方案总则

1.1 方案背景

天然气场站（含门站、调压站、储配站、输气管道隧道等）是天然气输送、存储、调压的核心枢纽，场内设备密集，涵盖管道、调压装置、压缩机、阀门、计量仪表、储罐等关键设施，且长期处于高压、易燃易爆、易泄漏的危险工况下，其运行状态直接关系到天然气输送安全、周边环境安全及人员生命财产安全。传统人工巡检模式需运维人员进入爆炸危险区域作业，不仅面临天然气泄漏、爆炸、中毒等安全风险，且巡检质量易受经验、疲劳、环境干扰等主观因素影响，数据一致性差，难以实现场站 7×24 小时全方位、无死角监测，无法及时捕捉设备早期泄漏、部件老化、温度异常等隐患，易导致小故障演变为重大安全事故，造成严重的经济损失和社会影响。

当前业界尝试的轮式、四足仿生机器人及无人机巡检方案均存在明显瓶颈：轮式机器人受场站地面管道、阀门、线缆等障碍物影响，通行灵活性不足，且难以满足防爆要求；四足机器人能耗高、维护成本高，与场站狭小空间（如调压室、阀室）适配性差；无人机在密闭空间（如管道隧道、储罐区防护棚）内受空间约束，难以实现稳定悬停与自主导航，且无法满足防爆标准。在此背景下，防爆挂轨式巡检方案凭借空间利用高效、运行稳定可靠、防爆性能达标等优势，成为天然气场站智能巡检的主流技术方向，可有效突破传统巡检瓶颈，替代人工进入危险区域作业，实现天然气场站巡检的无人化、智能化、安全化升级，契合天然气行业安全运维的核心需求。

1.2 方案目标

1. 安全目标：严格遵循天然气防爆安全规范，替代人工进入爆炸危险区域巡检，杜绝因人工巡检操作不当、违规作业引发的天然气泄漏、爆炸、中毒等安全事故，保障运维人员人身安全与场站设备、周边环境安全，确保巡检过程零安全隐患。
2. 效率目标：实现天然气场站 7×24 小时不间断巡检，覆盖所有爆炸危险区域及关键设备，单次巡检耗时较人工巡检缩短 70% 以上，巡检频次提升至每日 2-4 次，确保隐患早发现、早处置，避免事故扩大。
3. 精度目标：通过防爆型多模态传感器融合与 AI 智能识别技术，实现天然气泄漏、设备温度、振动、外观缺陷、仪表读数等参数的精准采集，天然气泄漏检测，红外测温，仪表识别率≥98%，定位精度 ±2mm，确保巡检数据真实、准确、可追溯，满足天然气行业运维标准。

1.3 适用范围

本方案适用于陆上各类天然气场站（含门站、调压站、储配站、阀室）及输气管道隧道的智能巡检，涵盖场站内部调压装置、压缩机、天然气储罐、输气管道、阀门、计量仪表、控制柜、泄漏检测装置等核心设备，以及爆炸危险区域、密闭空间的环境监测，可适配不同规模、不同布局的天然气场站结构，同时兼容现有天然气场站智慧运维平台，满足《燃气工程项目规范》对场站安全巡检的相关要求。

1.4 编制依据

1. 《燃气工程项目规范》（GB55009-2021）
2. 《爆炸性环境 第 1 部分：设备 通用要求》（GB 3836.1-2010）
3. 《爆炸性环境 第 2 部分：由隔爆外壳 “d” 保护的设备》（GB 3836.2-2010）
4. 《天然气场站运行安全规范》（SY/T 6838-2020）
5. 《电力设备红外诊断应用规范》（DL/T 664-2016）
6. 天然气场站设备制造商提供的设备技术手册、巡检规范
7. 防爆挂轨机器人产品技术参数及行业相关防爆标准

二、系统总体设计

2.1 设计原则

1. 防爆优先原则：严格遵循二类防爆标准，所有设备均采用防爆设计，整机防爆等级不低于 Ex db lIC T6 Gb，防护等级不低于 IP65，确保在天然气爆炸危险区域安全运行，杜绝产生任何点火源，契合天然气场站防爆要求。
2. 实用性原则：贴合天然气场站高压、易燃易爆、空间狭小、设备密集等特殊工况，优先选用成熟、稳定的防爆技术与产品，适配场站管道、阀门、储罐等设备布局，确保方案可落地、易实施，满足实际巡检需求。
3. 可靠性原则：系统各组件具备抗振动、抗电磁干扰、宽温适应能力，防爆挂轨机器人可在 该环境下稳定运行，故障率低，维护成本可控。
4. 智能化原则：集成 AI 智能识别、自主导航、自动充电、数据智能分析等功能，减少人工干预，实现巡检任务自主执行、天然气泄漏等异常自动告警、报告自动生成，提升巡检智能化水平。
5. 可扩展性原则：采用模块化设计，支持防爆传感器、通信模块的灵活升级与扩展，可根据巡检需求新增天然气泄漏检测、静电检测等项目，同时兼容天然气场站现有监控平台，实现数据互联互通。
6. 经济性原则：在满足防爆要求、巡检精度与效率的前提下，优化系统配置，降低设备采购、安装、运维成本，提升方案的性价比，实现长期运维降本增效。

2.2 系统架构

天然气防爆挂轨机器人巡检系统采用 “三层架构” 设计，分别为巡检执行层、数据传输层、远程管理层，各层协同工作，兼顾防爆安全与智能化管控，实现天然气场站巡检的全流程安全、高效、智能管控，具体架构如下：

2.2.1 巡检执行层

作为系统的核心执行单元，负责现场巡检数据采集与任务执行，所有组件均满足防爆要求，主要包括防爆挂轨机器人本体、防爆轨道及安装支架两部分：

1. 防爆挂轨机器人本体：采用吊轨式悬挂结构，紧凑轻量化设计，体积小巧，可灵活穿行于场站狭窄区域（如调压室、阀室、管道间隙），搭载防爆型多模态传感器模组、自主导航模块、自动充电模块等，具备自主行走、停障感知、数据采集、防爆密封等核心功能，整机满足 Ex db lIC T6 Gb 防爆等级及 IP65防护等级，可在爆炸危险区域安全运行。防爆轨道及安装支架：通过防爆专用支架固定于场站顶部或设备周边，轨道走向沿场站设备布局、管道分布方向铺设，环绕关键设备（如储罐、调压装置）布置，充分利用场站空间，不占用地面通道，避免与地面管道、阀门等设备干涉；轨道采用高强度防爆铝合金材质，具备抗振动、耐腐蚀、防静电特性，可根据场站布局灵活规划走向。

2.2.2 数据传输层

负责巡检数据的实时传输与指令下发，搭建防爆型无线 传输链路，确保数据传输稳定、高效、安全，同时满足防爆要求。

1. 场站与中控室传输：通过防爆光纤或防爆 4G/5G 专网，将场站内部采集的巡检数据、视频画面传输至天然气场站中控室，同时将中控室下发的巡检指令传输至机器人本体，确保远程操控的实时性，传输链路做防爆、防静电处理，符合天然气场站安全规范。

2.2.3 远程管理层

负责巡检任务调度、数据管理、异常告警与远程操控，部署远程控制与数据管理平台，实现 “无人化” 巡检管控，同时具备数据追溯、报表生成等功能，满足天然气场站安全管理要求：

1. 任务调度：支持周期性自动巡检、手动临时巡检、专项巡检（如天然气泄漏专项巡检、设备高温专项巡检）等多种模式，可灵活设置巡检区域、巡检路线、巡检频次、重点关注设备（如储罐、调压阀）等参数，适配不同场景巡检需求。
2. 实时监控：三维可视化呈现场站布局、机器人位置及运行状态，实时显示机器人运行参数、巡检视频画面、传感器数据（如天然气浓度、设备温度），支持远程操控机器人调整姿态、聚焦重点区域，实现远程可视化巡检，减少人员进入危险区域。
3. 数据管理：对巡检数据进行分类存储、备份与分析，生成结构化巡检报告，支持 Excel/Word 导出，历史数据可追溯，助力设备健康度评估、安全隐患排查，为场站安全管控提供数据支撑。
4. 异常告警：当检测到天然气泄漏、设备温度超标、振动异常、部件破损等情况时，系统立即触发相应级别告警（一般、严重、紧急），通过声音、平台消息等方式推送至运维人员，包含异常位置、异常类型、异常数据等关键信息，便于运维人员快速处置，同时联动场站应急系统，提升应急响应效率。

三、核心设备配置与技术参数

3.1 防爆挂轨机器人本体

选用专为天然气场站爆炸危险区域设计的工业级防爆挂轨机器人，采用模块化设计。

3.2 防爆传感器模组（核心配置）

采用多模态防爆传感器融合设计，贴合天然气场站易燃易爆工况，实现设备全方位、多维度巡检，核心传感器配置如下，所有传感器均满足 ExdbIIBT4Gb 防爆等级及 IP65防护等级，确保在爆炸危险区域安全运行：

1. 防爆天然气泄漏传感器：可精准检测天然气泄漏情况，实时输出泄漏浓度数据，当浓度超出安全阈值时，立即触发告警，为泄漏处置争取时间，适配场站管道接口、阀门、储罐等易泄漏点位检测。
2. 防爆可见光高清摄像头：支持 AI 图像识别，具备防爆密封设计，可清晰捕捉设备外观缺陷（如螺栓松动、部件破损、阀门开关状态异常、管道腐蚀）、仪表读数等，表计识别率≥98%，可替代人工目视巡检，减少人员进入危险区域。
3. 防爆红外热成像仪：测温精度 ±2℃，具备防爆、防静电设计，可检测电气接头、压缩机、调压装置等部件的过热缺陷，及时预警设备故障，避免因过热引发火灾、爆炸等隐患。

3.3 防爆轨道及安装支架

1. 轨道材质：高强度防爆铝合金，截面尺寸根据机器人重量定制，具备抗腐蚀、抗振动、特性。
2. 轨道布局：沿场站顶部或设备周边铺设主轨道，关键设备（如储罐、调压装置、管道接口）周边铺设分支轨道，长距离巡检场景（如输气管道隧道）采用轨道设计，加强轨道承重刚性，确保机器人运行更稳定，同时确保机器人可覆盖所有巡检点位，无巡检死角。
3. 安装支架：采用不锈钢/铝材质，通过膨胀螺栓固定于场站顶部钢结构或设备支架上，安装牢固，可承受机器人重量及场站振动冲击，不破坏场站原有结构，杜绝安全隐患；安装过程中严格遵循防爆规范。

3.4 远程控制与数据管理平台

平台支持 Windows 操作系统，具备防爆数据交互能力，核心功能如下，同时兼容天然气场站现有智慧运维平台，实现数据互联互通：

1. 任务管理：支持巡检任务的创建、编辑、删除、下发，可设置周期性巡检（如每日 2 次、每周 1 次），支持优先级设置，可针对重点设备（如储罐、调压阀）设置高频巡检频次，适配不同巡检需求。
2. 实时监控：三维可视化呈现场站布局、机器人位置及运行状态，实时预览巡检视频，可远程操控机器人调整行走速度、摄像头角度，实现远程可视化巡检，运维人员无需进入危险区域即可完成巡检工作。
3. 数据处理：自动对采集的图像、温度、天然气浓度等数据进行智能化分析，通过 AI 算法识别设备外观缺陷、天然气泄漏、温度超标、振动异常等问题，与预设标准进行对比，判断设备运行状态，生成设备健康评估报告。
4. 异常告警：支持多级告警（一般、严重、紧急），可根据天然气场站安全规范设置告警阈值，告警信息实时推送（声音、平台消息），支持告警记录查询与处理反馈，形成 “告警 - 处置 - 复检 - 归档” 的运维闭环，提升隐患处置效率。
5. 系统管理：支持用户权限管理（管理员、运维人员、查看人员），可记录机器人运行日志、巡检日志，确保巡检数据不丢失，满足天然气场站安全管理与数据追溯需求。

四、巡检实施流程

本方案采用 “自主巡检 + 远程监控 + 闭环运维” 的实施模式，全流程自动化程度高，减少人工干预，严格遵循天然气场站防爆安全规范，确保巡检过程安全、高效，具体实施流程如下：

4.1 巡检准备阶段

1. 设备调试：完成防爆挂轨机器人、轨道、传感器、通信模块的安装与调试，确保机器人行走平稳、传感器数据采集准确、通信链路畅通。
2. 任务配置：通过远程管理平台创建巡检任务，设置巡检区域、巡检路线、巡检频次、重点关注设备及告警阈值，确认任务参数无误后下发至机器人。
3. 状态检查：巡检前通过平台检查机器人电量、传感器状态、轨道无障碍物，确认场站设备处于正常运行状态，检查通信链路、告警系统正常，确保巡检过程安全可控。

4.2 自主巡检阶段

1. 任务执行：机器人接收任务指令后，沿预设轨道自主行走，按照标定点位依次完成巡检，遇障碍自动停止、报警，避免碰撞设备引发安全隐患。
2. 数据采集：到达每个巡检点位后，机器人调整摄像头角度，通过多模态传感器同步采集设备外观图像、天然气浓度、设备温度、声音等数据，同时记录巡检时间、位置信息，确保巡检数据可追溯。
3. 实时回传：采集的数据实时通过通信链路传输至远程管理平台，视频画面同步回传，运维人员可实时监控巡检过程，发现天然气泄漏、设备异常等情况可立即介入操控，远程调整机器人姿态，聚焦异常区域，获取更详细的异常数据。
4. 自动充电：当机器人电量低于 20% 时，自动返回预设防爆充电点位进行充电，充电过程中做好防爆、防静电处理，充电完成后继续执行未完成的巡检任务，确保巡检连续性，长距离巡检场景可通过中途充电点位补充电量，保障巡检全覆盖。

4.3 数据处理与告警阶段

1. 数据分析：远程管理平台对采集的巡检数据进行智能化分析，通过 AI 算法识别设备外观缺陷、天然气泄漏、温度超标、振动异常等问题，与预设标准进行对比，判断设备运行状态，生成设备健康度评估结果。
2. 异常告警：当检测到天然气浓度超出安全阈值、设备温度超标时，系统立即触发相应级别告警，推送告警信息至运维人员，包含异常位置、异常类型、异常数据、异常图像等关键信息，便于运维人员快速判断隐患严重程度，制定处置方案。

4.4 运维闭环阶段

1. 异常处置：运维人员接到告警信息后，根据异常类型、严重程度制定处置方案，安排人员进入现场检修（必要时停机、切断气源），记录处置过程与结果，确保隐患彻底消除。
2. 数据归档：将巡检数据、异常处置记录、复检报告等存储，形成设备运维档案，为后续预测性维护、设备寿命评估、安全隐患排查提供数据支撑，推动场站运维向精细化、智能化转型。

五、安装与调试方案

5.1 安装前期准备

1. 现场勘察：对天然气场站内部结构、设备布局、空间尺寸、爆炸危险区域划分进行详细勘察，确定轨道铺设路线、机器人安装位置、充电点位及通信模块部署位置，绘制安装图纸，确保安装方案贴合场站实际工况，符合防爆安全规范。
2. 设备清点：清点防爆挂轨机器人、轨道、安装支架、传感器、通信模块等所有设备及配件，确认设备完好、数量齐全，防爆等级、防护等级符合要求，设备参数与方案一致。

5.2 现场安装流程

1. 轨道安装：按照安装图纸，先固定安装支架，调整轨道平整度与直线度，确保机器人行走顺畅，轨道接口处无卡顿。
2. 机器人安装：将防爆挂轨机器人安装在轨道上，调整机器人悬挂高度与水平度，检查机器人行走机构与轨道的贴合度，确保行走灵活、无松动。
3. 充电装置安装：在预设充电点位安装防爆自动充电装置，确保机器人可精准对接充电，测试充电功能正常。

5.3 系统调试

1. 硬件调试：测试机器人行走功能，检查行走速度、转向、避障功能是否正常，确保机器人可沿预设轨道平稳行走，避障响应及时；测试各类防爆传感器数据采集功能，确保天然气浓度、温度等数据采集准确，传感器响应正常；测试通信链路，确保数据传输稳定、无丢失，视频画面清晰；测试自动充电功能，确保机器人可精准对接充电，充电过程安全、高效。
2. 软件调试：调试远程管理平台，测试任务调度、实时监控、数据处理、异常告警等功能，确保平台可正常下发巡检任务，实时接收巡检数据，准确识别异常并触发告警；调试 AI 智能识别算法，确保设备缺陷、天然气泄漏等异常识别准确，仪表读数识别率达标；测试平台与机器人、场站现有智慧运维平台的兼容性，实现数据互联互通。
3. 试运行调试：系统调试完成后，进行 24小时不间断试运行，模拟实际巡检场景，记录机器人运行状态、数据采集情况、告警响应情况，排查运行过程中出现的问题，及时优化调整，确保系统运行稳定、可靠，满足实际巡检需求。