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东北大学电气所管网智能检测课题组攻克海底管道内检测技术难关

2018/7/4 17:29:22     关键字:     来源:中国教育报

对长距离输油管线实施检测,准确把握管道状况,及时发现泄漏以及管道上的缺陷并进行维修维护,是延长管道寿命、避免事故发生的重要手段。东北大学电气所管网智能检测课题组从事管道检测研究已经20余年。课题组在“流体输送管网的实时数据采集分析方法和高精度泄漏检测定位技术”取得了发明技术成果之后,又将目光锁定在了亟待解决的管道内检测技术难题上。

乘胜追击 油道检测升级换代

2006年,管网智能检测课题组的“流体输送管网的实时数据采集分析方法和高精度泄漏检测定位技术”进入了推广应用检测的关键时刻。为了确保项目的成功,张化光教授选择青年教师刘金海负责最后的安装调试与升级工作。带着导师的信任和同事的期待,刘金海与5名研究生一起前往济南,开始中石化鲁皖成品油管道的调试工作。大家三班倒,24小时值守,随时发现问题、解决问题。经过3个月的努力,调试工作顺利完成。

长距离成品油输送管线检测取得成功后,课题组立即着手研发石油管道检测的升级换代产品,希望将成果应用在更广泛的管网上。

2007年,课题组接到了中石油武汉原油长输管网项目。刘金海带领课题组成员一起到现场进行设备的布线、安装、调试,并有针对性地对软件进行完善升级。他们一起克服各种困难,夜以继日地跟踪系统运行。在3个月的时间里刘金海和他的课题组在长江沿线5个省1000多公里的管线上来来回回跑了5趟。他们针对各种工况进行系统升级,增加定位的及时性和准确率,最终顺利完成了各项安装调试工作,使检测系统适应了长输原油输油管网。

2009年,课题组又接到了湖北襄阳的一个高粘油长输管道检测项目。刘金海带领成员在没有暖气的湿冷冬天,在出租屋里又生活了两个月,最终完成了高粘油长输管道项目的改造升级与推广应用,实现了检测系统在成品油、原油和高粘油等各类长输管线的推广应用。

在完成管网泄漏检测各种工况适应与系统升级过程中,课题组刘金海等年轻人经历各种历练后迅速成长起来,顺利完成了新老交替。经过对管网各种问题总结提炼,刘金海领导课题组将人工智能引入管道泄漏检测系统当中,2012年课题组刘金海、冯健、张化光、马大中、吴振宁等人发明的“基于小波和模式识别的流体输送管道泄漏检测方法及装置”取得了专利权。

接下来几年,东北大学泄漏检测系统由于其高性能与易用性,迅速普及。东北大学的泄漏检测系统的市场份额也由最初的5%升至目前的30%以上,已经在全国20余省份的1.1万公里管道上应用,得到用户的一致好评。

转换思路 定期“体检”防患未然

成绩属于过去,科研工作者永远面向未来。检测漏油是亡羊补牢的被动应对,只有研发管道内检测系统,定期对管线进行“体检”,才能防患未然,最大限度地保证输油管线的安全。

课题组的想法与中海油一拍即合,双方立即签署了联合研发管道内检测系统的相关协议。2012年起,管网智能检测课题组承担了“海底管道漏磁内检测器研制—内检测器总体设计和数据分析系统开发”重大科技攻关课题的研发。

“那段日子真是很辛苦,除了正常研发工作,我还每周跑一次北京或天津,经常是头天坐K54进京,第二天汇报工作交流进展,晚上坐K53返回,第三天继续正常工作。三年多的时间里,跑了无数次京城,却一次同学和朋友都没有见。”刘金海表示。

项目研发的关键数据获取需要在海上采油平台上进行。刘金海就和同事一起,生活在海上平台没有窗户的小屋里。每天通过吊笼从平台吊放到拖船,再通过拖船吊穿梭在海上平台之间开展工作。有一次,海上忽然起大风,拖船无法靠近平台,刘金海就穿着一件冲锋衣在无人值守的小平台上艰难地熬过那个又黑又冷的夜晚。但天一亮,他就又投入到紧张的工作之中。几个月下来,他们终于完成了数据采集工作,得到了第一手的数据。

有了试验数据,还必须建立最优的原理模型并设计实现方法,才能解决问题。为了解决实际难题,张化光教授带领团队成员积极参与,与课题组成员共同商讨解决方案,研究所还从校外邀请院士和国际知名专家共同商讨对策,拓展思路。在众多专家的帮助下,经过无数个夜晚的苦思冥想与反复测试,刘金海带领课题组终于攻克了一个个难题。

回忆起最后、最难的一个问题成功解决那个夜晚,刘金海仍旧十分兴奋,“几年的努力终于有了收获,一下子有了脚踏实地的感觉。想到团队将为企业解决大问题,科研工作者的成就感油然而生。”

攻克难关 国产“医生”引领世界

突破了理论方法的瓶颈,系统的研发顺风顺水。我国第一套海底管道漏磁内检测器很快研发出来。检测器利用油气压力在海底管道内部穿行,并通过高精度漏磁检测技术捕获并存储管道内外壁的腐蚀、缺陷信息,实现对缺陷点的准确识别和精确定位。

经过牵拉试验、环路场地试验、海管现场试验等100余次各种环境和条件下的试验测试,研发团队不断升级完善内检测系统。

2015年10月,东北大学作为主要研发方之一的海底管道漏磁内检测器在中海油的两个海上油气开采平台分别进行了实用测试,并且与国际领先的同类系统进行了背靠背的验证。试验取得了巨大成功,利用课题组研发的数据分析系统顺利完成数据读取,并准确判断出管道内缺陷的情况,精确度超过了预期,达到了国际先进水平。

中海油负责人王建丰表示:“内检测器系统在缺陷的检出率,缺陷长、宽、深的标定以及内外缺陷辨识等方面都与国外先进内检测器主要指标基本一致,表明我们的系统已经达到国际同类产品先进水平。”

海底管道漏磁内检测关键技术的研发成功,标志着我国海底管道结束了依赖国外产品的“洋检测”时代,迎来具有自主知识产权的“体检医生”。在海底管道试验与应用成功后,刘金海又带领课题组研发出了适应陆地环境的管道内检测数据分析系统。2016年,该系统在内蒙古的中石油陆地管线上成功应用,客户根据系统分析结果进行维护操作,成功阻止了即将泄漏的严重缺陷。事后验证,系统的实际精度比国际同类产品的先进精度提高一倍,达到了国际领先的水平。2017年该系统又在中海油、中石油大庆油田等管道开始推广应用,多次验证,结果精确,有效保障了管道的运行安全。

攻克了陆地和海底管道内检测技术的难关,课题组又将目光投向深海管道检测这一更具挑战性的国际难题。课题组联合中海油和航天三院等单位,制定了详细的攻关研究计划,并开始实施。

刘金海自信地表示,“不久的将来,利用大数据和人工智能等新技术,对漏磁检测后期数据进行分析处理,实现漏磁三轴信号与电磁内外缺陷检测信号的本质融合,然后,利用缺陷反演机理模型、深海管道状态评估模型等,实现对管道缺陷的检测、量化以及安全周期评估,这些最新的技术将攻克所有深海管道检测关键难题,助推中国成为国际管道检测技术的引领者。”