長(zhǎng)輸管道打孔盜油氣監(jiān)檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及展望

劉文會(huì)，張 豐，王 軍，滕延平，邵 建，劉振斌，張 鑫，劉兵兵，馬宏宇

(1.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道公司 管道科技研究中心，河北 廊坊 065000；2.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道公司 北京(呼和浩特)輸油氣分公司，呼和浩特 010000；3.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道公司，河北 廊坊 065000；4.國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北方管道公司 山東輸油有限公司，山東 日照 276800)

打孔盜油氣是國(guó)內(nèi)管道運(yùn)營(yíng)企業(yè)面臨的突出的安全風(fēng)險(xiǎn)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)近10年公開(kāi)報(bào)道的管道安全事故，外部風(fēng)險(xiǎn)因素是引起管道事故的主要原因，其中人為影響(偷盜油氣)引起的事故占10%[1]。打孔盜油問(wèn)題給管道企業(yè)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)主要有以下3個(gè)方面[2-3]：①打孔盜油給管道企業(yè)帶來(lái)了嚴(yán)重安全隱患。盜油分子實(shí)施盜油焊接作業(yè)往往時(shí)間倉(cāng)促，焊接質(zhì)量低下，很容易發(fā)生油氣泄漏事故，導(dǎo)致嚴(yán)重環(huán)保事件。②打孔盜油事件可導(dǎo)致重大直接經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，某公司已經(jīng)發(fā)生打孔盜油事件上萬(wàn)次，直接經(jīng)濟(jì)損失巨大。③打孔盜油事件可導(dǎo)致管道運(yùn)營(yíng)公司面臨巨大社會(huì)輿論壓力，產(chǎn)生惡劣社會(huì)影響。

近年來(lái)，各管道運(yùn)行企業(yè)對(duì)打孔盜油氣的預(yù)防與檢測(cè)開(kāi)展了大量的監(jiān)檢測(cè)技術(shù)研究，目前主要的監(jiān)檢測(cè)技術(shù)有管道安全預(yù)警技術(shù)和管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)，它們是保障管道安全運(yùn)行、降低管道泄漏損失和后果的重要監(jiān)檢測(cè)。此外，利用管道內(nèi)檢測(cè)或者外檢測(cè)技術(shù)也可以對(duì)打孔盜油進(jìn)行識(shí)別。然而，各類(lèi)技防措施在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中均存在技術(shù)局限性。本文對(duì)目前國(guó)內(nèi)已有的打孔盜油氣監(jiān)檢測(cè)技術(shù)的技術(shù)原理及在生產(chǎn)時(shí)間中應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了綜述，并進(jìn)行了技術(shù)展望。

1 打孔盜油氣類(lèi)型

常見(jiàn)的打孔盜油氣作業(yè)方式主要有焊接式、抱箍式、鋼釬式和粘接式[2-3]。

1)焊接式。焊接式盜油閥是目前最為常見(jiàn)的盜油方式，盜油分子在挖開(kāi)的管道上面直接焊接一短管，短管帶有螺紋，通過(guò)螺紋連接安裝一個(gè)長(zhǎng)度小于20 cm的鉆孔控制閥，然后打盜油孔，盜油分子根據(jù)需要的長(zhǎng)短，在鉆孔控制閥門(mén)上裝上一定長(zhǎng)度的管子，管子末端再裝一個(gè)放油控制閥。此種盜油裝置安裝兩個(gè)閥門(mén)，鉆孔控制閥通常打開(kāi)，盜油分子通過(guò)操作放油控制閥來(lái)盜取原油。

2)抱箍式。盜油分子一般用較大規(guī)格的扁鋼(一般寬12～300 mm)，做成環(huán)形管卡狀盜油裝置，扁鋼上焊接短節(jié)，短節(jié)上帶有螺紋，螺紋連接安裝上盜油閥門(mén)，利用鉛塊容易擠壓變形的特點(diǎn)作為密封，通過(guò)擰緊環(huán)形管卡狀裝置兩端的螺絲，使盜油裝置嚴(yán)密貼合在管道上，然后打孔盜油。

3)鋼釬式。盜油分子用較粗(一般為DN 32 mm左右)有一定長(zhǎng)度的無(wú)縫鋼管制成一釬頭帶錐度的鋼釬，在錐頭側(cè)面開(kāi)孔，在釬尾安裝一旁通閥。盜油分子通過(guò)用特制鉆頭在管道上開(kāi)一未穿透孔，再通過(guò)機(jī)械外力將鋼釬打人管道，進(jìn)行盜油。

4)粘接式。盜油分子把盜油閥通過(guò)墊板直接粘接在管道上，再開(kāi)孔盜油。

2 監(jiān)檢測(cè)技術(shù)

目前，對(duì)油氣管道打孔盜油氣的檢測(cè)與識(shí)別監(jiān)檢測(cè)技術(shù)有管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、管道光纖預(yù)警系統(tǒng)、管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)、外檢測(cè)技術(shù)等。

2.1 管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是目前打孔盜油氣識(shí)別的主要技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)油氣管道正在使用的泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[4]主要為負(fù)壓波法、音波法和流量平衡法，以及這3種方法的復(fù)合方法。其中負(fù)壓波法的技術(shù)原理[5]是采集管道沿線各站場(chǎng)和閥室的壓力、流量等管道運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)監(jiān)測(cè)管道泄漏所產(chǎn)生的負(fù)壓波和流量輸差進(jìn)行管道泄漏事件的識(shí)別和定位。負(fù)壓波檢漏定位原理如圖1所示[6]。

圖1 負(fù)壓波檢漏定位原理

圖1中，X為泄漏點(diǎn)至首端距離，m；L為管道長(zhǎng)度，m；a為負(fù)壓波在管道中的傳播速度，m/s；t1為負(fù)壓波到達(dá)首端的時(shí)刻；t2為負(fù)壓波到達(dá)末端的時(shí)刻。

管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)成為輸油管道重要的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)識(shí)別定位出管道油氣泄漏時(shí)間和泄漏的大體位置，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)排查確定是否為打孔盜油。但對(duì)于打孔盜油等泄漏量小很小的情況，該系統(tǒng)的預(yù)警和定位存在一定的誤差，存在漏報(bào)或者誤報(bào)。

2.2 管道光纖預(yù)警系統(tǒng)

管道光纖預(yù)警系統(tǒng)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)，其技術(shù)原理[7]是利用與管道同溝敷設(shè)的通信光纜中的光纖作為分布式振動(dòng)傳感器，監(jiān)測(cè)管道伴行光纜沿線的振動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)第三方施工或人為破壞等管道安全的威脅事件的識(shí)別和定位。光纖預(yù)警系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

圖2 光纖預(yù)警系統(tǒng)工作原理

管道光纖預(yù)警系統(tǒng)在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中可實(shí)時(shí)對(duì)第三方施工或人為破壞等管道安全的威脅事件的識(shí)別和定位，能夠?qū)Υ蚩妆I油氣不法作業(yè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。但受外部干擾較多，漏報(bào)警、誤報(bào)警率高。此外，對(duì)于早期建設(shè)的部分沒(méi)有光纖的管道，該技術(shù)無(wú)法應(yīng)用。

2.3 管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)

管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)[8]主要有漏磁檢測(cè)、超聲測(cè)厚檢測(cè)、超聲裂紋檢測(cè)、幾何檢測(cè)、中心線檢測(cè)(inertial measurement unit，IMU)等。管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)識(shí)別打孔盜油閥門(mén)的原理是，通過(guò)內(nèi)檢測(cè)器檢測(cè)安裝盜油閥門(mén)時(shí)在管壁上形成的孔洞或者外接支管情況來(lái)識(shí)別盜油閥門(mén)。管道內(nèi)檢測(cè)器裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示[9]。

圖3 管道內(nèi)檢測(cè)器裝置結(jié)構(gòu)

管道內(nèi)檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中可以識(shí)別管道上已經(jīng)存在的打孔盜油閥門(mén)或者支管等設(shè)施，但識(shí)別時(shí)效性較差?！队蜌廨斔凸艿劳暾怨芾硪?guī)范》(GB 32167—2015)[10]規(guī)定內(nèi)檢測(cè)時(shí)間間隔需要根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和上次完整性評(píng)價(jià)結(jié)果綜合確定，實(shí)際生產(chǎn)中管道內(nèi)檢測(cè)間隔期約為5～8年。所以內(nèi)檢測(cè)技術(shù)不能實(shí)時(shí)地發(fā)現(xiàn)管道打孔盜油作業(yè)。此外一些管道由于輸量或者管道內(nèi)部環(huán)境因素，導(dǎo)致不能開(kāi)展內(nèi)檢測(cè)。2018年中石油管道公司研制成功打孔盜油專(zhuān)用檢測(cè)器，并在日東原油管道線上進(jìn)行了試用，應(yīng)用效果較好。相較于常規(guī)內(nèi)檢測(cè)，打孔盜油專(zhuān)用檢測(cè)器的檢測(cè)周期有所縮短，但也存在檢測(cè)時(shí)效性和識(shí)別精度的問(wèn)題。

2.4 管道外檢測(cè)技術(shù)

常用的管道外檢測(cè)技術(shù)[11]有皮爾遜測(cè)試法(Pearson)、多頻管中電流法(PCM)、直流電位梯度法(DCVG)、標(biāo)準(zhǔn)管地電位測(cè)試技術(shù)(P/S)、密間隔電位測(cè)試法(CIPS/CIS)等。管道外檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)打孔盜油閥門(mén)的技術(shù)原理是采用管道防腐層檢漏設(shè)備(PCM)檢測(cè)出管道上的外接金屬物的位置及方向，結(jié)合開(kāi)挖驗(yàn)證，找出打孔盜油設(shè)施。PCM設(shè)備檢測(cè)系統(tǒng)示意圖如圖4所示[12]。

圖4 PCM檢測(cè)系統(tǒng)示意圖

在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，管道外檢測(cè)技術(shù)可檢測(cè)出管道上的外接金屬物，結(jié)合開(kāi)挖驗(yàn)證，能夠識(shí)別打孔盜油點(diǎn)。但該方法僅限于識(shí)別外接支管為金屬管道類(lèi)型的打孔盜油氣設(shè)施識(shí)別，對(duì)于黏結(jié)的非金屬管道無(wú)法檢出。此外，外檢測(cè)作業(yè)一般檢測(cè)周期為3年，也存在因檢測(cè)周期導(dǎo)致檢測(cè)時(shí)效性差的問(wèn)題。

3 技術(shù)展望

隨著智慧管網(wǎng)、智能管道的建設(shè)，長(zhǎng)輸管道打孔盜油氣監(jiān)檢測(cè)技術(shù)出現(xiàn)了新的研究方向。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1 視頻監(jiān)控識(shí)別系統(tǒng)

基于對(duì)管道上方第三方活動(dòng)破壞的監(jiān)測(cè)報(bào)警，目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)在管道上進(jìn)行了安裝應(yīng)用，尤其是在管道高后果區(qū)，并呈現(xiàn)逐漸增多的態(tài)勢(shì)。隨著人工智能在各個(gè)行業(yè)的發(fā)展，目前人工智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)管道狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，可同步識(shí)別出監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的管道的第三方破壞事件，包括對(duì)打孔盜油不法作業(yè)的實(shí)時(shí)識(shí)別和報(bào)警。但是，受限于視頻監(jiān)控設(shè)施的監(jiān)控范圍以及識(shí)別報(bào)警算法的精度，視頻監(jiān)控系統(tǒng)識(shí)別打孔盜油不法行為報(bào)警準(zhǔn)確率還有待進(jìn)一步提升。

3.2 無(wú)人機(jī)巡護(hù)

目前無(wú)人機(jī)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)播種、快遞投運(yùn)等多個(gè)行業(yè)開(kāi)展了廣泛應(yīng)用。對(duì)于一些處于地形復(fù)雜的無(wú)人區(qū)、原始森林、山川等地域的管道安全管理，可使用無(wú)人機(jī)進(jìn)行巡護(hù)。通過(guò)對(duì)管道路由的監(jiān)測(cè)識(shí)別，可以發(fā)現(xiàn)管道上方的第三方作業(yè)情況，包括實(shí)時(shí)識(shí)別正在進(jìn)行的打孔盜油不法行為以及通過(guò)分析管道路由地形地貌變化、土壤油氣跡象等識(shí)別出疑似打孔盜油作業(yè)。但由于無(wú)人機(jī)自身的續(xù)航里程以及識(shí)別分析算法的不成熟，無(wú)人機(jī)巡護(hù)識(shí)別打孔盜油行為技術(shù)還需要進(jìn)一步地技術(shù)研發(fā)。

此外，通過(guò)對(duì)焊接作業(yè)期間管道電位的變化分析研究，提出可以通過(guò)監(jiān)測(cè)分析管道電位的變化來(lái)識(shí)別打孔盜油焊接作業(yè)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明該技術(shù)可及時(shí)識(shí)別和報(bào)警出焊接類(lèi)打孔盜油氣作業(yè)。隨著智能化管道建設(shè)，智能測(cè)試樁將在管道陰極保護(hù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，通過(guò)智能測(cè)試樁監(jiān)測(cè)分析管道電位的變化，結(jié)合打孔盜油焊接識(shí)別算法，可以及時(shí)識(shí)別報(bào)警出管道上的打孔盜油氣不法作業(yè)，保障管道安全高效運(yùn)行。