无人机在石油管线巡检的应用

引言：我国油气管道具有运行总里程长、建设年代跨度大、安全事件和事故多发的特点，并且管道总里程呈高速增长趋势，加强管道的安全巡护管理，形势更加严峻。而依赖常规巡检显然无法满足要求，需要采用更科学的管理办法和技术手段。采用无人机巡检技术，已经成为国内外石油行业的应用趋势。

无人机在油气管线巡检的应用

林亦栋

2016年1月19日，国家发改委印发《石油发展“十三五”规划》显示，在“十三五”期间，成品油管道里程将从2.1万公里提高到3.3万公里，增长57%；《天然气发展“十三五”规划》显示，天然气管道里程将从6.4万公里提高到10.4万公里。截至2015年底，除台湾省外，全国已建成的油气管道总里程已达到12万公里，是1978年的14.5倍。多位业内专家预计，到“十三五”末，仅中国长输油气管道总里程将超过16万公里。

油气输配管网长期埋设在地下，会受到管线自身长期或超期服役而导致本体强度等力学性能下降、管道自身的内外壁腐蚀、自然和地质灾害损毁、打孔盗油、第三方人为破坏等各种不确定性因素的影响，对系统安全运行带来潜在的巨大危害。一旦发生泄露或者爆炸事故，将严重威胁人民群众的生命和财产安全。常规巡检已经无法满足要求，需要采用更科学的管理办法和技术手段。

（无人机应用于石油行业成为趋势）

（到“十三五”末，仅中国长输油气管道总里程将超过16万公里）

目前管道巡护工作主要采用人工巡护、光纤或电子感应巡检、无人机巡护三种方式。

人工巡护及其局限性

人工巡护，作为最基本的巡护方式，通常由管道管理单位实行专人专岗，把管道分成不同的段区由不同的巡线人员巡护，而其又分为普通巡护和特殊巡护。一般依靠巡护人员徒步观察和检查线路情况并作记录，地形空旷平坦的区域尚可驾驶交通工具实行巡检，大部分时候，管路都在地形复杂崎岖的地域，由此，不可避免的对人工巡检产生制约。在高寒、高海拔、高温、雨雪、大雾、沙尘暴等恶劣气象条件下；在山地、河流、沼泽、峡谷、湖泊、森林、沙漠、冰川雪原等极端地理环境中，以及洪水、滑坡、地震、泥石流、冰雪灾害等特殊突发情况下容易造成的管线损毁和故障，通常的人工巡检就体现出极大的局限性和不足，受以上三大因素影响，人工巡检不仅工作量大，条件艰苦而导致人力成本高、效率较低，而且很多情况下不能及时、安全的执行巡检任务，也不可能完成常态化、全天候全天时的巡检。

光纤或电子感应巡检及不足

利用靠近管道布设的光纤传感器，通过检测光信号在分布式传感器的变化对管道周边的震动进行分析预警，以及管道泄露和温度变化产生的信号波动来检测管路是否遭到破坏。目前光纤和大部分外设的电子感应装置普遍存在误差高、作用距离短，成本较高，不适合长输管道

这类范围广、里程长的管道监测,如果对旧管道铺设感应系统,会存在改造成本太高,耗时太多的问题,而且光纤或电子感应巡检并不能获取事故点的实时图像，为指挥中心提供决策。

无人机自动巡检的应用和优势

（管道运用过程方案）

勘察选线传统的管道线路选择采取人工实地勘察测算、手工地图标绘的方式，这种方式不仅人力物力成本高，且数据单一、时效性差、处理工作量大，不能适应当前管道建设的需要。利用无人机全面、快速地了解目标地形地貌、水文气象等信息，可以为管道选线提供依据。搭载高分辨率航拍相机和测绘吊舱对任务区域进行测绘拍摄，并进行数据处理及时提供区域的地理、空间数据信息，为油气管道可行性研究阶段的线路选择提供指导。

管道施工首先利用无人机了解施工现场的地形、交通、周围环境，便于施工人员及设备快速进入现场开展施工，同时，利用无人机随时查看施工现场的进度、安全生产的问题、设备布置、管道走向、及对周围环境的影响等，及时调整方案，保证按设计要求顺利施工。

管道巡检无人机可以高效地完成大范围的常规巡检。搭载可见光和红外双光吊舱，具有昼夜监控能力，可进行全天候、全天时的监控，并可在指定目标上空悬停详查，利用任务吊舱获取管路周围土壤环境、天气、管路温度等信息，发现情况即可定位报警，可以锁定和跟踪地面目标探查细节，配合远程喊话器，及时发现、威慑、制止破坏管线和盗油行为，并做现场取证。对于气田管网存在管线长、巡检点多、巡检难度大等诸多难点，尤其是桁架、悬索跨等巡护危险性较高的巡护段，无人机巡检的优势非常明显。利用无人机对石油管道进行巡查，不仅可以通过规划航线自动巡查，也可以切换到手动操控进行特殊情况的巡查，提

高了巡护作业的自动化程度，不仅效率高效果好，而且保证了巡护人员的人生安全，降低巡查成本和风险。

应急监测在遭遇洪水、泥石流、地震、山体滑坡等突发自然灾害中，无人机可以全天候全天时拍摄遥感影像，并进入受灾现场勘查管道受损位置、受损情况及周边次生灾害情况，还可挂载相应设备进行扫描测绘，生成现场三维图像，利用数据链将信息传回检查站和指挥中心，为制定维护抢修方案提供情报支撑，同时定位引导后续救援维护，最大程度降低灾害。

（紫燕无人机在直径70公里的范围内巡检油气管道示意图）

无人机的种类和选择

在实际应用中，由于无人机的种类多种多样，比如固定翼无人机、垂直起降固定翼或倾转旋翼无人机、多轴飞行器、无人直升机等等，这些种类的无人机各有优势和不足，应面向行业应用做取舍，选择最合适的无人机类型。考虑到巡检站一般在几十公里的范围内进行辐射，且要穿越山川峡谷等复杂地带，并需要超低空飞行和悬停贴近事故点做详细检查和拍摄，由此，要求无人机具有较高的飞行速度、航程、空中悬停、贴地飞行、超低空飞行、快速爬升和较大的载荷能力去挂载多功能吊舱和数据链、通讯设备，并具有除任务载荷以外空投一定物资的能力，因此，综合考虑，只有无人直升机完全满足以上要求。而我国油气资源多集中在西部、西南、西北高海拔或荒漠地带，并且四季多雨、高温或是极低温环境中，所以对无人直升机的动力也有特殊要求。由于油动无人直升机在高海拔和极低温环境中难以顺利运转及油料本身易燃属性，所以在油气资源巡检中需要仔细考虑，而电动无人直升机似乎不存在这些问题。电动无人直升机虽然在续航力上不及油动无人直升机，但迅速反应能力、环境适应性、操控性、使用寿命、易维护性、采购成本都更具优势。

目前，电动无人直升机可以轻易对几十公里范围内的管路巡检。以在新疆、西藏、辽宁、云南及东南沿海多次做任务飞行的紫燕800无人电动直升机为例，工作载荷在5-15公斤，可

以非常平稳地做离地两米的贴地飞行，在5分钟内于高海拔低温环境中迅速起飞，每分钟爬升500m，并轻松完成70公里航线飞行，最高时速145km/h，巡航速度110km/h,从起飞到距离10km外的检查点只要5分钟。紫燕无人直升机能在-40℃到60℃的环境中，在高海拔、高湿、高盐、大风（七级）和雨雪天气等极端不利自然条件下顺利执行任务。

（紫燕“RANGER穿越者”无人直升机）

结语

目前，工业级无人机技术已经日趋成熟，行业应用也越来越普及，采用消费级多旋翼航飞行器做巡检将越来越边缘化。无人机小型化智能化的发展，使无人机的使用将更加便捷，操控也越来越简单。随着任务载荷越来越多样化，工业级无人机和遥感技术、全球定位技术、地理信息系统、地面感应检测系统、互联网络高度结合成为必然趋势，形成数字化、信息化的油田管道管理系统，助益工业生产活动和社会生活。无人机在石油天然气行业的管道巡检将使人工巡护智能化，提高隐患监控质量和巡护效率，根本上解决人工巡检花费周期长、人力成本高、巡护有盲区的问题。无人机在山区管道巡护、高原和沙漠油管巡护、桁架和峡谷油管巡护、人员聚居区管路周边活动和占压调查、近海油气管道监控、灾后次生灾害评价、泄露和盗油定位巡查、环境污染的监测和预测事故的应用上都有巨大应用价值。