论文部分内容阅读
[摘 要]随着中国经济整体发展速度的加快，原油作为清洁能源在我国城市化的建设中需求量也将越来越大。目前，管道泄漏所造成的环境污染及安全事故近年来时有发生，研究管道泄漏事故发生机理、规律及相关的快速探查与防治措施对于管道的安全运行具有十分重要的意义。本文结合原油泄漏检测和定位方法的发展历程，阐述了不同试验条件下几种原油泄漏的检测方法及定位原理。对检测方法的研究现状和发展趋势进行讨论，为浅埋地下管道漏气的检测定位应用提供一定的技术参考。
[关键词]原油管道；泄漏检测；技术
中图分类号：TE973 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0167-01
引言
由于原油管道大多数都布设在地表以下，可能会出现人工布设不当的损坏以及在长时间的使用过程中会出现自然腐蚀或人为破坏等情况，容易导致管道内气体的泄漏，从而造成重大的财产损失，对社会安定造成严重影响。所以加强管道的泄漏检测和定位研究，及时采取有效措施，减少原油泄漏对环境的污染，避免安全事故的发生，保证管道的正常工作具有十分重要意义。
1、管道泄漏的原因
1.1外力影响
外力影响主要有三个方面：管道占压、第三方施工破坏和打孔盗油。管道占压：输原油管体大部分埋藏在地下，当管道上方存在违章建筑物时，如果占压物和地基被损坏下沉，则不均匀的沉降对被占压的管道产生一定的作用力，导致管体的受损破裂；第三方施工破坏：在项目施工过程中造成的管道本体损坏，包括地质勘探钻破管体导致油品的泄漏，推土机、挖掘机损坏管道，钻穿管道管网与市政工程交叉处引起的管道变形等；打孔盗油：不法分子受利益驱使，非法在输油管道上方凿孔，私自安装支路管线将油品用罐车运走的违法行为。这几个方面在一定程度上都对管体造成破坏，致使原油泄漏爆炸，不仅造成油品的损失和环境的污染，还会给生命财产造成极大的伤害和损失。
1.2管道腐蚀
腐蚀是管道失效的主要形式。管道腐蚀形成的因素包括差异充气、杂散电流、细菌、应力与疲劳、金属材料不均匀等。管道的内外腐蚀、开裂、防腐层老化等因素都会造成原油的泄漏。特别是在东北地区，很多老管线运营时间较长，防腐层老化严重，通过检测均发现大面积腐蚀缺陷，很多管段无法进行内部检测，现已成为高风险地段，存在极大的安全隐患。另外，由于站外部分管道本体的开裂，很难在第一时间发现泄漏点，给检测定位带来极大的困难。
1.3环境影响
气候变化影响地质中土壤的生长环境，土层的热胀冷缩引发土地结构越来越不均匀，导致输油管道的沉降度不稳定，管道切口受力不均匀，管道切口一旦崩开，就会出现管线泄漏。冬季东北地区寒冷，有些城市的气温甚至降到零下三四十度，埋在土壤中的输油管道因為温度的下降造成管体冻裂，造成管线泄漏。
1.4人为破坏因素
人为破坏造成埋地管道泄漏的事故也时有发生，主要存在两种情况：一是，埋地管道在原油输送过程中，受到不法分子的窃取导致管道破坏；例如2003年12月19日，兰成渝成品油管道由于打孔盗油而造成了管道的爆裂，喷出油柱高达10米，损失数百万。二是，人们进行生产活动和工程建设过程中，石油天然气埋地管道的泄漏原因及检测方法分析因重视度不够，直接或间接对埋地管道造成破坏等。例如2005年11月28日，义马-郑州埋地燃气管道在荥阳市李克寨村被挖掘机挖开为70mm×90mm的裂口；以及2010年7月16日，因第三方公司违规向管道中注入脱硫剂，中石油大连新港输油管线发生爆炸，造成新大线紧急停输，泄漏原油3000吨，50平方公里海域受污染。
2、基于软件的泄漏检测与定位技术
2.1负压波法
如果原油管道存在泄漏问题，则在泄漏点处，原油的密度就会产生一定的变化，进而导致管道的压力出现变化，由于管道内原油资源的流速并不会立即产生变化，所以泄漏点处与管道其它位置将会出现压差，这部分压差会沿管道传播，该部分传播的压差就成为负压波，通过安装在管道上下游的负压波检测接受装置，即可判断是否存在泄漏，同时，根据上下游检测装置接受负压波的压差，即可判断泄漏位置。在使用该种技术时，并不需要建立管道数学模型，其原理较为简单，适用范围也相对较广，大多数管道公司都使用该种技术进行泄漏检测和定位，但该种技术对于微小泄漏的检测精度和准确度较差，一定程度上制约了该种技术的发展。
2.2互相关分析法
由于大多数管道材料都具有一定的弹性，所以在原油资源泄漏时，由于流体压力的变化会使得管道产生了一定的弹性波，通过安装在管道上下游的弹性波检测装置，并建立弹性波的互相关函数，即可获取管道的泄漏位置信息。该种技术是由振动、信号处理等多学科交叉而成，由于在使用该种技术时并不需要建立专门的数学模型，其计算量相对较小，使得该技术具有很大的发展前景，但是该种技术与负压波法一样，对于微小泄漏的检测精度和准确度都相对较差。
2.3支持向量机检测法
对于原油管道而言，其在运行阶段的泄漏次数相对较少，导致泄漏样本也相对较少，在另一方面，支持向量机的方法具有很强的小样本学习能力，这使得该种技术可以很好的用于泄漏检测。目前，已有相关学者通过接收管道正常运行时和泄漏时的振动信号，并对信号进行处理，使用支持向量机的方法对样本进行识别和分类，从而实现管道泄漏判断。该种方法虽然具有很强的适应性，且分类识别精度较高，如何对核函数进行合理的选择仍是制约检测精度的关键。
2.4神经网络检测法
该种方法主要是通过建立管道泄漏时上下游压力信号的映射关系，来实现管道泄漏检测的目的。由于我国大多数油田所生产的原油具有凝点高的特性，所以只能通过加热和加压输送，所以埋地管道的工况会出现多次变化，导致泄漏检测难度相对较大，而神经网络检测法能很好的适应工况变化条件下的信号特征，使得该种技术十分适合我国原油管道。
2.5波变换法
该种方法是在上世纪80年代发展起来的一种时频分析技术，利用该种技术可以对原油管道的泄漏信号进行处理、去燥，并能很好的提取出管道泄漏信号的特征，以此达到泄漏识别的目的。虽然管道泄漏时压力会出现突变，但是由于受到客观因素的影响，使得突变信号的噪声相对较大，这使得其它泄漏检测技术精度严重减低，而是用小波变换法能很好的去除噪声干扰，从而提高检测精度
2.6经验模态分解检测法
该种方法是从管道上下游接受的泄漏信号中，分离出较多的固有模态函数和一个残余分量，并进一步对这些信号进行分析处理，从而得到有效的泄漏信息，以此实现对管道的识别和定位。与小波分析法相对，具有很强的自适应性，且不需要对基函数进行选择。当管道泄漏信号存在采集频率过高，会导致该技术不能准确判断拐点问题的出现。
结束语
总之，就目前管道检测技术的发展来说，单一的方法很难准确的定位泄漏位置，应根据具体的工程场地条件及检测方法特点，结合多种方法对可能发生破裂的管道去检测更加准确。同时利用现代技术条件，加大技术研发力度，对管道破坏产生的地球物理场参数进行有效检测，确立有效敏感的地球物理参数，利用地表及管道内外表面条件，实现地表快速检测和管道实时监控，开发快速检测和定位仪器设备，这是未来管道泄漏检测技术发展的重要方向。其目标是对泄漏管道的快速定位，确保管道使用的安全。
参考文献
[1]黄悦.基于分布式光纤的水下管道泄漏检测定位及数据分析方法[D].中国计量学院，2016.
[2]李建.石油工业中长距离原油运输管道的泄漏检测方法以及清洗技术分析[J].石化技术，2016，23（02）：16.
[3]周雪.埋地石油管道泄漏检测与定位技术研究[J].山东工业技术，2015，（15）：22.
[关键词]原油管道；泄漏检测；技术
中图分类号：TE973 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0167-01
引言
由于原油管道大多数都布设在地表以下，可能会出现人工布设不当的损坏以及在长时间的使用过程中会出现自然腐蚀或人为破坏等情况，容易导致管道内气体的泄漏，从而造成重大的财产损失，对社会安定造成严重影响。所以加强管道的泄漏检测和定位研究，及时采取有效措施，减少原油泄漏对环境的污染，避免安全事故的发生，保证管道的正常工作具有十分重要意义。
1、管道泄漏的原因
1.1外力影响
外力影响主要有三个方面：管道占压、第三方施工破坏和打孔盗油。管道占压：输原油管体大部分埋藏在地下，当管道上方存在违章建筑物时，如果占压物和地基被损坏下沉，则不均匀的沉降对被占压的管道产生一定的作用力，导致管体的受损破裂；第三方施工破坏：在项目施工过程中造成的管道本体损坏，包括地质勘探钻破管体导致油品的泄漏，推土机、挖掘机损坏管道，钻穿管道管网与市政工程交叉处引起的管道变形等；打孔盗油：不法分子受利益驱使，非法在输油管道上方凿孔，私自安装支路管线将油品用罐车运走的违法行为。这几个方面在一定程度上都对管体造成破坏，致使原油泄漏爆炸，不仅造成油品的损失和环境的污染，还会给生命财产造成极大的伤害和损失。
1.2管道腐蚀
腐蚀是管道失效的主要形式。管道腐蚀形成的因素包括差异充气、杂散电流、细菌、应力与疲劳、金属材料不均匀等。管道的内外腐蚀、开裂、防腐层老化等因素都会造成原油的泄漏。特别是在东北地区，很多老管线运营时间较长，防腐层老化严重，通过检测均发现大面积腐蚀缺陷，很多管段无法进行内部检测，现已成为高风险地段，存在极大的安全隐患。另外，由于站外部分管道本体的开裂，很难在第一时间发现泄漏点，给检测定位带来极大的困难。
1.3环境影响
气候变化影响地质中土壤的生长环境，土层的热胀冷缩引发土地结构越来越不均匀，导致输油管道的沉降度不稳定，管道切口受力不均匀，管道切口一旦崩开，就会出现管线泄漏。冬季东北地区寒冷，有些城市的气温甚至降到零下三四十度，埋在土壤中的输油管道因為温度的下降造成管体冻裂，造成管线泄漏。
1.4人为破坏因素
人为破坏造成埋地管道泄漏的事故也时有发生，主要存在两种情况：一是，埋地管道在原油输送过程中，受到不法分子的窃取导致管道破坏；例如2003年12月19日，兰成渝成品油管道由于打孔盗油而造成了管道的爆裂，喷出油柱高达10米，损失数百万。二是，人们进行生产活动和工程建设过程中，石油天然气埋地管道的泄漏原因及检测方法分析因重视度不够，直接或间接对埋地管道造成破坏等。例如2005年11月28日，义马-郑州埋地燃气管道在荥阳市李克寨村被挖掘机挖开为70mm×90mm的裂口；以及2010年7月16日，因第三方公司违规向管道中注入脱硫剂，中石油大连新港输油管线发生爆炸，造成新大线紧急停输，泄漏原油3000吨，50平方公里海域受污染。
2、基于软件的泄漏检测与定位技术
2.1负压波法
如果原油管道存在泄漏问题，则在泄漏点处，原油的密度就会产生一定的变化，进而导致管道的压力出现变化，由于管道内原油资源的流速并不会立即产生变化，所以泄漏点处与管道其它位置将会出现压差，这部分压差会沿管道传播，该部分传播的压差就成为负压波，通过安装在管道上下游的负压波检测接受装置，即可判断是否存在泄漏，同时，根据上下游检测装置接受负压波的压差，即可判断泄漏位置。在使用该种技术时，并不需要建立管道数学模型，其原理较为简单，适用范围也相对较广，大多数管道公司都使用该种技术进行泄漏检测和定位，但该种技术对于微小泄漏的检测精度和准确度较差，一定程度上制约了该种技术的发展。
2.2互相关分析法
由于大多数管道材料都具有一定的弹性，所以在原油资源泄漏时，由于流体压力的变化会使得管道产生了一定的弹性波，通过安装在管道上下游的弹性波检测装置，并建立弹性波的互相关函数，即可获取管道的泄漏位置信息。该种技术是由振动、信号处理等多学科交叉而成，由于在使用该种技术时并不需要建立专门的数学模型，其计算量相对较小，使得该技术具有很大的发展前景，但是该种技术与负压波法一样，对于微小泄漏的检测精度和准确度都相对较差。
2.3支持向量机检测法
对于原油管道而言，其在运行阶段的泄漏次数相对较少，导致泄漏样本也相对较少，在另一方面，支持向量机的方法具有很强的小样本学习能力，这使得该种技术可以很好的用于泄漏检测。目前，已有相关学者通过接收管道正常运行时和泄漏时的振动信号，并对信号进行处理，使用支持向量机的方法对样本进行识别和分类，从而实现管道泄漏判断。该种方法虽然具有很强的适应性，且分类识别精度较高，如何对核函数进行合理的选择仍是制约检测精度的关键。
2.4神经网络检测法
该种方法主要是通过建立管道泄漏时上下游压力信号的映射关系，来实现管道泄漏检测的目的。由于我国大多数油田所生产的原油具有凝点高的特性，所以只能通过加热和加压输送，所以埋地管道的工况会出现多次变化，导致泄漏检测难度相对较大，而神经网络检测法能很好的适应工况变化条件下的信号特征，使得该种技术十分适合我国原油管道。
2.5波变换法
该种方法是在上世纪80年代发展起来的一种时频分析技术，利用该种技术可以对原油管道的泄漏信号进行处理、去燥，并能很好的提取出管道泄漏信号的特征，以此达到泄漏识别的目的。虽然管道泄漏时压力会出现突变，但是由于受到客观因素的影响，使得突变信号的噪声相对较大，这使得其它泄漏检测技术精度严重减低，而是用小波变换法能很好的去除噪声干扰，从而提高检测精度
2.6经验模态分解检测法
该种方法是从管道上下游接受的泄漏信号中，分离出较多的固有模态函数和一个残余分量，并进一步对这些信号进行分析处理，从而得到有效的泄漏信息，以此实现对管道的识别和定位。与小波分析法相对，具有很强的自适应性，且不需要对基函数进行选择。当管道泄漏信号存在采集频率过高，会导致该技术不能准确判断拐点问题的出现。
结束语
总之，就目前管道检测技术的发展来说，单一的方法很难准确的定位泄漏位置，应根据具体的工程场地条件及检测方法特点，结合多种方法对可能发生破裂的管道去检测更加准确。同时利用现代技术条件，加大技术研发力度，对管道破坏产生的地球物理场参数进行有效检测，确立有效敏感的地球物理参数，利用地表及管道内外表面条件，实现地表快速检测和管道实时监控，开发快速检测和定位仪器设备，这是未来管道泄漏检测技术发展的重要方向。其目标是对泄漏管道的快速定位，确保管道使用的安全。
参考文献
[1]黄悦.基于分布式光纤的水下管道泄漏检测定位及数据分析方法[D].中国计量学院，2016.
[2]李建.石油工业中长距离原油运输管道的泄漏检测方法以及清洗技术分析[J].石化技术，2016，23（02）：16.
[3]周雪.埋地石油管道泄漏检测与定位技术研究[J].山东工业技术，2015，（15）：22.