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HEADS海底管道監測系統 “零星”漏油無處遁形

HEADS海底管道監測系統 微量漏油無處遁形

海上石油與天然氣的勘探開發已經成為石油工業很重要的一部分,而海底管道是海洋石油天然氣運輸的重要手段,是海上石油天然氣開發生產的生命線。 自 1954 年美國 Brown & Root 海洋工程公司在墨西哥灣鋪設第一條海底管道以來,在包括中國海域在內的全球各個海域已鋪設了大量海底管道。 海底管道系統復雜,通常來說海底管道由大型鋼質海底管道、泵站、供電和通訊系統組成。海上油氣田油、氣、水的集輸、儲運,多是通過海底管道來完成,海底管道把海上油田的整個生產密切系統組合起來。

由于海底管道所處環境復雜,容易產生管道腐蝕、堵塞等問題,發生事故的概率較大,尤其是一些老管線,容易因為管道存在腐蝕缺陷,導致管道發生泄漏,維修維護要花費大量的人力物力,不但給石油公司帶來了巨大的經濟損失,也會污染環境。因此,檢測海底管道的運行狀況對于保障海上油氣田安全至關重要。

HEADS管線自動檢漏系統

Repsol公司和西班牙的Indra公司共同合作研發了輸油管線全自動檢漏系統,這是行業內首套管線自動監測產品。石油圈原創www.h29736.cn

海洋環境監測工具對技術的要求非常高,比如,該工具應能夠準確描述傳感器數據、識別信號特征,并可以根據實際情況做出快速反應。然而,即便監測工具能達到上述所有技術要求,人為誤差仍會帶來很大的風險。惡劣的氣候條件通常會影響檢漏紅外攝像機和雷達的正常工作,甚至會發出假警報。

Repsol和Indra兩公司合作研發的系統稱為石油泄漏早期自動檢測系統(HEADS),該系統中包含了紅外攝像技術、雷達裝置以及進行數據計算的高級算法。開發人員表示,HEADS通過紅外成像和雷達技術可以監測、獲取大量數據,且這些信息十分可靠,能夠顯著減少人為誤差,降低與之相關的風險。

Repsol公司技術中心經理Antonio Perez說:“盡管HEADS系統仍采用了傳統技術,但該系統的集成方式非常新穎,通過集成傳感器,我們開發出的這套高精密系統能夠確定是否發生泄漏?!?/span>

由紅外和雷達獲取的數據通過軟件自動處理,從而實現持續監測。如果監測到有泄漏,HEADS將自動報警并收集相關數據,同時記錄并分析相關參數。石油圈原創www.h29736.cn

數據經過自動處理后被傳輸至控制室內的控制裝置,控制室主要負責監控常規操作,控制室內屏幕會顯示安裝的HEADS裝置所傳送回來的雷達圖像。

數據驅動系統

Perez說:“與單獨管理的系統相比,集成系統能夠更加精確地采集數據。傳感器是該系統中最關鍵的部分,以往經常發生傳感器誤報的情況,而我們的系統能夠確保不會發生誤報的情況,因為我們采用了具有不同算法的兩種傳感器,這也是監測系統的核心部分,目前油氣行業的環保政策都傾向于預防泄漏(比如加強對設備完整性和運輸環節的控制)和發生泄漏等緊急情況時快速做出反應。

Perez還說道,“我們所做的就是想彌補系統預防與應對決策之間的空缺,這個系統的目的不是在泄漏發生后追蹤泄漏的原油。其真正的意義在于時刻密切監測輸油管道系統,任何會對資產和環境造層危害的小事故都在監測范圍之內,這就是該系統的獨特之處,這也使得這個系統更加實用?!?/span>

各個傳感器能夠起到很好地相互補充的作用,雷達系統能夠監測到水面微小的烴類化合物濃度變化,紅外裝置能夠識別水、油之間的溫差。該技術也存在著一定的局限性,當海面溫度與空氣溫度相同時,紅外技術將受到限制,如果沒有產生反向散射效應的風的存在,雷達的工作效率也會降低。

Perez解釋道,“這兩種設備時根據兩種不同的物理現象進行監測,因此兩者的結合使得該系統應用范圍更廣,這種組合也降低了誤報的概率?!?span style="color: #ffffff;">石油圈原創www.h29736.cn

“該程序的難點在于建立一個識別信息真假的算法?!惫炯夹g部門定價經理Jose Solano說,“Repsol和Indra公司的20多名科學家和研究人員所組成的團隊從2009年開始致力于HEADS信息分辨系統的研究?!?span style="color: #ffffff;">石油圈原創www.h29736.cn

“我們一直尋求的是可以檢測泄漏并防止事故發生的技術,現存的大多數監測系統都是依靠工作人員分析傳感器信號并作出決斷?!彼f道,“這些都不是我們想要的監測技術?!?/span>

在決定采用紅外成像與雷達傳感器之前,研究人員測試了30多種不同類型的傳感器。新算法是在在實驗室條件下開發的,隨后在西班牙Tarragona口岸的Repsol公司廠區進行了測試。

首次應用

HEADS在2014年初開始進行試用,其中一個監測系統安裝在西班牙Tarragona碼頭,另一個安裝在距離卡薩布蘭卡海岸40公里的海上生產平臺。Perez說,“在進行了一些必要的微調后,這兩個的系統均運行良好”。這些公司現已將HEADS系統進行商業化應用,計劃安裝在西班牙和秘魯等國的海岸使用。Repsol公司一直期待著將HEADS應用在海上設施,在去年以83億美元收購Talisman Energy公司后,這個愿望終于得到了實現。

該系統在海上應用時通常采用兩個不同的紅外攝像機和兩個雷達。根據各自裝置分辨率,雷達探測范圍為3-4海里,紅外攝像機覆蓋面積為平臺方圓200m,最高可達5000m。

Perez說,“這個裝置非常小,很容易安裝在平臺的角落,數據傳輸可通過光纖或無線完成?!焙Q髿庀髷祿兄诖_定裝置的設置參數,使用初期的微調對系統的監測也具有優化作用。在每個裝置安裝時都要根據海洋環境和其他干擾因素進行微調以確保系統的準確性,適當的微調能夠確保該系統的準確性?!?/span>

他接著說道,“在該系統剛開始設計時,我們就考慮到一件非常重要的事,那就是我們不希望監測系統需要工作人員24小時監控數據,我們希望監控系統是個集成系統,在普通控制室就能實現控制。石油圈原創www.h29736.cn

“如果采用了HEADS系統,以上提到的難題就可以通過算法解決,并將結果傳輸到控制室。

HEADS系統采用了自動識別功能,能夠識別附近的所有船只并確定漏油是否來自這些船只。HEADS紀錄的數據還能夠用于審計和追蹤,功能類似于飛機上的黑匣子,反應時間低于兩分鐘。

對于大型泄漏事故來說,該技術作用有限,但是對于相對少量的液體泄漏還是很有效的。Perez說,“這是關鍵所在,因為我們相信在大型事故發生時之前,總會有一些小型泄漏的出現,可能是兩公升、五公升。這個系統還有助于保護設備,因為它可以告訴你日復一日的操作是怎樣運行的,例如輸油管道老化了,或是密封圈接觸不良。相對于泄漏反應功能,HEADS的保護功能也非常重要?!?span style="color: #ffffff;">石油圈原創www.h29736.cn

來自/Repsol等 ? 譯者/周詩雨 ? 編輯/張永君

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白礬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。
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