Применение беспилотных систем для обнаружения утечек газа

В статье “Дроны DJI помогают в борьбе с утечкой опасных химических веществ: опыт пожарных США” мы рассказывали вам о примерах применения беспилотных систем (дронов с подвесным оборудованием) для поиска утечек опасных химических веществ преимущественно на промышленных предприятиях. Однако в упомянутом обзоре рассказывается о том, как для поиска дефектов и утечек опасных элементов используются различные типы летающих промышленных камер. 

Между тем, даже самые лучшие камеры не готовы решать абсолютно все проблемы подобного рода. Например, нефтегазовые компании, различные промышленные и коммунальные предприятия часто сталкиваются с такой опасной ситуацией, как утечка газа (на месторождениях, из коммуникаций и т.п.). Визуально определить наличие газа, поступающего из поврежденного участка трубы, невозможно. Сделать это помогают только специальные приборы – газоанализаторы. Именно о них мы и поговорим. 

Традиционные методы использования газоанализаторов

Газоанализаторы – это измерительные приборы, которые предназначены для проведения анализа состава и свойств различных веществ и газовых смесей. С помощью этого прибора можно определить количество и качество интересующего вещества в атмосфере или во время химико-технологического процесса. 

Ручные и автоматические газоанализаторы получили широкое применение в промышленности. Их также применяют специалисты по охране окружающей среды, компании нефтегазового сектора, коммунальщики. А на предприятиях с пожаро- и взрывоопасным производством газоанализаторы для выявления утечек метана стали обязательным компонентом оборудования. 

Современные технологии не позволяют создать универсальную модель газоаналитических приборов, чтобы можно было решать широкий спектр задач по газовому анализу. Поэтому на рынке представлены самые разные типы, разновидности и модификации газоаналитического оборудования. Существующий технологический уровень вынуждает создавать оборудование, которое “затачивается” под конкретные условия применения и конкретные аналитические задачи. 

С другой стороны, разнообразие конструкций и принципов функционирования газоанализаторов позволяет разработчикам проявлять инициативу при создании особых версий оборудования, например, мобильных газоанализаторов наземного и воздушного базирования. 

На части промышленных объектов порой вполне достаточно установить несколько стационарных приборов, чтобы обеспечить нужный уровень безопасности. Однако если у компании – владельца помимо самого производственного объекта имеются различные коммуникации (трубопроводы, компрессорные станции) для транспортировки газа или других химических веществ, то без мобильных моделей газоанализаторов обойтись невозможно. Сегодня активно используют мобильные версии таких приборов компании нефтегазового сектора, а также крупные коммунальные предприятия. 

Мобильное оборудования для аналитических задач особенно актуально для тех компаний, которым нужно выполнять регулярный мониторинг своих объектов в труднодоступных районах и районах со сложной климатической обстановкой. В таких случаях для установки газоанализаторов используют автомобили или другую наземную спецтехнику, а также вертолеты. В частности, компания “Газпром” использовала и использует до сих пор газоанализаторы воздушного базирования, которые устанавливаются на вертолеты Ми-8. 

Однако, как показала практика применения в том же “Газпроме”, использование вертолета с газоанализатором обходится слишком дорого. Вот почему и в “Газпроме”, и во многих других российских и зарубежных компаниях обратили внимание на беспилотники. Их эксплуатация во многих случаях оказывается удобной и экономичной. А появление специальных моделей подвесного оборудования для анализа утечек газа стало настоящим подарком для компаний нефтегазового сектора. Например, специалисты “Газпрома” сравнили затраты на использование вертолета и беспилотника  для обнаружения утечек газа и пришли к выводу, что первый вариант почти в 10 (десять!) раз дороже, чем запуск беспилотника с газоанализатором: 

• Час полета МИ-8 с газоанализатором – 120 000 руб.
• Час полета дрона DJI Matrice 600 с газоанализатором – 12 500 руб.

Помимо очевидной выгоды по затратам имеются и другие преимущества. Неудивительно, с 2018 г. сразу 5 подразделений компании “Газпром” приступили к испытаниям схемы с использованием газоанализаторов, устанавливаемых на беспилотники. А в 2019 году все 5 подразделений стали использовать беспилотные системы с газоанализаторами на промышленной основе, то есть регулярно в качестве важного элемента производственного процесса. 

Основные направления использования беспилотных систем с газоанализаторами

В процессе испытаний и эксплуатации специалисты “Газпрома” очертили круг целей и задач по применению беспилотников в газовой отрасли: 

• Поиск утечек 
• Уточнение расположения газопроводов и объектов на них 
• Контроль состояния охранных зон 
• Кадастровые работы – аэрофотосъемка местности для составления планов населенных пунктов при газификации
• Другие задачи. 

Сегодня помимо “Газпрома” такую схему используют и другие компании, причем не только из сектора нефтегаза. Например, беспилотные комплексы хорошо зарекомендовали себя в качестве инструмента экологического мониторинга. В ряде регионов РФ, а также за рубежом беспилотники с газоанализатором на борту используют для исследования заброшенных нефти и газа. Таким образом, отслеживаются выбросы метана в окружающую среду. А на основе полученных данных предпринимаются необходимые меры по сокращению выбросов или иные решения. 

Преимущества дронов для мониторинга трубопроводов и других объектов нефтегазового сектора

Разумеется, реальная практика применения беспилотников может отличаться деталями. Многие компании как в России, так и за рубежом заинтересованы в максимально эффективном применении новой техники. Промышленные дроны DJI оптимально приспособлены для решения комплексных задач и могут применяться не только для анализа утечек газа, но и для визуального и иного мониторинга объектов по добыче, переработке и транспортировке углеводородов или конкретного оборудования. Об этом мы уже не раз писали на страницах нашего блога. 

Наиболее интересны комплексные решения, когда промышленный дрон оснащается несколькими типами полезной нагрузки: камерой (визуальной или тепловизионной), газоанализатором (или лазерным сканером LiDAR). В этом случае компания экономит значительные ресурсы (затраты на эксплуатацию вертолета или автомобиля были бы в десятки раз выше) и получает возможность решать сразу несколько важных задач: вести съемку (визуальную, в тепловом или инфракрасном диапазоне), выявлять утечки газа, искать дефекты оборудования или незаконные врезки.

Задачи, решаемые беспилотными системами:

Практика применения беспилотников DJI с соответствующим оборудованием позволяет очертить примерный круг задач для промышленных беспилотных платформ с полезной нагрузкой: 

• Обследование и поиск утечек газа по всей длине трубопровода.
• Мониторинг состояния целостности трубопроводов и выявление нелегальных врезок для хищения топлива.
• Мониторинг с целью предотвращения чрезвычайных ситуаций: аварий и экологических катастроф.
• Мониторинг и оценка технического состояния объектов топливно-энергетического комплекса.
• Топографическая съемка для проектирования трубопровода и поддержание карты объекта в актуальном состоянии. 
• Мониторинг строительства трубопровода и выявление нарушений при строительстве.
• Экологический мониторинг в районе объектов.
• Мониторинг состояния почвы и рельефа в целом для предотвращения ущерба от обвалов грунта или других катастрофических природных явлений.

Преимущества беспилотников с полезной нагрузкой (камерой и/или газоанализатором)

• Комплексный подход к решению задач. Вы можете собирать информацию, выполнять мониторинг, составлять карты и обнаруживать утечки, используя беспилотник и подвесное оборудование для него. Делать это можно, комбинируя устройства (о том, как это сделать, читайте ниже). При этом беспилотники позволяют выполнять работу дистанционно, независимо от типа местности и снижать тем самым риск для людей. 
• Выполнение любого типа работ в труднодоступных районах, где работа людей вблизи объектов по тем или иным причинам существенно затруднена или невозможна. 
• Оперативность и скорость. Беспилотные комплексные решения от DJI и ее партнеров позволяют вам выполнить за короткое время весь цикл задач: от облета территории до анализа результатов. Чтобы принять срочное решение по жизненно важным вопросам не требуется ждать данные днями или даже неделями. 
• Очевидная экономия. О ней мы говорили выше на примере “Газпрома”. Любой беспилотник обходится намного дешевле в эксплуатации. Он меньше зависит от погоды или некоторых других внешних условий. Существенно ниже затраты и на персонал, включая этап обучения, а также затраты на человеческие ресурсы в целом.
• Минимум риска при максимальной эффективности. Внешний пилот и другие специалисты в команде остаются на земле, и их жизни не угрожает внезапное авиапроисшествие с дроном. Аппараты могут работать на очень малых высотах и вести съемку или выполнять другую работу с гарантией отличных результатов и точных данных. 

Современные беспилотные решения для обнаружения утечек и выполнения мониторинга с воздуха

Мы уже приводили выше примеры применения беспилотных решения для поиска утечек газа. До недавнего времени специалисты чаще использовали для таких задач, а также для мониторинга с воздуха тяжелые дроны DJI Matrice 600/600 Pro или промышленные квадрокоптеры серии Matrice 200. Эти модели до сих пор с успехом применяются многими компаниями. Однако в прошлом, 2020, году компания DJI представила самую лучшую версию своего промышленного коптера – DJI Matrice 300 RTK. Давайте посмотрим на некоторые комплексные решения, где задействован этот беспилотник. 

Решения на базе DJI Matrice 300 RTK

Промышленный квадрокоптер DJI Matrice 300 RTK, о котором мы уже писали в статье “Matrice 300 RTK – идеальный инструмент для проведения инспекций”, а также других статьях, является успешным развитием линейки промышленных дронов серии Matrice. Непосредственными предшественниками новой модели были БПЛА первого и второго поколения семейства Matrice 200. 

В обновленной модели изменились конструктивные решения, которые позволили улучшить полетные характеристики, сделать дрон еще более надежным и лучше приспособленным к неблагоприятным погодным и климатическим условиям. Кроме того, теперь одна модель по сути заменила сразу три модификации (ранее M200 выпускался в трех модификациях) и сделала беспилотник более гибким и универсальным с точки зрения эксплуатации. 

Дрон теперь еще больше готов к эксплуатации в суровых условиях, что весьма актуально для многих отечественных компаний нефтегазового сектора. Он может работать в более широком диапазоне температур, если сравнивать с предшественниками. Класс защиты корпуса с внутренними ключевыми модулями повысили до уровня IP45. Теперь дрону не страшны даже сильные осадки и мелкие частицы песка или пыли более 1 мм.

Почему M300 RTK оптимален для инспекций и поиска утечек на трубопроводах

Matrice 300 RTK активно тестировали различные компании, включая лидеров нефтяной и газовой отрасли, включая корпорацию Shell. Практика эксплуатации показала высокую эффективность, надежность и отличные полетные характеристики промышленной платформы. Среди преимуществ нового дрона стоит отметить следующие:

• Оператору (а точнее, двум, что позволяет система управления) доступны особые режимы автоматизированного мониторинга объектов с применением искусственного интеллекта. 
• Полетное время в 55 минут, которое на сегодня является самым большим среди промышленных дронов DJI
• Эффективная передача сигнала на расстоянии до 15 км.
• Обновленные аккумуляторы с функцией обогрева для работы в холодную погоду. 
• Три модуля крепления полезной нагрузки общим весом до 2,7 кг, что позволяет комбинировать оборудование и повышать эффективность эксплуатации БПЛА.

Давайте рассмотрим пример комплексного решения на базе Matrice 300 RTK. 

M300 RTK с подвесом Zenmuse H20T и газоанализатором U10

Как уже говорилось, конструкция М300 допускает одновременную установку сразу трех модулей подвесного оборудования: двух внизу и одного вверху. Наиболее интересным в данном ситуации выглядит установка двух модулей внизу – камеры и газоанализатора – для проведения проверок газо- и нефтепроводов, распределительных и компрессорных станций, а также других важных промышленных объектов, где есть угроза утечки газа. 

Вы можете выбрать вариант размещения на двух нижних креплениях камеры многофункциональной гибридной камеры Zenmuse H20 (оборудованной также тепловизором) и уникального легкого газоанализатора U10. Для обработки данных можно использовать программное обеспечение α-One. Важно, что оба модуля – камера и газоанализатор – крепятся на независимых подвесах с 3-осевой стабилизацией за счет работы бесколлекторных электродвигателей.

Какие задачи может решать комплекс?

Система, состоящая из M300 RTK, гибридной камеры Zenmuse H20 и газоанализатора U10 способна решать широкий круг задач. Среди них:

• Поиск и обнаружение утечек газа (метана) при концентрации в атмосфере от 5 ppm на расстоянии до 100 метров с передачей данных в реальном режиме времени.
• Мониторинг уровня концентрации газа в атмосфере в течение определенного времени.
• Поиск и выявление нелегальных врезок и утечек топлива с помощью гибридной камеры, оснащенной тепловизионным датчиком, причем даже в районах подземного пролегания трубопровода.
• Комплексная съемка и мониторинг объекта и прилегающей территории посредством широкоугольной камеры.
• Дистанционный мониторинг и диагностика состояния объектов энергетики посредством камеры, оборудованной оптическим зумом с 23-кратным масштабированием.

***

Предлагаемое решение не является единственным и не может быть догмой для профессионалов. Но если в ваши задачи входит поиск утечек газа и предотвращение инцидентов, вызванных этим процессом, то установка легкого газоанализатора на один из совместимых дронов DJI поможет эффективно и быстро добиться основной цели: безопасной и длительной эксплуатации объектов нефтегазовой или коммунальной инфраструктуры. Использование же других видов полезной нагрузки вместе с модулем для анализа газа будет целиком зависеть от вашего решения, специфики работы и конкретной ситуации.