長輸成品油管道水上溢油攔截技術

燕朝果　鄒紹維

摘要：長輸成品油管道穿越河流水域鋪設過程中，受周圍復雜水環境條件的影響往往會有較大的溢油風險，為提高成品油管道水上溢油攔截能力，引入新型溢油監測系統，確保管道泄漏時及時發現并科學處置溢油，減少事故對環境造成的破壞，進一步提高管道企業水域應急處置能力和突發環境事件的響應速度。

關鍵詞：成品油管道;水上;溢油;監測攔截技術

引言

隨著經濟的快速發張，成品油管道的需求快速增長，但是目前煉廠在我國的分布不能滿足對成品油的高需求，成品油管道的鋪設里程和覆蓋范圍也逐年增多，成品油管道穿越長江、黃河等諸多水系，存在著較大的溢油風險，溢油污染對河流水域、水體生物等均存在一定的損害，包括因油的化學成份引起的毒害性和物理性質引起的污染和室息，在海洋石油的開采過程中，鉆井和采油平臺井噴、平臺火災、海底輸油管線破裂、油輪碰撞擱淺等情況也時有發生，沿海煉油廠及其它石油工業排放的含油污水亦會污染附近海域。世界范圍內發生了許多涉及石油泄漏的嚴重事故。數百萬噸的石油泄漏到海洋、湖泊和河流中，不僅造成了巨大的經濟損失，而且給周圍的生態環境帶來了近乎毀滅性的災難。油品污染也成為威脅世界生態系統的主要因素，油品泄漏后，在液體表面張力的影響下，油會在水面上迅速擴散。成品油對水體質量的影響體現在：①其成分具有一定的化學毒性;②具有干擾生物的物理作用。物理效應主要是破壞水生生物的正常生存環境。一般來說，油的密度比水低，在水中的溶解度小，因此容易覆蓋。水面上形成的薄膜層一方面阻礙了水中氧氣的溶解和交換。另一方面，由于油膜的生物降解和自身氧化，溶解在水中的氧氣被大量消耗，導致水體缺氧;敏感地區將嚴重威脅沿線流域的人類群體生命、生態環境和水系生物以及旅游資源。此外，溢油造成的生態破壞和負面影響，在短時間內無法消除。我國成品油管道發展年限短，對河流溢油應急響應經驗不足，對泄漏過程沒有深入研究，應急響應技術、設備和技能相對薄弱，特別是在泄漏檢測、監測技能和應急預案方面針對性不強。結合近年來發生的河流溢油事故處理經驗，在現有技術和設備的基礎上，實施了一套新型的溢油監測系統，并能及時準確地進行早期預警。

1水上溢油攔截技術

管道壓力波動檢測和人工現場巡線是發現成品管道泄漏油品的最重要方法，但這兩種方法對及時、及早發現泄漏影響不大。第一，即使壓力表的精度和重復性要求非常高，小泄漏引起的管道壓力波動也不明顯，很難通過壓力監測判斷是否發生泄漏;二是泄漏油品隨水流漂移，管區難以判斷是否有泄漏。根據成品油接頭段的泄漏油品特點和目前的技術現狀，結合輸油管道的實際情況，提出在基準監測模式下選擇溢油監測技術，以檢測成品油泄漏。

1.1定點監測模式

定點監測法是指將油污傳感器緊固在檢測水域內進行監測的方法。可實現24小時在線監控，自動報警。同時，無線網絡與系統軟件相連，實現遠程報警和數據及圖像的采集與傳輸以及其他功能。油污傳感器的固定結構需要根據水環境進行設置，可以是碼頭、橋梁、浮筒或自制固定架。

1.2系統構成

溢油監測報警系統分為硬件設備和軟件系統兩部分。硬件設備包括油污監測儀、數據處理器、聲光報警器、監控攝像頭等，軟件系統包括數據采集系統和通訊傳輸。該系統采用分布式控制結構，具有安裝靈活、通用性強、測量數據靈敏度高等特點。LED紫外線溢油監測儀是該系統的中央監控設備，它是一種集成了LED光源和檢測器的非接觸式油液監測設備，測量靈敏度監測的油膜厚度僅為10μm，同時具有良好的通訊交互功能，可直接與PLC或PC機連接，實現有線和無線通訊。設備的安裝高度在水面以上約0.2-3米處，可安裝在近海、淺海、海洋、河流、開闊水域等環境，也可安裝在海上石油鉆井平臺、碼頭、大型罐區和煉油廠等制造區域。攔截水上溢油技術的特點是，在系統可能泄漏并造成污染的地區，終端與監控中心之間的通信鏈路，及時向監控中心傳輸監控信息數據。監控中心安裝河流電子地圖顯示系統，系統與終端相連，現場設備監控的區域在系統上適當顯示。監測人員可以隨時查看各監測器的實時狀態，如果出現泄漏油品超過設定的限值，系統可實現三重報警。一是現場安裝聲光報警器;二是在監控中心的電子流程圖上觸發報警;二是在移動便攜式通信設備上發送溢油警報信息。分布式安裝油污監測報警終端，集合油污監測網絡，通過數據處理融合油污監測技術，實現不受天氣影響的水體油污實時遠程監測和報警監控區域。

2溢油監測技術在國內應用現狀

2.1國內三大石油公司溢油監測手段

中國石油投資建造了“中油應急101”多功能工作船裝備有“荷蘭SEADARQ雷達溢油監視系統”。中海油在天津塘沽、遼寧綏中、山東龍口、廣東惠州、廣東珠海、廣東深圳和廣西潿洲島籌備建造的衛星基地已順利投入使用。覆蓋中國整個海域的溢油應急響應服務網絡，提高了中海油溢油預警和處置能力。建造了“海洋石油252”和“海洋石油253”專業溢油應急環保船，兩艘環保船均配備有“荷蘭SEADARQ雷達溢油監視系統”，能主動監測海面溢油。中國石化勝利油田海洋石油船舶中心目前配備兩艘專業溢油回收船——勝利502船、勝利503船，勝利503船上還安裝了一套“荷蘭SEADARQ雷達溢油監視”。目前，中國石化正在依托青島安全工程研究院和勝利油田研發適用于海上平臺的固定式雷達組網溢油監測技術，該技術可實現多個監測點周圍2～5海里范圍的全天候、實時、高效的溢油監測，以彌補衛星、航空和航海溢油監測的時空限制，實現較大范圍的區域性溢油監測。

2.2國內其他應用案例

國家海洋局北海分局于2011年8月18日在蓬萊19-3油田B平臺安裝了首套雷達溢油監測系統，以提升對北海區海上石油平臺的監管能力，該裝置可全天候監測平臺周邊3.5km半徑范圍內的溢油，已于2011年年底投入運行。我國長江船舶設計院分別為中海油服、青島海事局、廣西海事局和浙江海事局設計了溢油監測船舶各一艘，其中中海油服所定制的溢油監測船已投人使用，這些溢油監測船的設計方案中的溢油監測設備均為“荷蘭SEADARQ雷達溢油監視系統”。

3系統實驗驗證

3.1監測油品種類

取4個容量為3L的玻璃燒杯（底部放置黑色袋子），分別注入2L清水，與顯示器底部（發射面和接收面）的垂直距離為1.2m，以便將所有光點注入燒杯口。分別滴入等量的4種油品，油品迅速擴散，在水面形成薄薄的油膜。光斑照射油膜，計算機軟件讀取數據，并每10秒記錄一次數據。圖1是根據差值制作的。可以看出，溢油監測器對柴油、汽油、燃油、污油和其他不同油品具有良好的分辨率。

3.2監測靈敏度

取一個容量為3L的玻璃燒杯（底部放置一個黑色的袋子），注入2L清水，與顯示器底部（發射和接收面）的垂直距離為1.2m，使所有光點都注入燒杯口。取性能相對穩定的θ1號柴油，用針管將油一滴一滴慢慢加入燒杯中，用玻璃棒輕輕攪拌每一滴，使油膜均勻地分布在水面上。用燈照射油膜，計算機軟件讀取數據，分別滴1滴、3滴、5滴、10滴和5ml時記錄數據。燒杯中的水表面積約為200cm2，一滴油的體積約為0.025ml，相應的油膜厚度約為125μm、3.75μm、6.25μm、125μm和250μm。可監測設備μm級油膜是否一致。如圖2所示，根據實驗結果，添加少量柴油可以提高該值。隨著液滴量的不斷增加，該值大大增加。可以看出，溢油監測器對監測油膜厚度具有較高的靈敏度。

4現場應用安裝

川渝成品油管道沿線經過了綦江、沱江流域最終匯入長江，面臨著較大的溢油風險，根據監測設備情況，選取過河管道沿線的幾個典型點進行現場實地考察，確定了溢油攔截監測終端油膜監測器的安裝位置和方案。本年度西南成品油管道開展溢油攔截方案研究，以管道穿越綦江流域為例，選擇設備安裝地點位于管道下游4.2公里界石水電站，現場水流平緩并筑有大壩適合監測儀器的安裝，可以長期安全使用。通過多次溢油回收演練，與界石水電廠建立了聯動機制，在監測到溢油擴散時，可以將警報信息發送給界石水電站人員緊急關閉，同時搶險人員可以在1小時內完成下游多道圍油欄的拉設，對現場的溢油擴散攔截和緊急救援都起到良好的警示作用。

5結束語

目前，成品油管道泄漏油品事故主要通過管道壓力波動監測和人工巡線檢測，準確性和準時性不理想。針對這種情況，本文提出了一種新型的溢油攔截技術，并進行了實驗系統驗證和現場應用。得出以下結論：①溢油攔截技術對柴油、汽油、取暖油、臟油等多種油品效果良好。用于監測油膜厚度的分辨率強、靈敏度高;②溢油監測技術能否及時準確地檢測到溢油，主要受河道面積、河寬、流速、季節、風向等因素影響;③LED紫外線泄漏油品監測，根據設備的特點，安裝地點應滿足以下條件：由于設備數量有限，單套設備的監測面積有限，流量不應太寬。如果流量過大，可能達不到監聽攔截的效果;平時河道水位變化不宜過大，不應超過3.5m;選擇不通航的河段，如果船只太多，設備很容易受到損害。溢油截流技術的應用大大提高了管道泄漏及時發現的準時性和準確性，有助于提高管道企業應急響應能力和處理跨江環境事故的速度，改善成品油管道，從而減少事故影響生態破壞。

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