Применение DJI Matrice 300 RTK на предприятиях нефтехимической отрасли

Нефтехимический комплекс Shell Deer Park

Внедрение цифровых технологий и умных производств в нефтегазовой отрасли затронуло не только сферу добычи сырья, но и производственные площадки по его переработке. Частично мы уже затрагивали эту тему в статье “Использование дронов в нефтегазовой промышленности”. В ней мы упоминали в качестве успешного примера применения беспилотных технологий на нефтехимическом комплексе Deer Park компании Shell. В этой статье мы попытаемся подробнее рассказать о том, как и почему руководство предприятия решило внедрить новые технологические решения в свои бизнес-процессы. 

Shell Deer Park – это один из крупнейших нефтехимических комплексов на территории США, который располагается в графстве Харрис, штат Техас. С 1993 года предприятием на паритетных началах владеют две компании Petroleos Mexicanos (Pemex) и Shell Oil Company. Химический завод был создан здесь еще в 1940-х годах, а позднее возник целый комплекс производственных площадок, включающий собственно нефтепереработку и производство химической продукции. Общая площадь предприятия составляет почти тысячу гектаров, на которых располагаются непосредственно производственные площадки, трубопроводы, железнодорожные пути и другие коммуникации. Собственно цеха и другие производственные помещения занимают чуть более 600 га, что тоже весьма приличный показатель. 

Структура предприятия довольно типична для подобных производств. Она включает установки для перегонки сырой нефти, каталитического крекинга, гидроочистки каталитического бензина и селективного гидрокрекинга. Все они работают круглосуточно, производя бензин, керосин, дизельное топливо и ряд других видов продукции из углеводородов, востребованные в американской промышленности. Все это производство потенциально опасно для человека и окружающей среды, и в прошлом предприятие уже не раз сталкивалось с проблемами экологического порядка, авариями на производстве с различными масштабами последствий для людей и природы. И хотя случались эти инциденты редко, тем не менее они заставили компанию – владельца пересмотреть свой взгляд на вопросы безопасности и мониторинга работы предприятия. Традиционных служб безопасности, пожарных станций и медицинских учреждений недостаточно для поддержания порядка и приемлемого уровня безопасности на таком предприятии. 

Воздушные инспекции и рождение программы дронов

Хотя своеобразная легенда рассказывает, что применение беспилотников на Shell Deer Park стало результатом удачного стечения обстоятельств и успешного примера использования беспилотника для проверки вытяжной трубы, которую раньше приходилось проверять целой командой специалистов, причины внедрения новой технологии намного прозаичнее. 

Shell как минимум с середины текущего десятилетия развивает глобальную программу инноваций и внедрения умных технологий, которая помимо всего прочего подразумевает и внедрение самых передовых беспилотных технологий. В США эта программа коснулась в первую очередь сланцевых месторождений, которыми на тот момент владела Shell, а также нефтехимических и других предприятий, принадлежащих компании. Поэтому появление подразделения беспилотников на Shell Deer Park в 2016-2017 годах было вполне логичным шагом компании. 

Инциденты на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях компании довольно редки, а травмы или летальные исходы сотрудников – еще более редкое явление. Тем не менее, объективно существуют определенные риски для работников, занимающихся эксплуатацией производственных объектов комплекса. Если условия допускают такую возможность, то в таком случае предприятие начинает использовать беспилотники. Они все чаще помогают избавить рабочих от необходимости выполнять определенные задачи и обеспечивать безопасность не только людей, но и окружающей среды, быстрее обнаружить проблемы, а в некоторых случаях помочь решать их дистанционно.

Как мы уже рассказывали в статье о применении дронов в нефтегазовой отрасли, эти летательные аппараты все чаще и все эффективнее используются на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях не только в США, но и в других странах, включая Россию. Многие компании перевели свои экспериментальные проекты с беспилотниками на регулярную основу и и полностью интегрировали новые технологии в повседневные производственные процессы. 

В качестве примера можно привести нефтеперерабатывающий завод ExxonMobil в Батон-Руж, где БПЛА используют вместе с мощными видеокамерами высокой четкости для проведения комплексных проверок оборудования. По словам представителей “ЭксонМобил”, этот шаг позволил сократить затраты на техническое обслуживание и обеспечить надежность функционирования всего предприятия.  

Возвращаясь к нефтехимическому комплексу в Deer Park, следует заметить, что владельцы компании, вдохновившись экспериментом по техническому обслуживанию вытяжной трубы с помощью беспилотника, приняли решение о создании собственного подразделения беспилотников – “Команды воздушного реагирования беспилотников” (Drone Aerial Response Team (DART)), о которой мы уже немного рассказывали. Создание нового подразделения в рамках предприятия обосновывалось несколькими обстоятельствами: экономией ресурсов (привлечение специалистов со стороны, по расчетам владельцев, оказывалось дороже), а также реальной необходимость иметь “подразделение быстрого реагирования” на таком сложном и опасном производстве. 

С момента своего создания и только за первый год существования DART выполнила 477 полетных миссий, которые преследовали самые разные цели, но преимущественно необходимость осмотра высотных объектов. Расчеты показали, что беспилотные технологии позволили компании сэкономить около 1,2 миллиона долларов только на инспекциях. Таким образом, программа DART оказалась успешной с самого начала своего существования. 

В 2016-2017 году программа DART в Shell Deer Park включала всего 2 оператора. Да, они обладали высокой квалификацией и большим опытом работы, но оказалось, что этого недостаточно из-за масштабов и специфики работы компании. Сейчас в команде работает 7 пилотов, не считая руководителя подразделения – тоже опытного пилота. А в распоряжении DART сегодня уже целый флот дронов DJI. Сейчас команда работает в тесном сотрудничестве с подразделением беспилотников компании Shell и ведущим специалистом по робототехнике Адамом Сербловски над интеграцией нового оборудования и приложений.

Пожалуй, наиболее показательным примером успешного применения БПЛА в Shell Deer Park в экстренной ситуации была работа команды после прошедшего урагана  “Харви” (2017 год), когда команда DART работала совместно с компанией Drone Systems International и направила две группы дронов для обследования территории предприятия и прилегающих к ней участков. Результаты работы впечатляют. 

Полная оценка состояния территории была выполнена всего за 2 недели, тогда как старые методы потребовали как минимум в 2-3 раза больше времени. Кроме того, работа беспилотников позволила избежать рискованной работы сотрудников Deer Park, когда им пришлось бы не только обследовать собственно территорию комплекса, но и подниматься на высотные конструкции: резервуары, трубы и т.п. Дроны смогли в короткое время выполнить подобные задачи, предоставить качественные и детализированные изображения, чтобы инженеры и сотрудники ремонтных бригад смогли оперативно выполнить необходимые работы. При этом пока один дрон обследовал объекты, ремонтные бригады уже отправлялись на те места, где обследование с воздуха уже было выполнено. 

В целом, как видно из некоторых приведенных примеров, команде DART приходится выполнять самые различные задачи: от рутинных плановых проверок до реагирования на чрезвычайные ситуации. Дроны помогают обследовать состояние факельных наконечников, резервуаров с сырой нефтью или готовой продукцией, трубы и другие объекты. Как правило, такие конструкции крайне сложно обследовать традиционными способами, а иногда полностью изучить состояние оборудования невозможно из-за трудного доступа к отдельным участкам. Дроны же помогают без особого труда справиться с подобными проблемами. 

Первые впечатления специалистов DART о M300 RTK

Специалисты, тестировавшие новый DJI Matrice RTK вместе с гибридной камерой Zenmuse H20, отмечают множество преимуществ как самого летательного аппарата, так и его полезной нагрузки. Это оборудование позволяет создать новые стандарты работы беспилотного подразделения Shell и в целом повысить эффективность его работы на комплексе Shell Deer Park.

Ранее, в 2016-2017 годах, когда беспилотное подразделение только создавалось и нарабатывало опыт инспекций и реагирования на ЧС, на его вооружении стояли такие квадрокоптеры, как любительский DJI Phantom 4 и DJI Inspire 1, создававшийся для кинематографической съемки. Позднее к ним добавились промышленные дроны, включая серию Matrice 200. Конечно, их эксплуатация позволила эффективно решать множество задач, однако одновременно специалисты подразделения столкнулись с рядом сложностей экологического и операционного характера. 

До появления модели М300 для их решения не было найдено удовлетворительного решения. В частности, серьезную проблему представлял вопрос о дистанции, на которой безопасно и эффективно проводить осмотр оборудования, особенно в труднодоступных местах или оборудования, представляющего проблему для работы летающей платформы и ее компонентов (электромагнитное излучение, высокие температуры и т.п.). 

В качестве примера можно привести осмотр различных конструкций, коммуникаций, систем трубо/паропроводов, где приходится заботиться о вопросах безопасности для технических специалистов, работающих на высоте с опасным оборудованием. Дроны эффективно заменяют такие команды, которым приходится работать на высоте или с земли. Но летательные аппараты сталкиваются с проблемой безопасного расстояния, с которого можно получить точную и адекватную визуальную информацию. Одна из ключевых проблем для пилотов и их аппаратов – возможное наличие электромагнитных помех, что заставляет операторов держаться на приличном расстоянии от объекта съемки. Слишком близкое нахождение дронов у источников электромагнитных помех приводит к нарушению работы ключевых модулей летающих платформ и опасному отклонению от полетного маршрута. 

Если же в распоряжении оказывается промышленный квадрокоптер Matrice 300 RTK с гибридной камерой H20, то операторы и команды инспекторов получают 3 варианта решения упомянутой выше проблемы: 

1. Использовать лазерный дальномер гибридной камеры H20, с помощью которого можно обеспечить точное измерение дистанции (до 1200 метров).
2. Использовать камеру Н20, которая оснащена 20-мегапиксельным зумом и 23-кратным оптическим зумом. То есть, операторы могут снять детали объекта крупным планом на безопасном расстоянии, но при этом не потерять в качестве итогового изображения. 
3. Наконец, третий вариант предполагает эффективное использование системы обхода препятствий квадрокоптера М300 RTK. Эта система работает по всем направлениям и помогает дрону с помощью двойных визуальных датчиков и датчиков измерения времени полета обеспечить стабильность пилотирования в сложных обстоятельствах. 

Специалисты беспилотного подразделения Shell Deer Park по достоинству оценили работу гибридных камер серии Zenmuse H20 в качестве полезной нагрузки М300 RTK. Во-первых, наличие цифрового зума позволяет получать кристально четкое изображение объекта съемки. В кадре видны все подробности, необходимые для анализа состояния оборудования. Наконец, система обхода препятствий позволяет легко маневрировать между различными конструкциями, не останавливаясь перед ними и вести оперативную съемку и осмотр различных компонентов, например, элементов трубных эстакад. 

Из деталей складывается комплексное видение проблемы и ее решение

Многие часы эксплуатации таких платформ, как квадрокоптеры серии Matrice 200, привели специалистов к определенным практическим выводам и предпочтениям в работе беспилотных систем. Например, операторы оценили наличие различных небольших настроек, существенно влияющих на рутинные операции и бесперебойную работу всей программы беспилотников на комплексе Deer Park. 

В частности, сравнивания работу М300 с его предшественниками – дронами серии М200, – операторы были приятно удивлены увеличенным временем полета новой платформы. Ведь благодаря новым аккумуляторам, обновленной силовой установке и другим изменениям в конструкции летательный аппарат даже с полезной нагрузкой в виде камеры H20 может находиться в воздухе до 45 минут. Это делает новый дрон оптимальным для выполнения сложных полетных миссий. Еще больше повышает ценность этой модели то обстоятельство, что пилот может заменять новые батареи TB60 в “горячем режиме”, не прерывая миссии. Кроме того, функция “горячей замены” позволяет устранить риск неожиданных и неудобных для пилота обновлений прошивки.

Обновление коснулось и системы управления диагностикой и техническим состоянием беспилотника (UAV Health Management System). По сути, это новое техническое решение делает весь процесс эксплуатации и технического обслуживания флота дронов более простым и удобным. Специалисты могут легко отслеживать рабочие и полетные параметры, чтобы вовремя получать информацию о возможностях и степени производительности своих летательных аппаратов. В свою очередь, это помогает операторам и всей команде специалистов подразделения беспилотников принимать правильные решения в вопросах обслуживания. 

Важно, что профессионалы получают в свои руки M300 вместе с программой технического обслуживания и всем программным пакетом прямо из коробки. Это ПО контролирует работу силовой установки и функционал всего дрона. Теперь пилоты, например, точно знают, сколько часов работает каждый двигатель и какой производительностью он обладает. 

Интеллектуальные проверки в сложных условиях

Практика эксплуатации беспилотных платформ в промышленности и других отраслях, где приходится реагировать на аварийные ситуации или просто выполнять рутинные миссии по проверке объектов, показывает, что крайне ценна способность автоматизированных летающих платформ точно повторять детали полетной миссии. Причина коренится в особенностях человеческой природы и потенциальной способности даже опытных специалистов допускать критические или незначительные ошибки, которые ведут к некорректным результатам. 

Решение этой проблемы нашлось через оснащение М300 RTK новым инструментом – AI Spot-Check – выборочной проверкой с помощью искусственного интеллекта. Суть новой “фишки” заключается в том, что теперь команды могут автоматизировать рутинные проверки за счет комбинированной работы алгоритмов визуального машинного обучения и встроенной системы RTK для точного позиционирования (максимальная погрешность составляет всего 1 см). Теперь каждый раз система будет собирать только нужные корректные данные. Впрочем, этот функционал команда DART активно использует во время чрезвычайных ситуаций, когда приходится с регулярной частотой собирать данные о состоянии определенного объекта. Новый инструмент помимо всего прочего позволяет сократить время и финансовые затраты на выполнение проверок оборудования и практически исключить проведение традиционных проверок. 

Например, команда еженедельно выполняет проверки 47 резервуаров с плавающей крышкой. Для этого настраивается нужный угол для каждого из 47 объектов, а дальше дрон автоматически выполняет поставленную задачу. Теперь не нужно лишних проб и тестовых полетов. Рутинная операция стала проще, так как каждый раз после настройки операторы и инженеры получают один и тот же ракурс определенного резервуара. Это позволяет упростить процесс сравнения и анализа состояния объектов и принимать более разумные решения для обслуживания. 

Ну и наконец, последняя интересная особенность, которая привлекает многих профессионалов, это уровень защиты корпуса M300 RTK, а именно IP 45. Этот параметр показывает, что специалисты могут работать с квадрокоптером в условиях легкого и даже чуть более сильного дождя. Это особенно ценно, когда команде приходится реагировать на происшествие при плохих погодных условиях. Теперь погода не представляет слишком серьезной проблемы, если конкретные условия допускают эксплуатацию М300 RTK. 

М300 RTK и будущее промышленных инспекций с помощью беспилотников

Все больше примеров указывает на то, что беспилотники превращаются в привычный инструмент на таких сложных и опасных предприятиях, как нефтехимический комплекс Shell Deer Park. Описанные преимущества убедительны и очевидны, если рассматривать их как с точки зрения безопасности, так и с точки зрения затрат. Новая платформа М300, оборудованная гибридными камерами серии H20 позволяет собирать данные высочайшего качества при соблюдении всех требований безопасности.

И это только вопрос времени, когда эти, по сути, летающие роботы станут работать еще более независимо от человека и даже вне пределов прямой видимости и без необходимости прямого наблюдения за ними.