智能軌道式巡檢機器人在海洋石油平臺首次應(yīng)用研究

金 濤

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300459）

伴隨著海上石油平臺開關(guān)間現(xiàn)在巡檢任務(wù)量大、平臺配備專業(yè)人員少的問題，并結(jié)合陸地現(xiàn)有巡檢機器人技術(shù)、應(yīng)用及其實現(xiàn)方式，來采取對海上平臺開關(guān)間進行機器人的投放，來減少人員的輸出，將專業(yè)技術(shù)人員解放出來，調(diào)配到更需要的地方。

智能軌道式巡檢機器人的應(yīng)用本著新思想、新技術(shù)、新方法和標(biāo)準(zhǔn)化、簡易化、國產(chǎn)化的前提，來實現(xiàn)海上平臺開關(guān)間的巡檢。軌道機器人的投入也將帶動整個石油平臺向全智能化時代的邁進。

1 海上石油平臺開關(guān)間巡檢現(xiàn)狀

海上石油平臺主要分為常駐平臺和無人值守平臺。常駐平臺開關(guān)間的巡檢為運維人員每天不定時的巡檢，巡檢的內(nèi)容主要有以下幾點。

1）機械/數(shù)顯儀表數(shù)據(jù)抄錄。

2）開關(guān)/閥門狀態(tài)確認。

3）指示燈狀態(tài)確認。

4）現(xiàn)場環(huán)境例行巡視等。

5）定期進行紅外測溫、局放檢測等電氣檢測內(nèi)容。

無人值守平臺開關(guān)間的巡檢為主平臺運維人員定期坐船進行巡檢，巡檢內(nèi)容與常駐平臺內(nèi)容相同。

伴隨著海上石油平臺的發(fā)展以及七年行動計劃的實施，現(xiàn)海上石油平臺面臨著以下情況。

（1）海上平臺地域分布廣、數(shù)量多，每個平臺一般至少有一個開關(guān)間，平時主要依靠駐平臺人員進行人工巡檢和中控室監(jiān)控，人員進駐海上平臺極不方便。

（2）人工巡檢方式不能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測，存在管理實時性差、維護作業(yè)需求反應(yīng)延遲的情況。

（3）受人員素質(zhì)及實際作業(yè)量的影響，在巡檢全面性、數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠性、數(shù)據(jù)管理的規(guī)范性上存在較大差異，且不能夠有效實現(xiàn)對潛在缺陷發(fā)展趨勢的及時分析。

（4）海上石油平臺地理分布廣泛、人工巡檢方式存在勞動強度大、人員需求量大，對運維單位來說運維成本較高。

（5）有經(jīng)驗老員工少，培訓(xùn)新員工所需時間太長。

（6）大數(shù)據(jù)人工分析難度較大，填寫報表繁瑣且錄入信息量較大。

所以現(xiàn)在迫切希望可以用智能機器人代替人工來巡檢開關(guān)間，以及數(shù)據(jù)處理，減少技術(shù)人員的工作量，將技術(shù)人員分配到更加需要的地方去。

2 智能軌道式巡檢機器人在海洋石油平臺首次應(yīng)用情況

實際運用可以得出，軌道巡檢機器人有以下優(yōu)點。

1）檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

2）可以掛載各種傳感器配合工作。

3）不會出現(xiàn)漏檢、漏抄現(xiàn)象。

4）可以對有問題的地方后臺智能分析并生成報警。

5）有多種巡檢模式，可以實現(xiàn)隨時對配電室的實時監(jiān)控。

6）實時性好，檢測的數(shù)據(jù)可以隨時傳至后臺。

7）可以對細微的變化（如觸頭溫度、空氣濕度等）進行分析。

8）后臺可以對采集的數(shù)據(jù)自動生成報表，并和以前的數(shù)據(jù)作以對比。

過軌道機器人實際試點效果來看，智能巡檢機器人在海上作業(yè)平臺可以發(fā)揮出比人工更大的作用，在功能上比人工檢測的數(shù)據(jù)要多很多；在實時性上它可以做到24h 連續(xù)巡檢；在精確度上可以做到數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)化。為持續(xù)開采設(shè)備正常使用提供了保障。投入智能巡檢機器人也為實現(xiàn)“七年行動計劃”做出了貢獻，解決了人員不足，技術(shù)力量不足的困難。

3 海上智能軌道式巡檢機器人適應(yīng)性研究

針對海上特殊化性的環(huán)境，對智能軌道式巡檢機器人進行特定的改進。

3.1 軌道的防腐處理

軌道材質(zhì)為鋁合金材質(zhì)，在原有基礎(chǔ)上進行了陽極化處理，防護等級高于IP23。陽極化處理在型材表面通過陽極氧化工藝形成一層致密的氧化膜，克服鋁合金表面硬度、耐磨損性等方面的缺陷，擴大應(yīng)用范圍，延長使用壽命（圖1）。

3.2 適合海上的定制化安裝方案

海上平臺空間相對狹小，同時存在一定的晃動，為此，定制化的采用了2套方案，保證安裝精度和平穩(wěn)度。

一類吊架：豎直吊裝+斜撐即可，斜撐可根據(jù)現(xiàn)場情況間隔一個吊架安裝，轉(zhuǎn)彎處斜撐方向可根據(jù)現(xiàn)場確定（圖2）。

圖1 軌道拼接工藝

圖2 數(shù)值吊架+斜撐

二類吊架：豎直吊裝+斜撐+底部加強。豎直吊裝+斜撐+底部加強角鋼。如果現(xiàn)場軌道存在晃動，可做支撐將加強角鋼固定在墻上。如圖3豎直吊裝+斜撐+底部

圖3 豎直吊裝+斜撐+底部 （單位：cm）

3.3 通信方案的選取及分析

由于現(xiàn)海上石油平臺設(shè)備在不斷增加，配電間內(nèi)有高壓和各種信號的干擾，以及海上配電間的密閉性，都可能對信號傳輸長生影響。所以對此進行電力載波和無線網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性比對。

3.3.1 電力載波方式

電力載波通信即PLC，電力載波是電力系統(tǒng)特有的通信方式，電力載波通信是指利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號進行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。最大特點是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進行數(shù)據(jù)傳遞。系統(tǒng)連接如圖4所示。

圖4 電力載波通信

電力線載波通信具有以下特點。

（1）配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用，所以電力載波信號只能在一個配電變壓器區(qū)域范圍內(nèi)傳送。

（2）三相電力線間有很大信號損失，一般電力載波信號只能在單相電力線上傳輸。

（3）不同信號耦合方式使電力載波信號的損失不同，耦合方式有線-地耦合，線-中線耦合。線-地耦合方式與線-中線耦合方式相比，電力載波信號少損失十幾分貝，但線-地耦合方式不是所有地區(qū)的電力系統(tǒng)都適用。

但是電力線自身的脈沖干擾，加大了應(yīng)用難度。電力線對載波信號有高削減。當(dāng)電力線上負荷很重時，線路阻抗可達1Ω 以下，造成對載波信號的高削減。實踐中，當(dāng)電力線空載時，點對點載波信號可傳輸?shù)綆坠镆酝猓?dāng)電力線上負荷很重時，只能傳輸幾十米。因此，需要進一步提高載波信號功率來滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅岣咻d波信號功率會增加產(chǎn)品的成本和體積，而且，單一提高載波信號功率往往并不是最有效的方法。

3.3.2 短距離無線方式

無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)又多了一種通信方式的選擇。圖5為無線傳輸?shù)南到y(tǒng)架構(gòu)圖。

圖5 無線傳輸系統(tǒng)架構(gòu)圖

按目前的無線通信技術(shù)的實際應(yīng)用效果來看，短距離無線抄表技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的傳統(tǒng)通信方式的有效補充，因無線通信容易受到物體阻擋及其他無線干擾，其應(yīng)用范圍受到了大大的限制，在實際應(yīng)用中無法得到大面積的推廣，只能在特定環(huán)境下使用或者與其他通信方式相結(jié)合使用，目前使用最多的無線傳輸方式主要有小無線（350MHz 和430Hz）和2.4Gzigbee 無線技術(shù)，諸如WIFI 和3G 技術(shù)在抄表系統(tǒng)應(yīng)用中無法發(fā)揮其自身特點，一般不作為抄表系統(tǒng)的首選。短距離無線傳輸方式具有以下特點。

（1）安裝施工方便，減少了施工布線的人工及材料投入，施工難度較低。

（2）維護方便，較少了對線路排查的工作量及難度。

（3）抗干擾性差，易受天氣和其他無線電影響。

（4）誤碼率高，傳輸頻繁時容易丟數(shù)據(jù)，無法滿足數(shù)據(jù)高實時性的要求。

（5）傳輸不穩(wěn)定，易受其他物體阻擋，距離無法控制，信號衰減眀顯，安裝位置有特定要求。

（6）傳輸速率較低，僅適用于低速率傳輸?shù)碾娮釉O(shè)備之間使用，無法實現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的一次性傳輸。

（7）需要外置天線，且天線的位置需現(xiàn)場測試安裝，損壞或變換位置后將嚴重影響通信效果。

通過實驗分析，綜合考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性和實用性，電力載波應(yīng)用比無線傳輸更適用于海上石油平臺，更能保證數(shù)據(jù)的可靠性，所以此次采用電力載波的通信方式。

4 實施效果

4.1 對平臺電氣人員巡檢人員的解放，提升生產(chǎn)效率

海上平臺傳統(tǒng)巡檢通過人工方式，對設(shè)備和環(huán)境進行大致的評估判斷，主要通過看、觸、聽、嗅等方法實現(xiàn)。加之，人工巡檢不足之處舉不勝舉，勞動強度大、工作效率低、檢測質(zhì)量低、手段單一。智能化軌道巡檢機器人的運用將大量重復(fù)的勞動交給巡檢機器人，解放電氣操作人員的工作量，將電氣人員投入到更為精細化需要人力關(guān)注的地方，提高了人員效率，保證了工作質(zhì)量。

4.2 對平臺設(shè)備維護可靠性的提升

采用適合海洋平臺應(yīng)用的軌道式巡檢機器人，可及時發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的缺陷、電力參數(shù)波動等異?，F(xiàn)象，自動報警或進行預(yù)先設(shè)置好的故障處理。它運行靈活自由，極大地提高了設(shè)備供電的可靠性，設(shè)備可靠性的提升會給平臺增產(chǎn)提供有力的保障。

4.3 降低平臺成本

從長期來看，降低了海上油氣田的開發(fā)工程投資和海上油氣田的全生命周期操作運營成本，延長油氣經(jīng)濟年限。節(jié)約平臺的維修費用，將緊急搶修轉(zhuǎn)變成預(yù)防性的維修，極大地降低了平臺的維修費用。通過持續(xù)不斷的監(jiān)測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的參數(shù)異常時，可以根據(jù)設(shè)備劣化的程度，制定預(yù)防性的維修策略，提前介入，避免設(shè)備突然關(guān)停對生產(chǎn)的影響。同時通過歷史數(shù)據(jù)的分析，避免過度的維修，從而綜合性地降低了平臺的設(shè)備維修費用。

4.4 環(huán)保

可以降低人員登錄無人平臺巡檢的頻率，減少了海上生活垃圾和污水排放，減少環(huán)境污染。

5 結(jié)語

軌道巡檢機器人在陸地電網(wǎng)的使用剛剛興起，給國家電網(wǎng)帶來不小的收益?，F(xiàn)國家電網(wǎng)的日常巡檢任務(wù)已經(jīng)可以由機器人巡檢。經(jīng)過對機器人進行改造并且進行特定的測試，結(jié)果完全滿足海上石油平臺的日常巡檢需求，在節(jié)約人力基礎(chǔ)上更是為平臺的安全生產(chǎn)提供了保障，提高了效率，也使海上石油平臺向智能化邁進了一大步。