无人机应用： 搭载高清相机的无人机轻松实现炼油厂管道检查

 无人机、高分辨相机和智能软件相结合，帮助炼油厂轻松实现管道检查任务。

炼油厂通常使用氢来降低柴油燃料中的硫含量。美国能源信息署（EIA）表示，随着国际市场对柴油燃料需求的增加，以及硫含量法规变得更加严苛，炼油厂对氢的需求量越来越大。而炼油厂使用的大量氢，都是在现场产生的。

为了在现场产生氢，使用甲烷水蒸气重整过程。在这个过程中，甲烷与蒸汽在高温下在充满催化剂的管道中混合，生产氢、一氧化碳和少量二氧化碳的混合物。在这个过程的最后，使用压力摇摆吸收（PSA）系统对获得的氢进行提纯。    

复杂性与危险性   

“炼油厂是一个既复杂又危险的环境。“加拿大Industrial Skyworks公司联合创始人Ian Hannah说道，“例如，在氢气产生的中心是‘辐射炉（Radiant Box）’，这是一个温度高达4000°F的工业熔炉。   

‘辐射炉’的内部是用铬含量较高的材料制成的专用管道，用于承受这样极高的温度。在操作过程中，熔炉加热管道，然后管道再加热其内部的蒸汽-甲烷混合物。在很多垂直型熔炉设计中，40英尺的管道大约放置在距离熔炉的耐火墙1英尺远的地方，以便在生产过程中保持统一的温度。

最近，在一家大型炼油厂建造一个新“辐射炉”的过程中，在建造管道时发现了一个可能出现的制造缺陷。该公司要求检查“辐射炉”中使用的所有其他143根管道，因为在这样的高温环境下，即使是管道中的一个小划痕，都可能带来灾难性的后果。

这原本是一项简单的任务，但是现在40英尺长的管道已经安装到了熔炉中，使得这项检查任务的难度增大。直到确保所有的管道没有任何缺陷后，这个项目才继续进行。这个问题的传统解决方案是在“辐射炉”的每侧搭建手脚架，而且手脚架需要用塑料包裹，以避免与铬合金管道有任何金属接触。

这项工作大约需要几周时间才能完成，并且整个过程非常困难，因为通过一个2ft×3ft的小窗口进入设备极其受限制，在3排管道之间只有一个非常小的通道。因此，手脚架需要通过小窗口一段一段地进入，然后再进行装配。

启用无人机   

然而Industrial Skyworks公司并没有采用上述执行起来比较困难的传统方法，而是采用了一种更快速、更具成本效益的解决方案。

Industrial Skyworks的解决方案使用了瑞士Flyability公司的一架Elios无人机，该无人机上装配了一台分辨率为1920×1080、帧率为30fps的相机，它能够在不需要手脚架的情况下，安全地捕获所有管道的图像。然后，捕获的图像被存储到一个板载SD存储卡中，该存储卡安装在无人机的载荷头中。图像数据也可以以更低的分辨率传输给操作人员，因为Elios无人机中集成了大疆公司的一个Lightbridge 2无线控制器，从而能够通过一条2.4GHz频段的链路，将图像从无人机传输到控制器。

“这种无线通信系统，在操作上不需要任何专门的授权，即使是在非常复杂和狭窄的空间中。”Hannah说道，“而且无人机的最大范围并不重要，因为它最多在距离操作人员几百英尺的地方工作。”

为了保护无人机和被检查的管道，无人机用一个碳罩加以保护。碳罩使用万向节机构，在三个轴向上与无人机分隔，从而使Elios无人机在任何可能的碰撞情况下，都保持稳定。相机不但对无人机和整个结构进行检查，还提供被检查管道的清晰图像。

“无人机使用白光LED作为光源，照亮被检查的管道，”Hannah介绍说，“对于无人机操作人员而言，知道无人机在飞行时的方向非常重要。”因此，如同飞机一样，无人机在左舷侧装有红光LED，在右舷侧装有绿光LED（见图1b）。随后，无人机操作人员就可以在已知的方向上捕获图像，确保“辐射炉”中管道的所有部分都被成像。

图1：（a）处在黑暗环境中的无人机操作人员。（b）无人机使用白光LED作为光源，照亮被检查的管道。如同飞机一样，无人机在左舷侧装有红光LED，在右舷侧装有绿光LED，这样机操作人员就可以知道无人机飞行时的方向。

无人机上装配的相机采用广角镜头，水平视场为130°，垂直视场为75°，其捕获的图像具有足够的分辨率来识别管道中存在的任何潜在缺陷。

通过使用无人机捕获“辐射炉”中管道的图像，Industrial Skyworks通过供应商在三天内完成了检查任务。检查完成后，供应商还向Industrial Skyworks提供了高清图像，通过这些图像就能确定每根管道的使用情况。通过这种方法，比既定时间提前几周完成了管道检查任务，同时还避免了传统检查方法所带来的危险，比如搭建手脚架会让工作人员处在不必要的风险中。