长输成品油管道水上溢油拦截技术

燕朝果　邹绍维

摘要：长输成品油管道穿越河流水域铺设过程中，受周围复杂水环境条件的影响往往会有较大的溢油风险，为提高成品油管道水上溢油拦截能力，引入新型溢油监测系统，确保管道泄漏时及时发现并科学处置溢油，减少事故对环境造成的破坏，进一步提高管道企业水域应急处置能力和突发环境事件的响应速度。

关键词：成品油管道;水上;溢油;监测拦截技术

引言

随着经济的快速发张，成品油管道的需求快速增长，但是目前炼厂在我国的分布不能满足对成品油的高需求，成品油管道的铺设里程和覆盖范围也逐年增多，成品油管道穿越长江、黄河等诸多水系，存在着较大的溢油风险，溢油污染对河流水域、水体生物等均存在一定的损害，包括因油的化学成份引起的毒害性和物理性质引起的污染和室息，在海洋石油的开采过程中，钻井和采油平台井喷、平台火灾、海底输油管线破裂、油轮碰撞搁浅等情况也时有发生，沿海炼油厂及其它石油工业排放的含油污水亦会污染附近海域。世界范围内发生了许多涉及石油泄漏的严重事故。数百万吨的石油泄漏到海洋、湖泊和河流中，不仅造成了巨大的经济损失，而且给周围的生态环境带来了近乎毁灭性的灾难。油品污染也成为威胁世界生态系统的主要因素，油品泄漏后，在液体表面张力的影响下，油会在水面上迅速扩散。成品油对水体质量的影响体现在：①其成分具有一定的化学毒性;②具有干扰生物的物理作用。物理效应主要是破坏水生生物的正常生存环境。一般来说，油的密度比水低，在水中的溶解度小，因此容易覆盖。水面上形成的薄膜层一方面阻碍了水中氧气的溶解和交换。另一方面，由于油膜的生物降解和自身氧化，溶解在水中的氧气被大量消耗，导致水体缺氧;敏感地区将严重威胁沿线流域的人类群体生命、生态环境和水系生物以及旅游资源。此外，溢油造成的生态破坏和负面影响，在短时间内无法消除。我国成品油管道发展年限短，对河流溢油应急响应经验不足，对泄漏过程没有深入研究，应急响应技术、设备和技能相对薄弱，特别是在泄漏检测、监测技能和应急预案方面针对性不强。结合近年来发生的河流溢油事故处理经验，在现有技术和设备的基础上，实施了一套新型的溢油监测系统，并能及时准确地进行早期预警。

1水上溢油拦截技术

管道压力波动检测和人工现场巡线是发现成品管道泄漏油品的最重要方法，但这两种方法对及时、及早发现泄漏影响不大。第一，即使压力表的精度和重复性要求非常高，小泄漏引起的管道压力波动也不明显，很难通过压力监测判断是否发生泄漏;二是泄漏油品随水流漂移，管区难以判断是否有泄漏。根据成品油接头段的泄漏油品特点和目前的技术现状，结合输油管道的实际情况，提出在基准监测模式下选择溢油监测技术，以检测成品油泄漏。

1.1定点监测模式

定点监测法是指将油污传感器紧固在检测水域内进行监测的方法。可实现24小时在线监控，自动报警。同时，无线网络与系统软件相连，实现远程报警和数据及图像的采集与传输以及其他功能。油污传感器的固定结构需要根据水环境进行设置，可以是码头、桥梁、浮筒或自制固定架。

1.2系统构成

溢油监测报警系统分为硬件设备和软件系统两部分。硬件设备包括油污监测仪、数据处理器、声光报警器、监控摄像头等，软件系统包括数据采集系统和通讯传输。该系统采用分布式控制结构，具有安装灵活、通用性强、测量数据灵敏度高等特点。LED紫外线溢油监测仪是该系统的中央监控设备，它是一种集成了LED光源和检测器的非接触式油液监测设备，测量灵敏度监测的油膜厚度仅为10μm，同时具有良好的通讯交互功能，可直接与PLC或PC机连接，实现有线和无线通讯。设备的安装高度在水面以上约0.2-3米处，可安装在近海、浅海、海洋、河流、开阔水域等环境，也可安装在海上石油钻井平台、码头、大型罐区和炼油厂等制造区域。拦截水上溢油技术的特点是，在系统可能泄漏并造成污染的地区，终端与监控中心之间的通信链路，及时向监控中心传输监控信息数据。监控中心安装河流电子地图显示系统，系统与终端相连，现场设备监控的区域在系统上适当显示。监测人员可以随时查看各监测器的实时状态，如果出现泄漏油品超过设定的限值，系統可实现三重报警。一是现场安装声光报警器;二是在监控中心的电子流程图上触发报警;二是在移动便携式通信设备上发送溢油警报信息。分布式安装油污监测报警终端，集合油污监测网络，通过数据处理融合油污监测技术，实现不受天气影响的水体油污实时远程监测和报警监控区域。

2溢油监测技术在国内应用现状

2.1国内三大石油公司溢油监测手段

中国石油投资建造了“中油应急101”多功能工作船装备有“荷兰SEADARQ雷达溢油监视系统”。中海油在天津塘沽、辽宁绥中、山东龙口、广东惠州、广东珠海、广东深圳和广西涠洲岛筹备建造的卫星基地已顺利投入使用。覆盖中国整个海域的溢油应急响应服务网络，提高了中海油溢油预警和处置能力。建造了“海洋石油252”和“海洋石油253”专业溢油应急环保船，两艘环保船均配备有“荷兰SEADARQ雷达溢油监视系统”，能主动监测海面溢油。中国石化胜利油田海洋石油船舶中心目前配备两艘专业溢油回收船——胜利502船、胜利503船，胜利503船上还安装了一套“荷兰SEADARQ雷达溢油监视”。目前，中国石化正在依托青岛安全工程研究院和胜利油田研发适用于海上平台的固定式雷达组网溢油监测技术，该技术可实现多个监测点周围2～5海里范围的全天候、实时、高效的溢油监测，以弥补卫星、航空和航海溢油监测的时空限制，实现较大范围的区域性溢油监测。

2.2国内其他应用案例

国家海洋局北海分局于2011年8月18日在蓬莱19-3油田B平台安装了首套雷达溢油监测系统，以提升对北海区海上石油平台的监管能力，该装置可全天候监测平台周边3.5km半径范围内的溢油，已于2011年年底投入运行。我国长江船舶设计院分别为中海油服、青岛海事局、广西海事局和浙江海事局设计了溢油监测船舶各一艘，其中中海油服所定制的溢油监测船已投人使用，这些溢油监测船的设计方案中的溢油监测设备均为“荷兰SEADARQ雷达溢油监视系统”。

3系统实验验证

3.1监测油品种类

取4个容量为3L的玻璃烧杯（底部放置黑色袋子），分别注入2L清水，与显示器底部（发射面和接收面）的垂直距离为1.2m，以便将所有光点注入烧杯口。分别滴入等量的4种油品，油品迅速扩散，在水面形成薄薄的油膜。光斑照射油膜，计算机软件读取数据，并每10秒记录一次数据。图1是根据差值制作的。可以看出，溢油监测器对柴油、汽油、燃油、污油和其他不同油品具有良好的分辨率。

3.2监测灵敏度

取一个容量为3L的玻璃烧杯（底部放置一个黑色的袋子），注入2L清水，与显示器底部（发射和接收面）的垂直距离为1.2m，使所有光点都注入烧杯口。取性能相对稳定的θ1号柴油，用针管将油一滴一滴慢慢加入烧杯中，用玻璃棒轻轻搅拌每一滴，使油膜均匀地分布在水面上。用灯照射油膜，计算机软件读取数据，分别滴1滴、3滴、5滴、10滴和5ml时记录数据。烧杯中的水表面积约为200cm2，一滴油的体积约为0.025ml，相应的油膜厚度约为125μm、3.75μm、6.25μm、125μm和250μm。可监测设备μm级油膜是否一致。如图2所示，根据实验结果，添加少量柴油可以提高该值。随着液滴量的不断增加，该值大大增加。可以看出，溢油监测器对监测油膜厚度具有较高的灵敏度。

4現场应用安装

川渝成品油管道沿线经过了綦江、沱江流域最终汇入长江，面临着较大的溢油风险，根据监测设备情况，选取过河管道沿线的几个典型点进行现场实地考察，确定了溢油拦截监测终端油膜监测器的安装位置和方案。本年度西南成品油管道开展溢油拦截方案研究，以管道穿越綦江流域为例，选择设备安装地点位于管道下游4.2公里界石水电站，现场水流平缓并筑有大坝适合监测仪器的安装，可以长期安全使用。通过多次溢油回收演练，与界石水电厂建立了联动机制，在监测到溢油扩散时，可以将警报信息发送给界石水电站人员紧急关闭，同时抢险人员可以在1小时内完成下游多道围油栏的拉设，对现场的溢油扩散拦截和紧急救援都起到良好的警示作用。

5结束语

目前，成品油管道泄漏油品事故主要通过管道压力波动监测和人工巡线检测，准确性和准时性不理想。针对这种情况，本文提出了一种新型的溢油拦截技术，并进行了实验系统验证和现场应用。得出以下结论：①溢油拦截技术对柴油、汽油、取暖油、脏油等多种油品效果良好。用于监测油膜厚度的分辨率强、灵敏度高;②溢油监测技术能否及时准确地检测到溢油，主要受河道面积、河宽、流速、季节、风向等因素影响;③LED紫外线泄漏油品监测，根据设备的特点，安装地点应满足以下条件：由于设备数量有限，单套设备的监测面积有限，流量不应太宽。如果流量过大，可能达不到监听拦截的效果;平时河道水位变化不宜过大，不应超过3.5m;选择不通航的河段，如果船只太多，设备很容易受到损害。溢油截流技术的应用大大提高了管道泄漏及时发现的准时性和准确性，有助于提高管道企业应急响应能力和处理跨江环境事故的速度，改善成品油管道，从而减少事故影响生态破坏。

参考文献：

[1]陈大海.一种水上溢油的收集装置和水上溢油的拦截及收集围栏：，CN209958310U[P].2020.

[2]石宁，陈荣昌.水上溢油应急处置全过程技术标准体系现状及完善建议[J].交通节能与环保，2018，14（5）：3.

[3]吴良为.长输成品油管道完整性管理技术[J].化工设计通讯，2018，44（9）：1.郝勇.长输成品油管道PID控制工程实践[D].中国石油大学（北京），2020.

[4]张华欣，李玉婷，焦春晖.复杂成品油管道水力系统主要控制技术探究[J].中国化工贸易，2020.

[5]杨清云，齐晖.成品油长输管道泄漏检测技术研究[J].2021（2018-1）：31-32.

[6]肖辉，志文.管道水下溢油运动特征二维模型试验研究[J].水道港口，2020，v.41;No.192（05）：27-30.

[7]贺超.复杂成品油管道水力系统主要控制技术分析[J].2021（2017-7）：216-216.