1、 1 毕业设计文献综述 油气储运工程 输油管道泄漏检测与风险评估技术研究 摘要 ： 本文的目的是通过 输油管道泄漏检测与风险评估技术的文献回顾，对国内外相关的输油管道泄漏检测技术进行论述，并进行简单的分析和评论。然后根据文献中的提到的管道泄漏风险的原因，结合管道的泄漏的特点，进行分析和评论，并最终提出自己的一些看法。 关键字： 输油管道；泄漏；检测；风险评价；研究 引言 随着经济社会的快速发展，能源需求增长强劲，油气储运业发展迅速，油品运输方式也越来越多样化，继公路、铁路、水路及空运等方式后，近几十年年来又发展了管道输送 。管道是一种重要的油品输送方式，它具有运营费用低、能耗小、输送系统简单、
2、基建投资少、建设数度块、施工周期短、受地形条件限制少、运输量大等优点，且可以实现连续不断输送，作业安全可靠、效率高，占地少，有利于环境保护和生态平衡。 近年来，我国油气管道输送技术发展迅速，工业化应用及推广水平也在不断提高，特别是在长输管道的科学研究、设计、施工建设等方面具有较强的实力。 我国的长输油管道建设始于 上世纪 50 年代 ， 经过半个实际的发展，目前已形成了较为完善的 管网 ，主要集中 在东北 、 华北 、 新疆 、和 四川等地。 随着国民经济的发展，管 道输油的优点日益突显出来，但其存在的局限性也不可忽视。除了输送物料品种单一、只能单相输送外，管道本身所处位置及其运行特性也决定了
3、管道输送具有较高的风险。例如，输油管道在管理过程中，人为因素和自然因素都可以给管道造成事故隐患，如穿孔泄漏、火灾、凝管等事故，因此油气管道的安全运行对于保障能源的运输乃至于对国民经济的发展至关重要。 目前，我国大部分都是埋地铺设的输油管道，其深度一般都在冻土层以下，当管道因为腐蚀而发生泄漏时，很难被发现，而且不管输油管道哪一处发生泄漏，都必须全线关闭以进行维修。如果管道关闭时间过长 ，则很可能导致冷凝管事故。另外输油管道的埋设地点大部分在野外，穿越农田、河流等地，发生管道泄漏时，会造成严重的环境污染和经济损失，甚至可能会导致严重的火灾或爆炸。 2 本文就管道运输的特点、泄漏现状及其影响因素进行
4、分析，包括造成泄漏的因素及其特点，掌握管道泄漏的规律并加以风险评估。根据管道线路的地质条件、环境而定，划分风险等级，对造成泄漏程度严重的因素采取适宜的技术进行修复以减少经济损失。从而对今后管道防泄漏的发展方向有一个宏观的把握。保我国民经济“地下大动脉”的安全运行都具有十分重要的现实意义。 1 输油管 道泄漏的检测技术 1.1 基于硬件的检漏方法 1.1.1 直接观察法 上世纪 60 年代，在国外已经开始对于管道泄漏漏检测技术开始研究 ,当时已进人商品化阶段，之后立即得到推广使用。我国在管道泄漏检测这一方面，很长一段时间停留在被动的人工分段巡视检测，该法需要消耗大量的人力物力 ,且局限性很大，一
5、般只能通过管道工人丰富的经验或动物的嗅觉来巡查管道 ,通过观察和嗅觉来判断泄漏漏有否发生 ,只有在管道渗漏处地表出现油迹、气味飘散 ,甚至只有当管道附近草木枯死时才会发现管道渗漏 ,该方法不利于事故应急救援。 1.1.2 超声波法 若管道出现泄漏等情况，在管道中的流体将会被干扰，显著的变化的接收电压将会出现在换能器上。可以采集几个泄漏点的电压变化量，勾画出泄漏点与电压变化量的关系曲线，并且通过计算机求解出曲线相应的方程。按这种方式，以接收换能器上变化的检测仪表电压为依据可以及时发现泄漏，进一步根据方程式进行准确定位。压电陶瓷换能器的出现和接收超声波的工作原理如下：当输入电压的频率与谐振频率相符
6、合时，超声波在介质中产生的驻波最强。当管道发生泄漏，接收换能器的电压会立即做出反映，以这种变化为依据发现泄漏，从而按拟合曲线或方程式进一步得到 管道泄漏的位置信息。至于如何进行管道内部移动传感器的检测，因必须要分段停运才能进行检测，而且会产生偏大的定位误差，尤其是泄漏口外形上的差异，影响到泄漏声波的特征。因此从理论上讲，以这种方法来确定泄漏的程度存在一定的难度。另外，操作中需要大量技术人员的问题和信号的记录整理并传输，而且，实际距离同步的问题目前还无法解决。以至于，这种方法已然不能作为优选的检测泄漏技术。 3 1.1.3 放射性示踪剂检漏物法 油气管道的放射性检漏技术是一项已经比较成熟并且进入
7、实用阶段的检测技术 ,该技术是本世纪 50 年代初开发的，在实际应 用中已经取得了良好的经济效益。我国 1968年研究成功静态法检漏 ,1978 年研究成功动态法检漏。输油管道的放射性检漏技术是将放射性标记物 131 碘或 82 溴加入输油管道内 ,当管道发生泄漏时，示踪剂随油品泄漏出并附着于泥土中 ,检测工人通过示踪剂检漏仪 ,在管道内部或地表沿线进行检测 ,并将漏出示踪元素的放射性记录下来。根据记录曲线 ,可迅速找出泄漏部位。对微量泄漏的放射性物质，示踪剂检测技术也有很高的灵敏度 ,并可准确确定泄漏点。 这种方法对微量泄漏检测的灵敏度很高 ,但检测操作周期长 ,不适用于在线实时检测管道运行
8、 ,现在己经很少使用。 1.2 基于软件的检漏法 1.2.1 质量平衡检漏法 当输油管道未发生泄漏情况下，进入管道的油品质量、流量应等于流出管道油品的质量、流量，这样才符合质量守恒定律。当油品泄漏达到一程度时，管道入口与出口将形成明显的流量差。通过多点位检测管道的输入和输出流量 ,并将信号汇总分析，建立质量流量平衡图像，准确的泄漏程度和大致泄漏位置，可以很快根据图像的变化特征来确定。由于多数管道内需要输送不同种类的油品 ,若管道进出分支线路较多 ,则会对泄漏的检测产生影响，如管道流体状态复杂、参数复杂，瞬时流量因素多等。因此 ,该方法在检测分支较多的输油管道时，须采用时间累计平均估计 , 但这
9、会降低检测精确度，并且消耗检测时间较长。泄漏诊断的准确性还受流量计的精度影响。当油品沿管道运行时，其温度、密度和压力可能发生变化。这意味着在某些应用中“进多少出多少”的简单系统是不够完善的，为此质量平衡法检漏法需要配合其他方法联合使用。 1.2.2 压力分布图法 将压力传感器设置在管道沿线的截断阀处，检测中心采集各压力传感器的压力信号，然后对汇总的这些信号进行分析，最终构成该管线的整体压力分布图，泄漏程度和泄漏位置通过压力曲线梯度特征和拐点位 置确定。但是该系统在无泄漏的情况下也可能出现异常的图象特征而产生误报警现象，这是因为大部分输油管道埋设的地理环境复4 杂、 管道支线多 ，管道铺设结构复
10、杂、调泵调阀时操作条件的改变。一般通过考察该压力图象的积分效应来克服管道瞬变流产生畸形压力图象，但这样做的缺陷是延长检测及报警的时间。由于该系统应用于长距离输送管道时，需要布置了较多压力传感器、而且还有信号需要同步传输装备，系统耗资较大，而且沿线的信号采集设备容易人为破坏，所以不太适用。 1.2.3 实时模型法 现代控制技术和数据处理技术正迅速应用到油气管道的故障 诊断系统中 ,目前运用较多的方法有负压波法与实时模型法。它不仅能探测到较小的泄漏，且定位准确。这种方法的工作原理是由一组几个方程建立一个精确的计算机管道实时模型模拟，根据管道中流动的油品，同步于实际的管道。并且能够适当截取模拟管道上
11、的几组实际值 , 如上下游流量。模型采用能量平衡、质量守恒、动量平衡以及流体状态等一系列方程，将以上值代入方程，从而得到管道中流体压力、流量值，然后将这些估计值与实测量值作比较来检漏。但这样的工程需要很大投资。安装复杂控制传感系统在管道的出入口和管线沿线，测量流量及压力，测点越多越好 ，检测精度依赖于模型和硬件精度。该技术的特点也很鲜明：对泄漏的敏感性好，且能较精确对泄漏点进行定位，并对管道进行连续监测。 2 风险评价 风险包括两部分，一是事故发生的可能性（ Likelihood of Failure， LOF）；二是事故后果的严重度（ Consequence of Failure， COF）
12、。风险评估是对具体危险源发生的可能性和可能造成的后果的严重程度、性质等进行定性或定量的评价。从输油管道的泄漏发生可能性和事故后果严重度两方面分析影响其风险的各个因素。 风险评估技术的方法很多，具体的风险评 价方法应根据被评价对象的选择。常用的风险评价技术方法有：风险矩阵法、一般作业危险性评价法、安全检查表法、危险性预分析法、事件树分析法、事故树分析法、危害可操作性研究法、道化学危险指数法、蒙蒙德法等。这些方法有的给出风险评价的定性结果，如高、中、低，有的给出相对的风险数值，大部分是经验方法，有各自的评价模型。本文首先介绍石油工业常用的，最简便可靠的评价方法，如事件数分析法、事故树分析法等。 事
13、故树与事件树正好相反，是针对某一单元或系统，分析发生某一特定顶级事件的5 原因，需要对系统要素（设备）详细分析。某一设备发 生的状态也有成功（ Y）与失败（ N）两种。 其分析的基本步骤为：确定要分析的事件和分析对象系统（顶级事件）；确定事故损失的安全目标值、事故发生概率；调查原因事件，调查与事故有关的各种因素（设备故障、人员失误和环境不良因素）和所有直接原因；编制事故树，从顶级事件起一级一级往下找出所有原因事件，直到最基本的原因事件为止，按其逻辑关系画出事故树；定性分析，按事故树结构进行简化，确定各基本事件的结构重要度；定量分析，找出各基本事件的发生概率，计算出顶级事件的发生概率，求出概率；
14、结论，当事故发生概率超过预定目标值时，研 究降低事故发生概率的所有可能方案，找出消除事故的最佳方案，分析确定采取对策措施的重点和先后顺序，从而得出分析、评价的结论。 3 结论 （ 1） 随着国内石油管道自动化水平的不断提高 ,管道泄漏检测技术的应用也越来越成熟 ,如何充分发挥自动控制系统的功能 ,实现管输石油产品泄漏的自动检测就受到人们的普遍关注 ,在这方面的理论研究和应用都将不断努力。 （ 2） 随着我国管道事业的不断发展，检测技术的应用也在不断的增加，技术也在成熟，应用较多的为负压波法、质量平衡检测法、直接观察法，特别是在油库等短途输送的管道中，基于各种原因 ，直接观察法仍然是主要的管道泄
15、漏检测技术，该更好的应用放射性示踪剂检漏物法等投资小，效果好的监测方法。 （ 3）联合检测技术是直接与间接检测相互配合的检测技术，组成精确度、灵敏度高、安全可靠、经济性俱佳的综合检漏系统 ,体现了输油管道监测自动化程度的提高 ,是地区输油管道渗漏的检测技术发展方向，应投入更多的人力物力。 （ 4） 通过上述的分析，本次论文决定采用风险矩阵法。风险矩阵法通过数据分析和经验，画出风险矩阵图，直接给出输油管道泄漏风险的综合评价结果，更加有利于输油管道泄漏管理部门直观的了解风险状况，并进行风险管 理，合理而及时地进行风险控制决策。 （ 5） 对风险的本质特征作了分析，说明进行输油管道泄漏的风险管理具有
16、提高管理者的决策水平、优化风险成本关系、及时消除风险因素，提高系统的可靠性、完整性和6 安全度、减少突发性灾难事故的发生等的实际意义。 参考文献 1 刘鹏 ,陈保东 ,郭大成 ,张春燕 ,刘少山 ,埋地输油管道腐蚀成因及防护 J.管道技术与设备 ,2008,04期 ,47-48. 2 陈琛 ,吕旭 ,郭发荣 ,刘玉梅 ,董昭 .安塞油田输油管道腐蚀检测技术研究与应用 J.石油化工自动化 ,2009, 14-19. 3 刘 慧芳 ,张鹏 , 周俊杰 ,于林 .油气管道内腐蚀检测技术的现状与发展趋势 J.管道技术与设备 ,2008,05 期 ,46-48. 4 韩春宇 ,甄在慈 ,东黄输油管道泄漏
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