石油和天然气行业的无人机管道检查

石油和天然气行业依赖庞大的管道基础设施网络在全国范围内运输原油和天然气。定期检查这些管道对于检测泄漏、预防事故和避免环境灾难至关重要。

近年来，无人机已成为简化管道检查的宝贵工具。与传统方法相比，石油和天然气行业的无人机在效率、安全性和数据收集方面具有巨大优势。

我们将探讨利用无人机技术进行管道勘测的所有关键因素。无论您是管道运营商、服务提供商、监管者、工程师还是飞行员，本文都涵盖了您需要了解的一切。

石油和天然气管道基础设施概览

世界上最 大的能源管道网络属于美国。其中包括：

l超过 210 个天然气管道系统，绵延超过 300,000 英里。

l超过20万英里的液态石油管道。

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这个庞大的管道网络将天然气、原油和精炼产品（如柴油、汽油、柴油和航空燃料）输送到全国各地。

管道系统始于数千口油气井，这些油气井从地下矿床中开采原油或原始天然气。油气被分离后，通过大型输送管道输送到炼油厂进行加工。

从那里，精炼燃料通过连接各个城市、企业和家庭的小型管道进行配送。沿途，压缩机站和泵站帮助加压并推动石油和天然气通过管道。

美国的大部分管道基础设施都埋在地下，因此很难定期进入和检查。

管道监测的重要性

定期检查对于确保管道完整性和防止泄漏、破裂或爆炸至关重要。以下是持续监控如此重要的原因：

防止腐蚀损坏

腐蚀是管道故障的主要原因，占所有事故的近 25%。腐蚀会随着时间的推移逐渐磨损金属。检查可以在腐蚀导致泄漏或破裂之前尽早发现腐蚀。

识别物理损坏

挖掘、自然灾害或机械问题造成的物理损坏也可能导致管道问题。检查有助于在凹痕、裂缝、泄漏、气体泄漏和其他缺陷变得危险之前发现它们。

减少对环境的影响

管道泄漏会导致原油或其他危险液体泄漏到环境中。大型管道中只要有 1% 的小泄漏，每年就可能泄漏超过 45 万桶原油。定期检查可以最 大限度地减少发生重大泄漏的可能性。

避免爆炸

天然气极易燃烧。管道受损可能导致毁灭性爆炸，如 2018 年宾夕法尼亚州比弗县发生的爆炸。检查对于防止生命和财产损失至关重要。

满足监管要求

管道运营商必须遵守美国管道和危险材料安全管理局 (PHMSA) 等监管机构的检查要求。使用无人机进行更频繁的检查有助于达到并超越监管标准。

降低风险

总体而言，例行检查可降低通过管道运输可燃燃料的运营和环境风险。无人机技术使这一过程更快、更便宜、更高效。

无人机如何改变管道检查

石油和天然气行业正在迅速将无人机技术应用于运营的各个方面，包括管道检查。使用无人机进行管道检查的主要公司包括 BP、壳牌、Kinder Morgan、Colonial Pipeline Company、Plains All American Pipeline、Enbridge Energy 等。

与传统管道检查方法相比，无人机具有明显的优势：

检查速度更快——无人机一次飞行就能覆盖数百英里。以前需要数周时间才能人工检查的基础设施现在只需几个小时就能完成。

检查更安全——无人机消除了将检查员派往管道附近危险环境的需要。无需地面人员，工地更安全。

成本更低——一架无人机就能完成一整个检查团队的工作，而且价格只是其一小部分。无需直升机或地勤人员。

更丰富的数据——配备摄像头和传感器的无人机可以捕捉管道上方的大量高质量数据。可以分析这些数据以发现缺陷。

实时监控——灾难发生后，实时视频直播可即时评估受损管道，从而加快应急响应速度。

更容易到达——无人机可以轻松安全地到达偏远或具有挑战性的地形中难以到达的管道部分。

无人机配备摄像机、激光雷达传感器、热成像、气体嗅探器和其他技术，将彻底改变管道检查过程。

传统管道检测方法

在无人机兴起之前，管道监测主要依靠地面巡逻、固定翼飞机、直升机和管道内检测工具的组合。让我们来看看传统技术的优缺点：

n地面巡逻

团队步行检查管道，同时使用泄漏检测设备并目视检查是否有损坏。

优点：可直接进行详细检查，便携式传感器可检测泄漏

缺点：速度非常慢（每天 5-6 英里）、安全风险显著、地形难以通行

n载人飞机

直升机和固定翼飞机负责对管道路线进行空中巡逻。有些使用红外线、激光雷达或其他先进成像技术。

优点：比地面巡逻覆盖面积更大，配备先进的传感器

缺点：价格昂贵（300-3000 美元/小时）、视觉细节有限、调度延迟

n在线检测工具

这些传感器机器人也被称为“智能清管器”，它们在管道内部移动，寻找腐蚀和缺陷。

优点：详细的内部视图，适合评估腐蚀情况

缺点：仅适用于大型管道，需要管道停机

虽然这些方法仍然有用，但无人机提供了安全性、效率、丰富的数据收集和易于部署的最 佳组合。

使用无人机进行管道检查的 5 个主要优势

无人机程序可以帮助石油和天然气公司在无需人工干预的情况下进行检查@flytbase

从小型四轴飞行器到固定翼系统，专为管道勘测而设计的无人机具有以下主要优势：

1. 加快检查速度，扩大检查范围

配备高分辨率摄像头的无人机一次飞行即可轻松覆盖数百英里的管道。例如，以 70 英里/小时的巡航速度，固定翼无人机可以在短短 20 分钟内检查 20 英里的管道。

这使得检查更加定期。以前每年用直升机检查一次的区域现在可以每月检查一次。更频繁的监测直接提高了管道安全性和防止泄漏的能力。

2. 更安全、更高效的调查

无人机管道检查无需将检查员派往运行管道附近的不安全环境。无人机在检查灾区、崎岖地形或偏远基础设施时不会面临任何风险。

它们还消除了使用载人直升机和飞机的成本和危险。一名飞行员可以监督整个无人机机队并同时进行多项检查。

3. 详细图像和传感

无人机上的高分辨率摄像头可以发现肉眼无法发现的微小缺陷和异常。借助专门的变焦和扫描摄像头，可以从 200 英尺的高度识别出小至 1-2 英寸的物体。

热传感器、多光谱传感器、高光谱传感器、激光雷达传感器和气体传感器可提供大量管道状况数据以供分析。然后，人工智能会自动标记潜在威胁。

4. 快速应急响应

火灾、洪水、地震和其他可能影响地下管道的灾害发生后，无人机可帮助急救人员实时安全地评估损失。这对于控制泄漏和防止爆炸至关重要。

5. 改进规划和分析

无人机数据被整合到管道地理信息系统 (GIS) 中。这提供了管道路线、侵占、地形和周围环境的最 新、准确视图。

结合历史记录进行无人机数据分析可以改善风险管理、维护计划和整体管道完整性管理。

无人机管道检查面临的主要挑战

虽然无人机调查有很多好处，但也存在一些局限性：

天气条件——大多数商用无人机无法在大雨、大雪或大风天气下安全飞行，从而限制了一些检查。不过，一些重型专业无人机可以应对更恶劣的天气。

电池寿命短——电池供电的无人机通常有 15-45 分钟的飞行时间，具体取决于型号和条件。这可以通过在飞行路径上设置替换电池和电池交换站来解决。

数据处理——获取的庞大数据集需要复杂的软件将照片拼接在一起，并使用人工智能分析缺陷。处理无人机数据需要强大的硬件和专用工具。

空域限制– 机场周围的某些禁飞区或限制可能会限制无人机管道勘测。任何商业无人机操作都需要适当的空域授权。

但总体而言，无人机的优势很容易抵消这些挑战。随着技术的进步，无人机在管道检查方面的能力将继续扩大。

无人机管道检查案例研究

为了了解现实世界的好处，让我们来看看两家公司如何使用无人机更好地检查管道：

n环境无人机公司检测泄漏

Trinity Services and Consulting 使用配备专门传感器的无人机帮助石油公司检查容易发生泄漏的采出水盐水管道。

通过使用 DroneDeploy 分析 180 英里管道沿线的植被健康状况，他们仅花费 5,000 美元就确定了潜在的泄漏点。这种早期泄漏检测功能可节省数百万美元的清理成本并保护农田。

Trinity 能够使用无人机技术以比人工方法低 90% 的成本监测管道泄漏情况。他们的无人机调查最 大限度地减少了对环境的影响，并降低了石油公司客户的风险。

n中国燃气公司一天巡检100多英里

中国国家石油天然气公司中国管道与大疆创新合作，利用工业无人机仅用一次飞行就检查了超过 110 英里的天然气管道。

通过使用先进的软件功能，远程操作员能够从数英里之外实时控制自动无人机检查。这使团队能够安全高效地评估管道。

该项目展示了如何通过配备复杂成像有效载荷的商用无人机系统改变大规模线性基础设施检查。

常见问题

n管道检查无人机使用哪些传感器和摄像头？

常见的传感器包括高分辨率视觉摄像机、热像仪、多光谱摄像机、用于 3D 建模的 LiDAR 以及甲烷探测器或嗅探器。这些传感器使无人机能够识别泄漏、腐蚀、侵占、地形变化等。

n无人机数据如何转化为可用信息？

专用软件将无人机照片拼接在一起并叠加在地图上。然后，人工智能算法分析图像以检测腐蚀、泄漏、施工和其他完整性威胁。这些数据与维护软件集成。

关键要点

l定期检查对于管道的完整性和安全性至关重要。无人机技术彻底改变了管道的监控方式。

l与地面巡逻、载人飞机和在线工具相比，无人机在效率、安全性、成本、数据收集和可访问性方面具有巨大优势。

l大型石油和天然气公司正在采用无人机进行更快、更便宜、更频繁的管道勘测。

l尽管存在一些局限性，但无人机检查可以最 大限度地降低风险、最 大限度地扩大覆盖范围并提高应急响应能力。

l通过适当的培训、无人机选择、数据处理和程序，组织可以实施基于无人机的管道检查计划。

l与专业的无人机服务提供商签订合同是从无人机调查中获益的最快方式。

从施工到运营，采用无人机对于石油和天然气公司降低成本、提高安全性、遵守法规和最 大限度地减少环境影响至关重要。基于无人机的管道检查已成为现代管道管理不可或缺的工具。