長(zhǎng)輸成品油管道水上溢油攔截技術(shù)

燕朝果　鄒紹維

摘要：長(zhǎng)輸成品油管道穿越河流水域鋪設(shè)過(guò)程中，受周圍復(fù)雜水環(huán)境條件的影響往往會(huì)有較大的溢油風(fēng)險(xiǎn)，為提高成品油管道水上溢油攔截能力，引入新型溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保管道泄漏時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并科學(xué)處置溢油，減少事故對(duì)環(huán)境造成的破壞，進(jìn)一步提高管道企業(yè)水域應(yīng)急處置能力和突發(fā)環(huán)境事件的響應(yīng)速度。

關(guān)鍵詞：成品油管道;水上;溢油;監(jiān)測(cè)攔截技術(shù)

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)張，成品油管道的需求快速增長(zhǎng)，但是目前煉廠在我國(guó)的分布不能滿足對(duì)成品油的高需求，成品油管道的鋪設(shè)里程和覆蓋范圍也逐年增多，成品油管道穿越長(zhǎng)江、黃河等諸多水系，存在著較大的溢油風(fēng)險(xiǎn)，溢油污染對(duì)河流水域、水體生物等均存在一定的損害，包括因油的化學(xué)成份引起的毒害性和物理性質(zhì)引起的污染和室息，在海洋石油的開(kāi)采過(guò)程中，鉆井和采油平臺(tái)井噴、平臺(tái)火災(zāi)、海底輸油管線破裂、油輪碰撞擱淺等情況也時(shí)有發(fā)生，沿海煉油廠及其它石油工業(yè)排放的含油污水亦會(huì)污染附近海域。世界范圍內(nèi)發(fā)生了許多涉及石油泄漏的嚴(yán)重事故。數(shù)百萬(wàn)噸的石油泄漏到海洋、湖泊和河流中，不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且給周圍的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了近乎毀滅性的災(zāi)難。油品污染也成為威脅世界生態(tài)系統(tǒng)的主要因素，油品泄漏后，在液體表面張力的影響下，油會(huì)在水面上迅速擴(kuò)散。成品油對(duì)水體質(zhì)量的影響體現(xiàn)在：①其成分具有一定的化學(xué)毒性;②具有干擾生物的物理作用。物理效應(yīng)主要是破壞水生生物的正常生存環(huán)境。一般來(lái)說(shuō)，油的密度比水低，在水中的溶解度小，因此容易覆蓋。水面上形成的薄膜層一方面阻礙了水中氧氣的溶解和交換。另一方面，由于油膜的生物降解和自身氧化，溶解在水中的氧氣被大量消耗，導(dǎo)致水體缺氧;敏感地區(qū)將嚴(yán)重威脅沿線流域的人類群體生命、生態(tài)環(huán)境和水系生物以及旅游資源。此外，溢油造成的生態(tài)破壞和負(fù)面影響，在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法消除。我國(guó)成品油管道發(fā)展年限短，對(duì)河流溢油應(yīng)急響應(yīng)經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)泄漏過(guò)程沒(méi)有深入研究，應(yīng)急響應(yīng)技術(shù)、設(shè)備和技能相對(duì)薄弱，特別是在泄漏檢測(cè)、監(jiān)測(cè)技能和應(yīng)急預(yù)案方面針對(duì)性不強(qiáng)。結(jié)合近年來(lái)發(fā)生的河流溢油事故處理經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備的基礎(chǔ)上，實(shí)施了一套新型的溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并能及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行早期預(yù)警。

1水上溢油攔截技術(shù)

管道壓力波動(dòng)檢測(cè)和人工現(xiàn)場(chǎng)巡線是發(fā)現(xiàn)成品管道泄漏油品的最重要方法，但這兩種方法對(duì)及時(shí)、及早發(fā)現(xiàn)泄漏影響不大。第一，即使壓力表的精度和重復(fù)性要求非常高，小泄漏引起的管道壓力波動(dòng)也不明顯，很難通過(guò)壓力監(jiān)測(cè)判斷是否發(fā)生泄漏;二是泄漏油品隨水流漂移，管區(qū)難以判斷是否有泄漏。根據(jù)成品油接頭段的泄漏油品特點(diǎn)和目前的技術(shù)現(xiàn)狀，結(jié)合輸油管道的實(shí)際情況，提出在基準(zhǔn)監(jiān)測(cè)模式下選擇溢油監(jiān)測(cè)技術(shù)，以檢測(cè)成品油泄漏。

1.1定點(diǎn)監(jiān)測(cè)模式

定點(diǎn)監(jiān)測(cè)法是指將油污傳感器緊固在檢測(cè)水域內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法。可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)在線監(jiān)控，自動(dòng)報(bào)警。同時(shí)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)軟件相連，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警和數(shù)據(jù)及圖像的采集與傳輸以及其他功能。油污傳感器的固定結(jié)構(gòu)需要根據(jù)水環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，可以是碼頭、橋梁、浮筒或自制固定架。

1.2系統(tǒng)構(gòu)成

溢油監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)分為硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)兩部分。硬件設(shè)備包括油污監(jiān)測(cè)儀、數(shù)據(jù)處理器、聲光報(bào)警器、監(jiān)控?cái)z像頭等，軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和通訊傳輸。該系統(tǒng)采用分布式控制結(jié)構(gòu)，具有安裝靈活、通用性強(qiáng)、測(cè)量數(shù)據(jù)靈敏度高等特點(diǎn)。LED紫外線溢油監(jiān)測(cè)儀是該系統(tǒng)的中央監(jiān)控設(shè)備，它是一種集成了LED光源和檢測(cè)器的非接觸式油液監(jiān)測(cè)設(shè)備，測(cè)量靈敏度監(jiān)測(cè)的油膜厚度僅為10μm，同時(shí)具有良好的通訊交互功能，可直接與PLC或PC機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)有線和無(wú)線通訊。設(shè)備的安裝高度在水面以上約0.2-3米處，可安裝在近海、淺海、海洋、河流、開(kāi)闊水域等環(huán)境，也可安裝在海上石油鉆井平臺(tái)、碼頭、大型罐區(qū)和煉油廠等制造區(qū)域。攔截水上溢油技術(shù)的特點(diǎn)是，在系統(tǒng)可能泄漏并造成污染的地區(qū)，終端與監(jiān)控中心之間的通信鏈路，及時(shí)向監(jiān)控中心傳輸監(jiān)控信息數(shù)據(jù)。監(jiān)控中心安裝河流電子地圖顯示系統(tǒng)，系統(tǒng)與終端相連，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)控的區(qū)域在系統(tǒng)上適當(dāng)顯示。監(jiān)測(cè)人員可以隨時(shí)查看各監(jiān)測(cè)器的實(shí)時(shí)狀態(tài)，如果出現(xiàn)泄漏油品超過(guò)設(shè)定的限值，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)三重報(bào)警。一是現(xiàn)場(chǎng)安裝聲光報(bào)警器;二是在監(jiān)控中心的電子流程圖上觸發(fā)報(bào)警;二是在移動(dòng)便攜式通信設(shè)備上發(fā)送溢油警報(bào)信息。分布式安裝油污監(jiān)測(cè)報(bào)警終端，集合油污監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理融合油污監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不受天氣影響的水體油污實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和報(bào)警監(jiān)控區(qū)域。

2溢油監(jiān)測(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1國(guó)內(nèi)三大石油公司溢油監(jiān)測(cè)手段

中國(guó)石油投資建造了“中油應(yīng)急101”多功能工作船裝備有“荷蘭SEADARQ雷達(dá)溢油監(jiān)視系統(tǒng)”。中海油在天津塘沽、遼寧綏中、山東龍口、廣東惠州、廣東珠海、廣東深圳和廣西潿洲島籌備建造的衛(wèi)星基地已順利投入使用。覆蓋中國(guó)整個(gè)海域的溢油應(yīng)急響應(yīng)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，提高了中海油溢油預(yù)警和處置能力。建造了“海洋石油252”和“海洋石油253”專業(yè)溢油應(yīng)急環(huán)保船，兩艘環(huán)保船均配備有“荷蘭SEADARQ雷達(dá)溢油監(jiān)視系統(tǒng)”，能主動(dòng)監(jiān)測(cè)海面溢油。中國(guó)石化勝利油田海洋石油船舶中心目前配備兩艘專業(yè)溢油回收船——?jiǎng)倮?02船、勝利503船，勝利503船上還安裝了一套“荷蘭SEADARQ雷達(dá)溢油監(jiān)視”。目前，中國(guó)石化正在依托青島安全工程研究院和勝利油田研發(fā)適用于海上平臺(tái)的固定式雷達(dá)組網(wǎng)溢油監(jiān)測(cè)技術(shù)，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍2～5海里范圍的全天候、實(shí)時(shí)、高效的溢油監(jiān)測(cè)，以彌補(bǔ)衛(wèi)星、航空和航海溢油監(jiān)測(cè)的時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)較大范圍的區(qū)域性溢油監(jiān)測(cè)。

2.2國(guó)內(nèi)其他應(yīng)用案例

國(guó)家海洋局北海分局于2011年8月18日在蓬萊19-3油田B平臺(tái)安裝了首套雷達(dá)溢油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以提升對(duì)北海區(qū)海上石油平臺(tái)的監(jiān)管能力，該裝置可全天候監(jiān)測(cè)平臺(tái)周邊3.5km半徑范圍內(nèi)的溢油，已于2011年年底投入運(yùn)行。我國(guó)長(zhǎng)江船舶設(shè)計(jì)院分別為中海油服、青島海事局、廣西海事局和浙江海事局設(shè)計(jì)了溢油監(jiān)測(cè)船舶各一艘，其中中海油服所定制的溢油監(jiān)測(cè)船已投人使用，這些溢油監(jiān)測(cè)船的設(shè)計(jì)方案中的溢油監(jiān)測(cè)設(shè)備均為“荷蘭SEADARQ雷達(dá)溢油監(jiān)視系統(tǒng)”。

3系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1監(jiān)測(cè)油品種類

取4個(gè)容量為3L的玻璃燒杯（底部放置黑色袋子），分別注入2L清水，與顯示器底部（發(fā)射面和接收面）的垂直距離為1.2m，以便將所有光點(diǎn)注入燒杯口。分別滴入等量的4種油品，油品迅速擴(kuò)散，在水面形成薄薄的油膜。光斑照射油膜，計(jì)算機(jī)軟件讀取數(shù)據(jù)，并每10秒記錄一次數(shù)據(jù)。圖1是根據(jù)差值制作的?？梢钥闯?，溢油監(jiān)測(cè)器對(duì)柴油、汽油、燃油、污油和其他不同油品具有良好的分辨率。

3.2監(jiān)測(cè)靈敏度

取一個(gè)容量為3L的玻璃燒杯（底部放置一個(gè)黑色的袋子），注入2L清水，與顯示器底部（發(fā)射和接收面）的垂直距離為1.2m，使所有光點(diǎn)都注入燒杯口。取性能相對(duì)穩(wěn)定的θ1號(hào)柴油，用針管將油一滴一滴慢慢加入燒杯中，用玻璃棒輕輕攪拌每一滴，使油膜均勻地分布在水面上。用燈照射油膜，計(jì)算機(jī)軟件讀取數(shù)據(jù)，分別滴1滴、3滴、5滴、10滴和5ml時(shí)記錄數(shù)據(jù)。燒杯中的水表面積約為200cm2，一滴油的體積約為0.025ml，相應(yīng)的油膜厚度約為125μm、3.75μm、6.25μm、125μm和250μm?？杀O(jiān)測(cè)設(shè)備μm級(jí)油膜是否一致。如圖2所示，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，添加少量柴油可以提高該值。隨著液滴量的不斷增加，該值大大增加?？梢钥闯觯缬捅O(jiān)測(cè)器對(duì)監(jiān)測(cè)油膜厚度具有較高的靈敏度。

4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用安裝

川渝成品油管道沿線經(jīng)過(guò)了綦江、沱江流域最終匯入長(zhǎng)江，面臨著較大的溢油風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備情況，選取過(guò)河管道沿線的幾個(gè)典型點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，確定了溢油攔截監(jiān)測(cè)終端油膜監(jiān)測(cè)器的安裝位置和方案。本年度西南成品油管道開(kāi)展溢油攔截方案研究，以管道穿越綦江流域?yàn)槔?，選擇設(shè)備安裝地點(diǎn)位于管道下游4.2公里界石水電站，現(xiàn)場(chǎng)水流平緩并筑有大壩適合監(jiān)測(cè)儀器的安裝，可以長(zhǎng)期安全使用。通過(guò)多次溢油回收演練，與界石水電廠建立了聯(lián)動(dòng)機(jī)制，在監(jiān)測(cè)到溢油擴(kuò)散時(shí)，可以將警報(bào)信息發(fā)送給界石水電站人員緊急關(guān)閉，同時(shí)搶險(xiǎn)人員可以在1小時(shí)內(nèi)完成下游多道圍油欄的拉設(shè)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溢油擴(kuò)散攔截和緊急救援都起到良好的警示作用。

5結(jié)束語(yǔ)

目前，成品油管道泄漏油品事故主要通過(guò)管道壓力波動(dòng)監(jiān)測(cè)和人工巡線檢測(cè)，準(zhǔn)確性和準(zhǔn)時(shí)性不理想。針對(duì)這種情況，本文提出了一種新型的溢油攔截技術(shù)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)驗(yàn)證和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。得出以下結(jié)論：①溢油攔截技術(shù)對(duì)柴油、汽油、取暖油、臟油等多種油品效果良好。用于監(jiān)測(cè)油膜厚度的分辨率強(qiáng)、靈敏度高;②溢油監(jiān)測(cè)技術(shù)能否及時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)到溢油，主要受河道面積、河寬、流速、季節(jié)、風(fēng)向等因素影響;③LED紫外線泄漏油品監(jiān)測(cè)，根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)，安裝地點(diǎn)應(yīng)滿足以下條件：由于設(shè)備數(shù)量有限，單套設(shè)備的監(jiān)測(cè)面積有限，流量不應(yīng)太寬。如果流量過(guò)大，可能達(dá)不到監(jiān)聽(tīng)攔截的效果;平時(shí)河道水位變化不宜過(guò)大，不應(yīng)超過(guò)3.5m;選擇不通航的河段，如果船只太多，設(shè)備很容易受到損害。溢油截流技術(shù)的應(yīng)用大大提高了管道泄漏及時(shí)發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)時(shí)性和準(zhǔn)確性，有助于提高管道企業(yè)應(yīng)急響應(yīng)能力和處理跨江環(huán)境事故的速度，改善成品油管道，從而減少事故影響生態(tài)破壞。

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