油氣管道運輸泄漏分析及其應急管理機制

葉思雨

摘 要：由于近幾年來一些違法分子的猖獗，在油氣氣管道上進行打孔盜取天然氣與石油，根據統計，近三年內中國油氣管道的所屬公司被違法分子將管道打孔盜取油氣的次數約300次，在近幾年內，某市一油氣管道被盜造成較為嚴重的油氣泄露事故，導致90號汽油嚴重損失，管道停輸時長達到13個小時，并且導致其室內鐵道線路被迫停止運行時長約6個小時。文章針對當前長輸天然氣管道泄漏檢測技術，進行簡要的分析研究。

關鍵詞：油氣管道;泄漏檢測;技術

引言

關于油氣管道的泄漏檢測技術，也引起了企業管理人員及研究人員的重視，如何更好的選擇泄漏檢測技術，并且提升管道傳輸質量，成為當前油氣企業發展中面臨的主要問題。筆者針對當前長輸天然氣管道泄漏檢測技術進行簡要的剖析研究，以盼能為我國油氣企業輸氣管道的泄漏檢測技術落實提供參考。

1、管道泄漏檢測技術發展概況

對長油氣氣管道泄漏檢測的研究，國內外已有40多年的歷史，從管道內外部環境、輸送介質、泄漏的多種形式等方面進行了分析，各國專家和學者已經研究出適用于不同情況的管道泄漏實時檢測定位系統。早在1976年，R.Iswrnan通過過程模型和估算方法對處理后的輸入、輸出流量和壓力信號進行相關性分析，研究出對應的泄漏檢測方法;1988年，A.Benkherouf等，利用卡爾曼濾波器對管道中間狀態進行估計，通過此方法可以掌握管道泄漏時的參數變化情況;2002年，利用雙傳感器檢測到的負壓波來分析管道泄漏的狀態;2009年，Y.koyamada等，在光纖傳感技術上利用Φ-OTDA技術對管道進行監測，空間分辨率和應變測量精度達到了1m;2014年和2016年，S.Y.L.i等，根據彈性振動理論分析了管殼與空氣柱兩種傳輸通道的波數，為了抑制聲波的速度頻散和減小信號衰減程度，預測管道中的聲速與管壁之間的耦合，探索聲波傳播的路徑，采用特定頻率的聲發射信號來檢測氣體管道泄漏，這種方法具有較高的探測精度。我國的管道泄漏檢測技術研究起步較晚，科研人員、專家學者及各大院校實驗室先后研究出基于狀態估計的觀測器、負壓波法、瞬態數學模型法、分布式光纖、聲波法等方法來檢測管道泄漏，取得了一定的成效。但是，因為管道輸送的復雜性，以及管道在的影響因素等，至今還未研究出針對微小泄漏的高精度、高靈敏度檢測定位系統。

2、管道泄漏的原因

2.1外力影響

外力影響主要有三個方面：管道占壓、第三方施工破壞和打孔盜油。管道占壓：油氣氣管體大部分埋藏在地下，當管道上方存在違章建筑物時，如果占壓物和地基被損壞下沉，則不均勻的沉降對被占壓的管道產生一定的作用力，導致管體的受損破裂;第三方施工破壞：在項目施工過程中造成的管道本體損壞，包括地質勘探鉆破管體導致油品的泄漏，推土機、挖掘機損壞管道，鉆穿管道管網與市政工程交叉處引起的管道變形等;打孔盜油：不法分子受利益驅使，非法在油氣管道上方鑿孔，私自安裝支路管線將油品用罐車運走的違法行為。這幾個方面在一定程度上都對管體造成破壞，致使油氣泄漏爆炸，不僅造成油品的損失和環境的污染，還會給生命財產造成極大的傷害和損失。

2.2管道腐蝕

腐蝕是管道失效的主要形式。管道腐蝕形成的因素包括差異充氣、雜散電流、細菌、應力與疲勞、金屬材料不均勻等。管道的內外腐蝕、開裂、防腐層老化等因素都會造成油氣的泄漏。特別是在東北地區，很多老管線運營時間較長，防腐層老化嚴重，通過檢測均發現大面積腐蝕缺陷，很多管段無法進行內部檢測，現已成為高風險地段，存在極大的安全隱患。另外，由于站外部分管道本體的開裂，很難在第一時間發現泄漏點，給檢測定位帶來極大的困難。

2.3環境影響

氣候變化影響地質中土壤的生長環境，土層的熱脹冷縮引發土地結構越來越不均勻，導致油氣管道的沉降度不穩定，管道切口受力不均勻，管道切口一旦崩開，就會出現管線泄漏。冬季東北地區寒冷，有些城市的氣溫甚至降到零下三四十度，埋在土壤中的油氣管道因為溫度的下降造成管體凍裂，造成管線泄漏。

3、油氣管道泄漏檢測技術的性能評價

（1）準確性。對于油氣管道泄漏現象來說，最關鍵的救援工作步驟就是要在第一時間確定泄漏現象發生的位置、原因，檢測技術和檢測系統必須要能及時、準確地確定泄漏事故發生的相關因素，而且還需要具有一定的報警率，將所接受到的危險信息在第一時間告訴工作人員，這樣才會保證整個油氣管道泄漏發生的工作環節具備較高的可靠性。（2）靈敏性。所謂的靈敏性是相對于油氣管道泄漏的檢測技術來說，需要盡快地確定泄漏量的多少和已經蔓延的范圍、馬上要蔓延的范圍，并通過靈敏的報警系統將其報告給工作人員。（3）泄漏定位的準確性。當油氣管道發生泄漏現象以后，對于定位系統和相應的定位技術來說，及時的將泄漏點提供給相關的檢測工作者，減少油氣管道泄漏帶來的危害。（4）實時性。要保證油氣管道泄漏之后，從泄漏發生的時間到檢測人員獲得泄漏信息的時間間隔必須盡可能地短，這樣才能夠保證整個工作的實時性，并且有助于救援人員及時地采取有效的措施，盡可能地將油氣管道泄漏現象帶來的損失降低到最低，保證工廠或者企業的經濟效益。（5）自適應性。所謂的自適應性指的是油氣管道泄漏檢測系統必須具有一定的通用性，在不同事故發生的情況下、不同的區域發生過程中，只需要根據實際情況做出較少的彈性調整即可。

4、油氣管道泄漏檢測技術及其應用

4.1超聲波法

利用超聲波來測定油氣管道泄漏的流量是一種相對來說比較經濟方便的技術方法，而且對于整個操作環境的要求也不是很高。首先要將管道分為很多個小段，再安裝上超聲波流量測定裝置，根據實際工作中反映出來油氣管道流量的體積、運行速度、溫度環境、聲波傳輸等參數進行研究。一旦和計算機模擬的正常曲線出現紕漏，則能及時確定發生泄漏的管道段，從而輔助別的方式發現泄漏點。

4.2壓力點分析法

所謂的壓力點分析法就是利用壓力波對油氣管道泄漏進行檢測的匯總方法。主要的工作原理是依據動能守恒的原理進行泄漏位置的確定，然后依據某一個監測點來獲取實際工作所需要的數據。工作人員一般會在檢測點安裝好壓力傳感器，一旦泄漏點產生，會把相關的信息傳遞給檢測點，使得管道本身受到的壓力發生變化。這種變化與正常數據之間會有一定的出入，反映在計算機圖像上，幫助工作人員確定泄漏點的位置。

4.3放射性示蹤劑檢漏法

一般采取的放射性示蹤劑是碘131，將其安置在油氣管道中和要進行運輸的介質一起運動。當油氣管道泄漏現象發生的時候，放射性示蹤劑就會隨著介質的流動被運輸到管道外面，一旦被傳感器檢測到，就能夠確定是否發生了泄漏。

結束語

綜上所述，無論是發達國家，還是中國這樣的發展中國家，對油氣管道泄漏檢測技術的研究和應用都已經很長一段時間了。但由于實際情況不同，造成油氣管道發生泄漏形式的多樣性，這主要是因為在石油管道進行原油輸送的過程中會涉及到很多輸送介質的多樣性、對周邊環境帶來變化的多樣性等問題都會使得油氣管道發生泄漏現象。為了有效解決這一問題帶來的消極影響，我們往往會采用多種檢測方法結合起來的手段，用于相互之間的取長補短，共同促進原油運輸事業的蓬勃發展。

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