物联网重塑石油和天然气管道监测的4种方式

管道监测在业界并不是什么新鲜事，但是传统的SCADA系统无法提供所需的精细化资产可见性。
 
无论是在上游、中游还是下游作业，管道都是石油天然气行业不可或缺的一部分。虽然被认为是运输危险产品最安全、最快的方式，但这些关键资产也存在很多潜在问题。在产品流动和动态环境条件的影响下，管道容易受到多种结构破坏的影响，例如腐蚀、裂缝、泄漏和脱落就是最常见的问题。
 
除了严重的产品损失之外，管道泄漏还会对环境和野生动物造成巨大的、不可逆转的影响，同时威胁到工人和公共安全。根据2018年的一项研究显示，仅在美国，液体管道事故每年造成的损失就高达3.26亿美元，其中，1.4亿美元属于环境和补救费用。研究还显示，识别事故通常需要9个小时，操作人员需要另外5个小时才能做出反应。
 
精细化资产可见性
 
面对更加严格的法规、价格波动，激进的环境运动以及向可再生能源转变带来的压力，石油和天然气行业被迫改变。具有前瞻性的公司越来越多地接受数字化，以更好地管理其资产并防止代价高昂的泄漏。管道监测在行业中并不新鲜，但是传统的SCADA系统不能提供所需的精细化资产可见性。当涉及数百公里甚至数千公里长的管道时，了解每米都在发生了什么至关重要。
 
许多管道系统始于地面网络不可靠或根本不存在的偏远勘探地点。因此，监测选项仅限于劳动密集型的人工检查或昂贵的卫星网络，而这两种方式都无法以理想的精细程度收集数据。即使在可用的情况下，像移动和Wi-Fi这样的地面连接也非常耗电，同时需要在端点上施加昂贵的数据计划。通常，传感器收集的数据量非常小，并且仅当数值超出预定义范围时才需要发送消息。因此，传统的数据计划是多余的，这会增加实现和维护大规模监测网络的成本。
 
物联网（IoT）采用了新的传感器和通信技术，使资产监测变得比以往任何时候都更加容易和实惠，从而改变了游戏规则。尤其是低功耗广域网（LPWAN），引入了一种低成本、高能效的方法来收集精细化遥测数据。由于其广泛的范围特性和星型拓扑结构，低功耗广域网可以连接大规模、地理上分散的计量点，并且所需的基础设施更少。私有低功耗广域网在石油和天然气领域最为理想，因为它的网络覆盖范围可以灵活地适应公司在海上和无法到达区域的特定需求。
 
与小型化，多感测智能传感器配合使用，强大的低功耗广域网可以解锁与管道结构健康及其操作条件有关的大量关键信息。传感器数据可以转发到现场人机界面，以便立即采取应对措施，也可以转发到中央管理系统和/或云平台，以便进行长期存储和分析。
 
这种基于物联网的管道监测网络能够以多种方式增强石油和天然气运营实践，以降低成本和停机时间，最大限度地减少环境足迹，并增强安全性和法规遵从性。
 
1、加速故障排除和响应
 
全天候洞察管道完整性意味着可以立即报告任何异常或偏差。虽然压力下降显然表明存在泄漏，但其他传感器参数可以帮助在严重泄漏或致命爆炸发生之前更早地确定管道的结构问题，例如，超声波和声波传感器可以报告异常声波，这些声波暗示了裂纹的开始和扩散以及分层。同样，磁传感器可以检测到由于腐蚀引起的管道壁厚变化。
 
智能传感器不仅能传达早期损坏，而且还能传达其位置和严重程度，以识别和加速所需的行动。最大限度地减少故障和修复之间的时间间隔，是最大程度地减少因产品泄漏而造成材料损失和污染的关键。另外，从一开始就发现损坏还简化了维修流程，从而降低了与维修相关的成本和停机时间。
 
2、启用高级维护策略
 
通过收集管道完整性和运行状况的数据，甚至可以通过预测性维护策略来预测和预防故障。通过对以往故障模式的分析，可以开发缺陷增长预测和风险评估模型。除此之外，长期完整性恶化评估有助于计算管道的实际剩余使用寿命。这样可以诊断结构性瓶颈，并进行战略性维护和零件更换计划，以规避损坏。预测性维护不仅有助于避免昂贵的计划外停机，而且还有助于避免冗余的计划内停机，而这些停机通常是公司采用推测性的、基于计划的预防方法。
 
3、自动化手动任务
 
基于物联网的状态监测网络减少了定期现场检查的需要，并消除了手动记录数据的麻烦。除了最大程度地减少人为错误之外，这还有助于节省成本并提高工人的生产力，因为他们可以专注于更重要的任务。减少现场访问，特别是对偏远地区的访问，也减少了卡车的总出行时间，从而减少了燃料使用和二氧化碳排放。
 
4、优化资产利用和未来设计
 
物联网传感器数据使公司能够分析和了解不同外部条件下的管道行为，包括结构载荷、天气变化、土壤特性、湿度和酸碱度等。这些信息有助于改进未来的工程和施工实践，以优化管道的有效使用寿命。此外，对于已经使用了几十年的旧管道，传感器数据可以验证它们的完整性，以便继续安全运行。
 
物联网的出现带来了前所未有的资产可见性，并超越了传统工业网络的能力。部署物联网解决方案不一定需要大量的前期投资，也不一定需要对棕色地带系统进行危险、繁琐的改造。像低功耗广域网（LPWAN）这样的新兴无线解决方案和新的传感器技术，可以很容易地以低成本将管道改造成支持物联网的关键资产。更重要的是，物联网管道监测网络对运营效率、安全性和可持续性的直接影响将很快超过初始投资，并提升公司在油气市场的竞争优势。