ② 对现场的压力表、温变、液位计、开关 阀 门状态等进行抄表和判断； ③ 等； 对现 场的温度敏感工艺设备进行温度检 ④ 测 对现场环境噪声进行异声异响的实时监测 ⑤ 对特殊工艺设备的异声异响检测； ⑥ 对现场设备的漏液检测； ⑦ 对关键设备的声音视频进行录取，让人 工 判断； ⑧ 行进过程中，遇见障碍物的绕障和避障； ⑨ 。。。。 场景 7 ：相国寺储气库机器人巡检系统（ 2020 年） 压缩机组室内巡检内容： 50 在某注采站部署一套云台式激光甲烷遥测系统，替代人员完成井场的天