集中風險智能監控報警系統在大型油庫基地中的應用探討

劉小波，王璐林

（國家管網集團西南管道有限責任公司昆明輸油氣分公司，昆明 650000）

進入20世紀，隨著我國能源消費需求的快速增長，我國長輸油氣管道行業發展迅速，加之2019年國家管網集團掛牌成立，整合了“三桶油”的管道業務，初步建成了“全國一張網”的框架，油氣管道總里程接近15萬km，油氣行業會迎來新的增長態勢。石油管道行業的發展會帶動油庫的建設項目不斷推進，截至2021年12月，我國規劃建設、正在建設和已經投產的成品油和原油油庫庫容超8 000萬m3，數量約3 000座。如此大體量的管道里程和油庫容量，對安全監管和防范的要求也更嚴苛。

智能報警系統在油氣管道、電力和鐵路行業逐步興起，相關的科研機構和物聯網企業圍繞“智慧監控”開展了大量的研究和實踐工作。中國石油提出“智慧管網，智能管道”的理念，將中俄東線天然氣管道作為智慧管網建設工程的示范工程，預期目標是要達到智能化、數字化和全生命周期管理。中國石化也在全集團公司推廣名為“中國石化智能化管線管理系統”的智能管道系統，該系統實現了油氣管道管理的可視化和數字化，并還具有地質災害監測系統、泄漏報警系統和專家系統管道維護等功能，提高了管道在應急狀態下的安全保障能力。中國鐵路總公司與中國鐵塔公司合作，構建了鐵路的智能監控系統，服務調度、車務、機務、公安、客運、公務、電務、車輛和供電等崗位，并在防災監控、救援搶險和應急管理等領域也能進行監控和管理，實現視頻網絡資源和信息資源共享。但是，國內目前的大型油庫的管理還停留在人工巡檢結合非智能視頻監控，視頻監控僅有儲存和回放的功能，并不具備智能識別、人工智能等功能。本文基于云南成品油管道安寧首站現有的52萬m3大型油庫，圍繞火災識別、智能監控、雷達報警、車輛管理、沉降監測和油品泄漏監測等技術展開討論。

1 應用背景

國家管網集團西南管道有限責任公司是全國油氣骨干管網重要組成部分，業務涵蓋川、渝、滇、黔、桂、陜、甘和寧8省（區、市），管道里程超過10 000 km。昆明輸油氣分公司是西南管道在滇的2個二級單位之一，主要管轄云南成品油管道和中緬天然氣、原油管道。云南成品油管道首站位于昆明市安寧市，首站建有的52萬m3儲罐接收云南石化來油后分別向保山、蒙自和曲靖順序輸送成品油。安寧首站儲罐群屬一級重大危險源，且占地面積廣，周邊林區樹木茂盛，山火隱患極大，安全管控難度較大、安全生產形勢嚴峻。為此，昆明輸油氣分公司結合實際情況建立了集中監控智能報警系統，優化了罐區巡檢和監控方式，實現了高效、實時和24 h的智能化監控。

2 集中監控智能報警系統的架構

在安寧首站油庫原有的視頻監控基礎上，進一步探索實現基于集中監視的風險自動識別、智能聯動報警和現場實時管控功能。建立了“視頻集中監控管理+雷達智能告警+智能火警監控”的一體化解決方案并針對油品泄漏和儲罐沉降問題，提出將儲罐沉降監測預警和油品泄漏自動監控系統納入集中智能報警系統的構想。根據不同風險點的危險因子變量，選取適當的監控點位和監控儀器（各種功能攝像頭和傳感器）來采集變量信息，將信息上傳至服務器，經過人工智能大數據分析后將報警信息或者危險畫面顯示在智能監控中心，提醒值班人員采取應急措施，生成事件報告記錄，實現風險管控的閉環管理。如圖1所示。

圖1 集中監控智能報警系統工作流程

3 集中監控智能報警系統的功能與應用

3.1 視頻集中監控管理系統

“智能監控”區別于普通的視頻監控，是指可以對風險進行自動識別、分類分級報警等智能化監控功能。實現智能監控的前提，是需要將大量的監控視頻集中接入管理系統。通過試點建設并成功運行智能監控系統，集中接入、統一管理分布在油庫基地各個區域的監控視頻，實現了大量監控視頻的集中優化管理。針對原有監控視頻分布在油庫各個區域，分布點多面廣，并且已有各套視頻監控系統相對孤立，主要通過站控值班人員不定期查看，很難及時有效發現異常狀況和存在風險的實際情況，因此共同創新開發的集中監控平臺，試點實現56路現場監控視頻的集中接入，分布在地付儲罐區、汽油儲罐區、柴油儲罐區、航空煤油儲罐區和消防泵房等，如圖2所示。另外，集中監控系統還將門禁系統的人臉識別和車輛識別納入統一管理，識別到陌生車輛和陌生人員時，會在監控中心產生報警。通過建立明確的監控視頻電子巡檢制度和異常風險處置流程，對監控視頻進行集中管理，提升了遠程監控效率和監控設備利用率。

圖2 監控視頻集中管理

3.2 雷達智能告警系統

原有的周界安防大多依靠罐區圍墻物理防護和安保人員定期巡檢，存在入侵發現率低、空窗期長和周界安防效果不佳等管理缺陷。雷達智能告警系統主要借助于雷達融合監測技術真正實現對油庫的無人值守與智能監管，建立了事前預警、入侵報警、目標跟蹤和警示驅離“四防一體化”全方位安防模式，實現“入侵及時發現、視頻清晰可見、目標可靠捕捉、鳴笛喊話驅離”的智能管理目標，使無人值守管理有效落地。另外，借助雷達探測功能，最大限度地避免了氣候條件對探測結果的影響，可以實現晴天雨天、白天黑夜全天候的自動探測，探測靈敏度高、誤報率低。追蹤攝像頭可以根據可疑目標的移動，自行旋轉角度追蹤拍攝，保證了最佳監控和拍攝效果。針對夜間閥室周邊自然光線較暗、普通設備無法實現清楚拍攝的問題，通過將閥室照明系統和雷達探測系統聯動，在夜間一旦發現可疑物體進入閥室安防區域，會提前自動啟動閥室的照明系統，從而確保夜間視頻監控和拍攝畫面清楚。如圖3所示。

圖3 雷達智能告警系統界面

3.3 智能火警監控系統

智能火警監控系統主要借助多維感知綜合監測技術實現對火情的智能監管，此技術在森林防火、自然保護區防火中應用較為廣泛，在大型油庫基地的管理中較少使用。該系統集成了火情檢測一體化球臺、紅外熱成像模塊、可見光攝像模塊、數據采集模塊和煙火識別算法，能夠實現自動巡檢、超遠距火災識別和自動跟蹤等功能。可見光攝像機在白天能夠輸出高清圖像，熱成像功能可在全天候實現溫度監測和圖像處理，監測距離可達8～10 km，探頭監測到火情后，系統鎖定云臺，由當前瞭望塔的高度、云臺的方位和攝像機的焦距等相關信息，依據公式推算出發生火災的位置。但是，由于安寧首站位于云南高原的特殊地理位置，白天紫外線強烈，在雨霧天可見度較低，這些因素都能影響報警的準確率，因此，公司團隊選擇可見光+雙光譜熱成像技術，通過對火的顏色、溫度、輪廓和光譜特征等因素的分析，針對油罐火災與云霧等干擾因素空間幾何特征上的差異，綜合運用圖像處理方法計算，能夠實現對多幀圖像的火情識別，準確率較高。如圖4所示，為安寧首站油庫布設的智能火警監控系統，整個庫區共布置2個火焰探測球臺，能夠360°全方位覆蓋整個庫區及周邊的林區，在監測油庫火災的同時亦能顧及周邊林區的森林火災。安寧首站會定期對火焰探測球臺進行測試，如圖4所示，分別于白天和夜間在庫區外側距離球臺3 km處生火，探測器均能快速定位火災點并在監控中心發出報警，并對火焰的高度、輪廓進行實時跟蹤。

圖4 安寧首站智能火警監控系統

3.4 儲罐沉降監測預警系統

傳統的儲罐沉降監測方法依靠測量工人使用水準儀定期監測，該方法存在測量精度不高、測量間隔過長和無法提供實時數據等弊端。基于集中智能監控報警平臺，可將儲罐沉降監測預警系統作為子系統納入統一監控管理，該系統能夠實現數據的實時采集、沉降預測和異常情況預警，主要由沉降傳感器、數據采集與傳輸子系統、儲罐沉降預測與預警子系統構成。儲罐沉降監測預警系統的構成如圖5所示。

圖5 安寧首站儲罐沉降監測系統

沉降傳感器采用靜力水準儀，靜力水準儀是高差測量的高精密儀器，在大壩、地鐵和隧道等構筑物的沉降監測中廣泛應用，主要利用連通器原理，通過連通管連接在一起的儲液罐的液面總是在同一水平面，通過測量不同儲液罐的液面高度，經過計算可以得出各個靜力水準儀的相對差異沉降。該儀器在儲罐外側沿等高線安裝，每個儲罐在4個方向分別布置1個傳感器，傳感器之間通過水氣兩管連接，信號傳輸通過單芯單模光纖并聯連接。數據采集模塊設置為每小時采集一次傳感器數據，通過GPRS網絡無線傳輸到服務器，服務器對采集到的數據實時分析并繪制趨勢圖，沉降速率超過設定的閾值時，會根據變化量分別進行藍色、黃色、橙色和紅色的四級報警。考慮到儲罐正常的收發油作業會引起儲罐基礎的彈性波動，此變化在正常范圍內，因此該系統在正式投用前會利用人工智能對沉降的彈性波動進行學習，可以大大減少誤報率，對正常沉降和異常沉降進行正確的判斷。

3.5 油品泄漏自動監測系統

成品油庫區的油品介質外泄主要考慮地面以上的氣相泄漏和地面以下的液相泄漏。根據油庫管理規定，會定期對儲罐進行外部檢查，因此對于地面以上的部分，儲罐一般難以發生較大規模的介質泄漏，泄漏點通常在儲罐進出管線法蘭連接處、排水口和閥門等部位，泄漏量輕微且難以發現，但泄漏的油品會在空氣中揮發，因此對于地面以上的油品泄漏，安寧首站采用了非色散紅外技術的可燃氣體檢測儀進行監測，每個儲罐布置3個可燃氣體探測器，當監測到油氣含量超過設定的閾值時，將根據檢測數據得到的泄漏程度的信息傳輸到報警器，報警器會發出聲光報警提醒現場的人員，另外也會將數據遠傳到設備終端，提醒值班人員發生泄漏。

對于地面以下的液相泄漏，通常是由于儲罐底板長時間的腐蝕導致滲漏，油品一旦滲漏，持續時間長，不易察覺，會對地下水和土壤環境產生難以修復的破壞。針對安寧首站實際情況，構想在罐區均勻布置4個地下水監測井（如圖6所示），井深主要為6~12 m，潛水含水層底板1~2 m，井管材質要求為無縫鋼管，外加不銹鋼制過濾網，在最外層布置卵石反濾層，使其具有良好的透水性。井底安裝多參水質檢測儀，安裝深度能保證枯水季亦能浸沒檢測儀，在井口安裝變送器，能夠將檢測到的數據實時傳送到油品泄漏自動監測系統上，并根據設定的閾值報警，及時發現油品泄漏，阻止環境污染擴大。

圖6 地下水油品泄漏監測布置圖

3.6 應用效果

1）智能監控實質增效，集中管理減負運行。安寧首站油庫智能監控報警系統投入使用后，革新了油庫的巡檢及管理制度。集約化管理不僅節省人力成本，也能提高值班人員工作效率，達到事半功倍的效果。每日監控中心值班人員在人工巡檢前利用遠程監控系統進行隱患排查，在巡視時對隱患進行確認，并安排專業人員消除隱患，若不能及時消除隱患，利用監控系統對隱患進行跟蹤記錄。遇極端惡劣天氣時，可利用監控系統代替人工巡檢，規避了極端天氣人工巡檢的風險。

2）風險隱患升級管理，應急處置能力提升。目前布置的監測子系統能夠覆蓋油庫泄漏、滲漏、安防、火災和沉降等主要風險點，實現風險自動識別、智能聯動報警和監控實時切入等功能，并建立明確的監控視頻電子巡檢制度和異常風險處置流程，可及時有效發現并快速消除生產運行面臨的安全風險，提升了風險管控和應急處置能力，實現了安全升級管理。該系統運行至今，自動報警1 282次，其中因安保人員巡檢自動觸發報警1 265次，因承包商單位進入報警13次，因附件村民路過觸發報警4次，火警監控出現報警0次，報警準確率達到99%。安寧首站油庫結合該智能監控系統開展庫區應急演練6次，借助平臺的圖像、語音和位置等信息快速合理部署應急處置工作，有效縮短了反應時間，提升了管道企業在面對突發事件和緊急情況下的應急處置能力。

4 結束語

隨著“互聯網+”技術和人工智能的發展，安寧油庫集中風險智能監控報警系統還會兼納更多的監控系統和功能，包括監測庫區周界錨索抗滑樁的變形來監控山體穩定性、庫區消防系統監控、雷電監測預警、智能機器人巡檢和無人機巡檢等。另外，建立集中智能監控系統的APP，企業主要負責人和安全管理人員可通過遠程移動終端實施查看現場情況，且一旦出現較大或重大險情時，能自動發短信給庫區所有工作人員及周邊可能受影響的居民和企業。智慧油庫理念不斷深入，基于自動化、集中化和智能化的監控系統會逐步完善，油庫管理會提質增效，實現智慧儲油。