集群化管道泄漏監(jiān)測技術(shù)的研究和應(yīng)用

摘要：石油運輸?shù)闹饕绞绞枪艿肋\輸，因此要關(guān)注集成化管道運輸?shù)陌踩?，因為它與國民生產(chǎn)生活密切相關(guān)。石油管道的泄漏會造成大量的能源浪費，對周圍的生態(tài)造成嚴(yán)重的破壞，給石油企業(yè)和國家造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。主要介紹石油管道輸送的優(yōu)勢、石油管道泄漏的原因以及管道泄漏監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，提出我國石油管道泄漏監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢，為以后石油企業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)提供技術(shù)和理論支持。

關(guān)鍵詞：集成化管道；泄漏監(jiān)測；技術(shù)；研究應(yīng)用

一、石油管道運輸?shù)膬?yōu)勢

由于石油自身的物理特性，經(jīng)過多年來的實際運輸經(jīng)驗和借鑒國外先進國家的經(jīng)驗，管道運輸是最經(jīng)濟、最便捷、最快速的方式。特別是近幾十年來，管道運輸隨著科技的發(fā)展，逐漸地科技化、自動化，與傳統(tǒng)的其他運輸方式相比，管道運輸?shù)膬?yōu)點也是非常顯著的。

（一）連續(xù)性和平穩(wěn)性強

管道運輸最顯著的特點就是連續(xù)性，從而保證一段時間內(nèi)的穩(wěn)定運輸，輸送量是非常巨大的，保證了各個輸油站點的需求，也為油田提升產(chǎn)能做好后勤服務(wù)。

（二）安全和便捷性

由于管道運輸在工作狀態(tài)不需要太多的工作人員，降低了人員的工作風(fēng)險，不僅如此，通過計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對管道運輸?shù)臓顩r進行實時監(jiān)控，提早發(fā)現(xiàn)運輸?shù)漠惓?，降低事故發(fā)生的概率。

（三）經(jīng)濟性和持久性

由于管道運輸?shù)耐顿Y主要集中在前期，占地面積小，而且多處于地下，受地理環(huán)境的影響比較小。與傳統(tǒng)的運輸方式相比，后期的費用較低，企業(yè)的經(jīng)營成本逐漸下降。

（四）污染低、安全系數(shù)高

由于在管道運輸過程中，石油與外界環(huán)境是徹底隔絕的，經(jīng)過精密儀器的監(jiān)控，發(fā)生泄漏的現(xiàn)象比較少。對周圍環(huán)境的污染低，同時由于泄漏造成的安全事故也比較少，這比傳統(tǒng)運輸方式多了份安心，沒有其他突發(fā)的狀況[1]。

盡管管道運輸石油的優(yōu)點很明顯，但是其缺點也是不容忽視的，主要是由于輸油管道的專屬性比較強，不能多種物質(zhì)同時運輸，外部拓展的可能性較低。而且在石油開采的初期，管道運輸?shù)碾y度較高，需要其他的運輸方式進行配合。

二、輸油管道泄漏的危害

（一）石油輸送管道泄漏會造成土壤的污染

由于石油是多種有機物的混合物，大多數(shù)存在于原油中的有機物對動植物都是有害的。因此輸油管道一旦發(fā)生泄漏，首先是對周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的危害，從土壤到河流再到植被，無一幸免。泄漏的石油會隨著河流擴散到更遠(yuǎn)的地方，增大泄漏造成的環(huán)境損害。研究表明，一次普通的管道泄漏會造成周圍30平方公里的地區(qū)受到不同程度的污染，破壞土壤的酸堿平衡，造成土壤表面的皸裂，更有甚者會造成部分地區(qū)常年寸草不生，嚴(yán)重的會造成當(dāng)?shù)氐纳镦湐嗔?，影響周圍人們的生存環(huán)境。如圖1，輸油管道泄漏，石油造成土壤破壞，植被無法生存。

（二）輸油管道泄漏會造成河流湖泊的污染

管道泄漏的污染物進入河流中，首先會在水的表面形成一層隔水膜，降低了水中氧氣的含量，給水中生物造成致命的打擊。不僅如此，油品中一些有害物質(zhì)進入水里會和底泥發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，致使水中的微生物群體發(fā)生變化，原本處于平衡的狀態(tài)被打破，降低了水體的使用價值，更嚴(yán)重的會危及我們的飲用水安全，給人類的生命安全造成嚴(yán)重的威脅。水質(zhì)造成污染也會影響當(dāng)?shù)氐耐寥拉h(huán)境，進而加劇河流湖泊沿途的環(huán)境破壞，破壞周圍環(huán)境的生態(tài)系統(tǒng)，地下水資源的污染，更會造成人類生存環(huán)境的改變。

（三）管道泄漏會污染空氣

輸油管道發(fā)生泄漏后，由于油氣中含有大量的揮發(fā)性以及有毒性的氣體，隨著溫度的升高，這些有毒以及揮發(fā)性易燃易爆的氣體會擴散到大氣中，影響到我們的空氣質(zhì)量，甚至?xí)霈F(xiàn)極端天氣。

（四）管道泄漏會造成海洋的污染

經(jīng)過多年的研究發(fā)現(xiàn)，一旦輸油管道發(fā)生泄漏，很大程度上會給海洋的生態(tài)環(huán)境造成威脅。海洋的污染不是一蹴而就的，而是經(jīng)歷了很長的時間變化，原本在河流和土壤以及大氣中的污染物會隨著自然變化，最終流向海洋區(qū)域，造成海洋的破壞，海底生物的生態(tài)環(huán)境被打破，有毒有害物質(zhì)侵害海洋生物，同樣侵害人類的生命。

三、輸油管道泄漏的原因分析

管道運輸是石油及其產(chǎn)品的主要運輸途徑，管道的安全直接影響著輸油的效率和石油企業(yè)的經(jīng)濟效益。管道發(fā)生泄漏的主要原因如下。

（一）管道的腐蝕

由于工程階段的施工質(zhì)量問題，防腐的管道并沒有達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)要求，在石油氣運輸過程中，油氣中的各種雜質(zhì)加快了管道的腐蝕速度，輸油管道開啟時的撞擊等都會造成輸油管道的腐蝕泄漏。

（二）人為偷盜因素

出于個人利益，很多偷油者鋌而走險，在輸油管道上打洞，破壞管道的完整性，造成石油的泄漏。

（三）其他工程建設(shè)的誤操作

由于經(jīng)濟的飛速發(fā)展，工程建設(shè)如火如荼地開展，第三方施工單位對輸油管道的誤傷破損的事件時有發(fā)生。

四、集成化管道泄漏監(jiān)測技術(shù)

集成化管道泄漏監(jiān)測技術(shù)是隨著科技的發(fā)展而發(fā)展起來的，利用高精尖的儀器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對管道運輸?shù)倪\行狀態(tài)進行系統(tǒng)的監(jiān)控，一旦發(fā)生異常能夠早發(fā)現(xiàn)、早處理，降低企業(yè)的損失，降低由于泄漏造成生態(tài)環(huán)境的破壞。隨著管道的不斷建設(shè)，各種各樣的監(jiān)測技術(shù)也隨之不斷發(fā)展，現(xiàn)在應(yīng)用于管道泄漏監(jiān)測的主要技術(shù)有負(fù)壓力波、超聲波檢測、光纖傳感等。

（一）紅外熱成像滲漏監(jiān)測技術(shù)

紅外熱成像技術(shù)是利用管道周圍的灰度信息和運輸物質(zhì)的溫度等信息來進行管道泄漏的監(jiān)測。這種監(jiān)測技術(shù)，需要利用飛行器搭載監(jiān)測設(shè)備對集成化管道進行掃描，這種監(jiān)測技術(shù)的優(yōu)點非常突出，能夠快速、直觀、大面積以及遠(yuǎn)距離地監(jiān)測到管道的運行狀況，快速發(fā)現(xiàn)管道泄漏的點，對于物體表面的溫度變化，紅外線監(jiān)測能夠?qū)崟r地顯現(xiàn)。這種技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛，能夠快速確定當(dāng)下的管道運行狀況。紅外熱成像滲透監(jiān)測技術(shù)的缺點就是成像的對比度較低、細(xì)節(jié)分辨率較低、成本較高，對于深埋地下的管道應(yīng)用比較少，無法持續(xù)監(jiān)測管道的運行狀況。

（二）分布式光纖滲漏泄漏監(jiān)測技術(shù)

分布式光纖泄漏監(jiān)測技術(shù)主要通過敷設(shè)在輸油管道上的光纖電纜對輸油管道上的溫度以及外力影響進行探測，可以在線實現(xiàn)全網(wǎng)靜態(tài)監(jiān)測，能夠降低周圍環(huán)境對信號的干擾，監(jiān)測的準(zhǔn)確性比較高，在輸油管道泄漏監(jiān)測中的應(yīng)用比較廣泛。隨著科技的飛速發(fā)展，各種高精尖、高精度儀器設(shè)備的應(yīng)用，分布式光纖泄漏與振動監(jiān)測系統(tǒng)相互結(jié)合，通過傳感器和光纖的信號融合，對輸油管道上的實際運輸狀態(tài)進行實時監(jiān)控，并將監(jiān)控的數(shù)據(jù)上傳到終端的顯示器和數(shù)據(jù)庫中，不僅能實時呈現(xiàn)，還具有可追溯性[2]。分布式光纖測泄漏監(jiān)測技術(shù)具有對溫度信號極敏感、方向性好、光強高、溫度和空間定位精度高、成本較低、無盲區(qū)等優(yōu)勢，適用于范圍廣、長距離實時分布式監(jiān)測。這種技術(shù)需要在管道敷設(shè)的時候?qū)⒐饫w以及監(jiān)測的儀表同管道一起進行施工，施工的難度增大，同時需要進行光纖和儀表的防護。

（三）機敏網(wǎng)滲漏監(jiān)測技術(shù)

管道外包覆機敏網(wǎng)材料層形成機敏網(wǎng)傳感器，根據(jù)滲漏時管道局部應(yīng)力（溫度等）變化或滲漏時導(dǎo)致機敏網(wǎng)傳感矩陣信號中斷判斷滲漏點。其具有精度較高、判斷漏點較準(zhǔn)確、探測區(qū)域廣等優(yōu)點，是一種新技術(shù)，處在研究前沿，市場化應(yīng)用不成熟，價格高，使用少。但是隨著科技的進步，新技術(shù)和新設(shè)備的廣泛研究和開發(fā)，在不斷升級和更新技術(shù)的同時，也在不斷應(yīng)用到輸油管道的泄漏監(jiān)測中，通過不斷的研發(fā)和試驗，相關(guān)的成本也會逐漸降低。

（四）油田集群化管道泄漏監(jiān)測平臺

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，其在各行各業(yè)中都有廣泛的應(yīng)用。自動化和數(shù)字化技術(shù)的雙向結(jié)合，在石油輸油管道泄漏監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用中發(fā)揮了巨大的作用。實現(xiàn)對集輸油管道更具可靠性、更高覆蓋度的泄漏監(jiān)測是當(dāng)前亟待解決的問題，目前亟須建設(shè)一套適用于集中管理、適用范圍廣、可靠性高、投資適中的管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)，因此集群化管道泄漏監(jiān)測平臺應(yīng)運而生，這是一個多學(xué)科結(jié)合的集成技術(shù)的產(chǎn)物。該系統(tǒng)實現(xiàn)了管道泄漏監(jiān)測的統(tǒng)一平臺管理，通過云服務(wù)，加強管道泄漏事件的報警、處置、監(jiān)管、考評、閉環(huán)管理，滿足公司、采油廠（輸油處）、作業(yè)區(qū)不同層級用戶的使用需求[3]，為管道泄漏監(jiān)測提供高效可靠的技術(shù)解決方案，全面加快油田管道管理的信息化、智能化進程，為智能化油田建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

基于“云邊協(xié)同”架構(gòu)設(shè)計，充分利用油氣田現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)成果，融合多廠家、多技術(shù)（集群化泄漏監(jiān)測單元、負(fù)壓波監(jiān)測、光纖振動監(jiān)測、SCADA、視頻監(jiān)控等）邊緣計算監(jiān)測系統(tǒng)，構(gòu)建集管道檔案、地圖可視化等功能為一體的公司級集群化管道泄漏監(jiān)測平臺。如圖2，監(jiān)測系統(tǒng)平臺能夠快速定位管道泄漏的位置。

集群化管道泄漏監(jiān)測公司級平臺應(yīng)用分為三大場景：指揮中心大屏監(jiān)控系統(tǒng)、PC端應(yīng)用管理系統(tǒng)、移動端處置管理系統(tǒng)。

大屏監(jiān)控系統(tǒng)從全公司視角全面感知、分析管道運行監(jiān)測狀態(tài)，其主要功能是：

1.運行狀態(tài)監(jiān)控：明確監(jiān)測數(shù)量、報警數(shù)量、故障統(tǒng)計、巡檢統(tǒng)計。

2.報警統(tǒng)計：單位統(tǒng)計、監(jiān)測方法統(tǒng)計、時間段統(tǒng)計。

3.報警處置：報警信息處置、處置量統(tǒng)計、報警時刻數(shù)據(jù)下鉆、報警歷史數(shù)據(jù)查看。

4.任務(wù)管理：巡檢任務(wù)下發(fā)、任務(wù)進度跟蹤、巡檢記錄查看、巡檢軌跡查看。

5.管道地圖可視化：管道空間分布、視頻監(jiān)控點空間分布、報警點地圖定位。

PC管理端側(cè)重業(yè)務(wù)管理、泄漏監(jiān)管與應(yīng)用。PC端管理應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)全油田各類管道泄漏監(jiān)測、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)的集中接入管理，匯聚實時運行監(jiān)測數(shù)據(jù)與報警信息，同步管道檔案資料，構(gòu)建完整的報警信息處置流程，建立數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計功能，能夠從宏觀到微觀的分級、分類，集中顯示當(dāng)前所有泄漏報警的宏觀統(tǒng)計與詳細(xì)數(shù)據(jù)。

移動端實現(xiàn)泄漏報警的分級精確推送、處置反饋、閉環(huán)管理。移動端具備接收報警信息、任務(wù)提醒通知、任務(wù)執(zhí)行過程及結(jié)果反饋、上傳現(xiàn)場圖片及短視頻、報警處置過程及結(jié)果反饋等功能，形成完整泄漏報警的閉環(huán)處置流程。如圖3，輸油管道的實時監(jiān)測技術(shù)能夠準(zhǔn)確判斷運行出現(xiàn)的偏差點。

五、結(jié)語

隨著管道工業(yè)的迅速發(fā)展，輸油管道的泄漏不只形成動力浪費、污染環(huán)境，還會對人民生命財產(chǎn)安全形成威脅，對泄漏進行檢測和定位具有非常重要的理論意義和使用價值，因而利用GIS和GPS以及SCADA技術(shù)的泄漏定位技術(shù)是未來最有潛力的輸氣管道泄漏監(jiān)測技術(shù)之一，集成化管道泄漏監(jiān)測平臺的應(yīng)用，能夠?qū)崟r掌握石油管道運輸?shù)臓顩r，及時發(fā)現(xiàn)異常，盡早處理，降低損失。這些技術(shù)在我國的輸油管道泄漏監(jiān)測中逐漸被使用，替代傳統(tǒng)的人工方式，在未來石油企業(yè)的發(fā)展中也是非常重要的，為今后輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用提供了技術(shù)和理論支持。

參考文獻(xiàn)

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[3]周德新，樊智勇.管道泄漏監(jiān)測與控制技術(shù)的研究[J].計算機測量與控制， 2005，13（3）：3.