集群化管道泄漏監測技術的研究和應用

摘要：石油運輸的主要方式是管道運輸，因此要關注集成化管道運輸的安全，因為它與國民生產生活密切相關。石油管道的泄漏會造成大量的能源浪費，對周圍的生態造成嚴重的破壞，給石油企業和國家造成嚴重的經濟損失。主要介紹石油管道輸送的優勢、石油管道泄漏的原因以及管道泄漏監測技術的應用，提出我國石油管道泄漏監測技術的發展趨勢，為以后石油企業的穩定生產提供技術和理論支持。

關鍵詞：集成化管道；泄漏監測；技術；研究應用

一、石油管道運輸的優勢

由于石油自身的物理特性，經過多年來的實際運輸經驗和借鑒國外先進國家的經驗，管道運輸是最經濟、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展，逐漸地科技化、自動化，與傳統的其他運輸方式相比，管道運輸的優點也是非常顯著的。

（一）連續性和平穩性強

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

（二）安全和便捷性

由于管道運輸在工作狀態不需要太多的工作人員，降低了人員的工作風險，不僅如此，通過計算機網絡技術，對管道運輸的狀況進行實時監控，提早發現運輸的異常，降低事故發生的概率。

（三）經濟性和持久性

由于管道運輸的投資主要集中在前期，占地面積小，而且多處于地下，受地理環境的影響比較小。與傳統的運輸方式相比，后期的費用較低，企業的經營成本逐漸下降。

（四）污染低、安全系數高

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

盡管管道運輸石油的優點很明顯，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，管道運輸的難度較高，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生泄漏，首先是對周圍環境造成嚴重的危害，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的地方，增大泄漏造成的環境損害。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常年寸草不生，嚴重的會造成當地的生物鏈斷裂，影響周圍人們的生存環境。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進入水里會和底泥發生一系列的物理化學反應，致使水中的微生物群體發生變化，原本處于平衡的狀態被打破，降低了水體的使用價值，更嚴重的會危及我們的飲用水安全，給人類的生命安全造成嚴重的威脅。水質造成污染也會影響當地的土壤環境，進而加劇河流湖泊沿途的環境破壞，破壞周圍環境的生態系統，地下水資源的污染，更會造成人類生存環境的改變。

（三）管道泄漏會污染空氣

輸油管道發生泄漏后，由于油氣中含有大量的揮發性以及有毒性的氣體，隨著溫度的升高，這些有毒以及揮發性易燃易爆的氣體會擴散到大氣中，影響到我們的空氣質量，甚至會出現極端天氣。

（四）管道泄漏會造成海洋的污染

經過多年的研究發現，一旦輸油管道發生泄漏，很大程度上會給海洋的生態環境造成威脅。海洋的污染不是一蹴而就的，而是經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，最終流向海洋區域，造成海洋的破壞，海底生物的生態環境被打破，有毒有害物質侵害海洋生物，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的經濟效益。管道發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量問題，防腐的管道并沒有達到一定的標準要求，在石油氣運輸過程中，油氣中的各種雜質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）其他工程建設的誤操作

由于經濟的飛速發展，工程建設如火如荼地開展，第三方施工單位對輸油管道的誤傷破損的事件時有發生。

四、集成化管道泄漏監測技術

集成化管道泄漏監測技術是隨著科技的發展而發展起來的，利用高精尖的儀器和網絡技術，對管道運輸的運行狀態進行系統的監控，一旦發生異常能夠早發現、早處理，降低企業的損失，降低由于泄漏造成生態環境的破壞。隨著管道的不斷建設，各種各樣的監測技術也隨之不斷發展，現在應用于管道泄漏監測的主要技術有負壓力波、超聲波檢測、光纖傳感等。

（一）紅外熱成像滲漏監測技術

紅外熱成像技術是利用管道周圍的灰度信息和運輸物質的溫度等信息來進行管道泄漏的監測。這種監測技術，需要利用飛行器搭載監測設備對集成化管道進行掃描，這種監測技術的優點非常突出，能夠快速、直觀、大面積以及遠距離地監測到管道的運行狀況，快速發現管道泄漏的點，對于物體表面的溫度變化，紅外線監測能夠實時地顯現。這種技術的應用比較廣泛，能夠快速確定當下的管道運行狀況。紅外熱成像滲透監測技術的缺點就是成像的對比度較低、細節分辨率較低、成本較高，對于深埋地下的管道應用比較少，無法持續監測管道的運行狀況。

（二）分布式光纖滲漏泄漏監測技術

分布式光纖泄漏監測技術主要通過敷設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，可以在線實現全網靜態監測，能夠降低周圍環境對信號的干擾，監測的準確性比較高，在輸油管道泄漏監測中的應用比較廣泛。隨著科技的飛速發展，各種高精尖、高精度儀器設備的應用，分布式光纖泄漏與振動監測系統相互結合，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進行實時監控，并將監控的數據上傳到終端的顯示器和數據庫中，不僅能實時呈現，還具有可追溯性[2]。分布式光纖測泄漏監測技術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、無盲區等優勢，適用于范圍廣、長距離實時分布式監測。這種技術需要在管道敷設的時候將光纖以及監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）機敏網滲漏監測技術

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

（四）油田集群化管道泄漏監測平臺

隨著互聯網技術飛速發展，其在各行各業中都有廣泛的應用。自動化和數字化技術的雙向結合，在石油輸油管道泄漏監測技術的應用中發揮了巨大的作用。實現對集輸油管道更具可靠性、更高覆蓋度的泄漏監測是當前亟待解決的問題，目前亟須建設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測系統，因此集群化管道泄漏監測平臺應運而生，這是一個多學科結合的集成技術的產物。該系統實現了管道泄漏監測的統一平臺管理，通過云服務，加強管道泄漏事件的報警、處置、監管、考評、閉環管理，滿足公司、采油廠（輸油處）、作業區不同層級用戶的使用需求[3]，為管道泄漏監測提供高效可靠的技術解決方案，全面加快油田管道管理的信息化、智能化進程，為智能化油田建設奠定基礎。

基于“云邊協同”架構設計，充分利用油氣田現有物聯網建設成果，融合多廠家、多技術（集群化泄漏監測單元、負壓波監測、光纖振動監測、SCADA、視頻監控等）邊緣計算監測系統，構建集管道檔案、地圖可視化等功能為一體的公司級集群化管道泄漏監測平臺。如圖2，監測系統平臺能夠快速定位管道泄漏的位置。

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

大屏監控系統從全公司視角全面感知、分析管道運行監測狀態，其主要功能是：

1.運行狀態監控：明確監測數量、報警數量、故障統計、巡檢統計。

2.報警統計：單位統計、監測方法統計、時間段統計。

3.報警處置：報警信息處置、處置量統計、報警時刻數據下鉆、報警歷史數據查看。

4.任務管理：巡檢任務下發、任務進度跟蹤、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、視頻監控點空間分布、報警點地圖定位。

PC管理端側重業務管理、泄漏監管與應用。PC端管理應用系統實現全油田各類管道泄漏監測、視頻監控等系統的集中接入管理，匯聚實時運行監測數據與報警信息，同步管道檔案資料，構建完整的報警信息處置流程，建立數據分析與統計功能，能夠從宏觀到微觀的分級、分類，集中顯示當前所有泄漏報警的宏觀統計與詳細數據。

移動端實現泄漏報警的分級精確推送、處置反饋、閉環管理。移動端具備接收報警信息、任務提醒通知、任務執行過程及結果反饋、上傳現場圖片及短視頻、報警處置過程及結果反饋等功能，形成完整泄漏報警的閉環處置流程。如圖3，輸油管道的實時監測技術能夠準確判斷運行出現的偏差點。

五、結語

隨著管道工業的迅速發展，輸油管道的泄漏不只形成動力浪費、污染環境，還會對人民生命財產安全形成威脅，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技術的泄漏定位技術是未來最有潛力的輸氣管道泄漏監測技術之一，集成化管道泄漏監測平臺的應用，能夠實時掌握石油管道運輸的狀況，及時發現異常，盡早處理，降低損失。這些技術在我國的輸油管道泄漏監測中逐漸被使用，替代傳統的人工方式，在未來石油企業的發展中也是非常重要的，為今后輸油管道泄漏監測系統的應用提供了技術和理論支持。

參考文獻

[1]王效東，黃坤，朱小華，等.油氣管道泄漏檢測技術發展現狀[J].管道技術與設備，2008（1）：3.

[2]劉軍.油氣管道泄漏檢測技術發展探究[J].華東科技：學術版，2013（3）：2.

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