劉文會，張 豐，王 軍，滕延平，邵 建，劉振斌，張 鑫，劉兵兵，馬宏宇

(1.國家管網(wǎng)集團北方管道公司 管道科技研究中心，河北 廊坊 065000；2.國家管網(wǎng)集團北方管道公司 北京(呼和浩特)輸油氣分公司，呼和浩特 010000；3.國家管網(wǎng)集團北方管道公司，河北 廊坊 065000；4.國家管網(wǎng)集團北方管道公司 山東輸油有限公司，山東 日照 276800)

打孔盜油氣是國內(nèi)管道運營企業(yè)面臨的突出的安全風險之一。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)近10年公開報道的管道安全事故，外部風險因素是引起管道事故的主要原因，其中人為影響(偷盜油氣)引起的事故占10%[1]。打孔盜油問題給管道企業(yè)帶來的風險主要有以下3個方面[2-3]：①打孔盜油給管道企業(yè)帶來了嚴重安全隱患。盜油分子實施盜油焊接作業(yè)往往時間倉促，焊接質(zhì)量低下，很容易發(fā)生油氣泄漏事故，導致嚴重環(huán)保事件。②打孔盜油事件可導致重大直接經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，某公司已經(jīng)發(fā)生打孔盜油事件上萬次，直接經(jīng)濟損失巨大。③打孔盜油事件可導致管道運營公司面臨巨大社會輿論壓力，產(chǎn)生惡劣社會影響。

近年來，各管道運行企業(yè)對打孔盜油氣的預防與檢測開展了大量的監(jiān)檢測技術(shù)研究，目前主要的監(jiān)檢測技術(shù)有管道安全預警技術(shù)和管道泄漏監(jiān)測技術(shù)，它們是保障管道安全運行、降低管道泄漏損失和后果的重要監(jiān)檢測。此外，利用管道內(nèi)檢測或者外檢測技術(shù)也可以對打孔盜油進行識別。然而，各類技防措施在實際的生產(chǎn)應(yīng)用中均存在技術(shù)局限性。本文對目前國內(nèi)已有的打孔盜油氣監(jiān)檢測技術(shù)的技術(shù)原理及在生產(chǎn)時間中應(yīng)用的優(yōu)缺點進行了綜述，并進行了技術(shù)展望。

1 打孔盜油氣類型

常見的打孔盜油氣作業(yè)方式主要有焊接式、抱箍式、鋼釬式和粘接式[2-3]。

1)焊接式。焊接式盜油閥是目前最為常見的盜油方式，盜油分子在挖開的管道上面直接焊接一短管，短管帶有螺紋，通過螺紋連接安裝一個長度小于20 cm的鉆孔控制閥，然后打盜油孔，盜油分子根據(jù)需要的長短，在鉆孔控制閥門上裝上一定長度的管子，管子末端再裝一個放油控制閥。此種盜油裝置安裝兩個閥門，鉆孔控制閥通常打開，盜油分子通過操作放油控制閥來盜取原油。

2)抱箍式。盜油分子一般用較大規(guī)格的扁鋼(一般寬12～300 mm)，做成環(huán)形管卡狀盜油裝置，扁鋼上焊接短節(jié)，短節(jié)上帶有螺紋，螺紋連接安裝上盜油閥門，利用鉛塊容易擠壓變形的特點作為密封，通過擰緊環(huán)形管卡狀裝置兩端的螺絲，使盜油裝置嚴密貼合在管道上，然后打孔盜油。

3)鋼釬式。盜油分子用較粗(一般為DN 32 mm左右)有一定長度的無縫鋼管制成一釬頭帶錐度的鋼釬，在錐頭側(cè)面開孔，在釬尾安裝一旁通閥。盜油分子通過用特制鉆頭在管道上開一未穿透孔，再通過機械外力將鋼釬打人管道，進行盜油。

4)粘接式。盜油分子把盜油閥通過墊板直接粘接在管道上，再開孔盜油。

2 監(jiān)檢測技術(shù)

目前，對油氣管道打孔盜油氣的檢測與識別監(jiān)檢測技術(shù)有管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)、管道光纖預警系統(tǒng)、管道內(nèi)檢測技術(shù)、外檢測技術(shù)等。

2.1 管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)

管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)是目前打孔盜油氣識別的主要技術(shù)，目前國內(nèi)油氣管道正在使用的泄漏監(jiān)測系統(tǒng)[4]主要為負壓波法、音波法和流量平衡法，以及這3種方法的復合方法。其中負壓波法的技術(shù)原理[5]是采集管道沿線各站場和閥室的壓力、流量等管道運行參數(shù)，通過監(jiān)測管道泄漏所產(chǎn)生的負壓波和流量輸差進行管道泄漏事件的識別和定位。負壓波檢漏定位原理如圖1所示[6]。

圖1 負壓波檢漏定位原理

圖1中，X為泄漏點至首端距離，m；L為管道長度，m；a為負壓波在管道中的傳播速度，m/s；t1為負壓波到達首端的時刻；t2為負壓波到達末端的時刻。

管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)成為輸油管道重要的監(jiān)測系統(tǒng)。在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，管道泄漏檢測系統(tǒng)可實時識別定位出管道油氣泄漏時間和泄漏的大體位置，結(jié)合現(xiàn)場排查確定是否為打孔盜油。但對于打孔盜油等泄漏量小很小的情況，該系統(tǒng)的預警和定位存在一定的誤差，存在漏報或者誤報。

2.2 管道光纖預警系統(tǒng)

管道光纖預警系統(tǒng)是近幾年發(fā)展起來的一種技術(shù)，其技術(shù)原理[7]是利用與管道同溝敷設(shè)的通信光纜中的光纖作為分布式振動傳感器，監(jiān)測管道伴行光纜沿線的振動信號，實現(xiàn)對第三方施工或人為破壞等管道安全的威脅事件的識別和定位。光纖預警系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

圖2 光纖預警系統(tǒng)工作原理

管道光纖預警系統(tǒng)在實際的生產(chǎn)應(yīng)用中可實時對第三方施工或人為破壞等管道安全的威脅事件的識別和定位，能夠?qū)Υ蚩妆I油氣不法作業(yè)實時監(jiān)測和報警。但受外部干擾較多，漏報警、誤報警率高。此外，對于早期建設(shè)的部分沒有光纖的管道，該技術(shù)無法應(yīng)用。

2.3 管道內(nèi)檢測技術(shù)

管道內(nèi)檢測技術(shù)[8]主要有漏磁檢測、超聲測厚檢測、超聲裂紋檢測、幾何檢測、中心線檢測(inertial measurement unit，IMU)等。管道內(nèi)檢測技術(shù)識別打孔盜油閥門的原理是，通過內(nèi)檢測器檢測安裝盜油閥門時在管壁上形成的孔洞或者外接支管情況來識別盜油閥門。管道內(nèi)檢測器裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示[9]。

圖3 管道內(nèi)檢測器裝置結(jié)構(gòu)

管道內(nèi)檢測技術(shù)在實際生產(chǎn)應(yīng)用中可以識別管道上已經(jīng)存在的打孔盜油閥門或者支管等設(shè)施，但識別時效性較差?！队蜌廨斔凸艿劳暾怨芾硪?guī)范》(GB 32167—2015)[10]規(guī)定內(nèi)檢測時間間隔需要根據(jù)風險評價和上次完整性評價結(jié)果綜合確定，實際生產(chǎn)中管道內(nèi)檢測間隔期約為5～8年。所以內(nèi)檢測技術(shù)不能實時地發(fā)現(xiàn)管道打孔盜油作業(yè)。此外一些管道由于輸量或者管道內(nèi)部環(huán)境因素，導致不能開展內(nèi)檢測。2018年中石油管道公司研制成功打孔盜油專用檢測器，并在日東原油管道線上進行了試用，應(yīng)用效果較好。相較于常規(guī)內(nèi)檢測，打孔盜油專用檢測器的檢測周期有所縮短，但也存在檢測時效性和識別精度的問題。

2.4 管道外檢測技術(shù)

常用的管道外檢測技術(shù)[11]有皮爾遜測試法(Pearson)、多頻管中電流法(PCM)、直流電位梯度法(DCVG)、標準管地電位測試技術(shù)(P/S)、密間隔電位測試法(CIPS/CIS)等。管道外檢測技術(shù)檢測打孔盜油閥門的技術(shù)原理是采用管道防腐層檢漏設(shè)備(PCM)檢測出管道上的外接金屬物的位置及方向，結(jié)合開挖驗證，找出打孔盜油設(shè)施。PCM設(shè)備檢測系統(tǒng)示意圖如圖4所示[12]。

圖4 PCM檢測系統(tǒng)示意圖

在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，管道外檢測技術(shù)可檢測出管道上的外接金屬物，結(jié)合開挖驗證，能夠識別打孔盜油點。但該方法僅限于識別外接支管為金屬管道類型的打孔盜油氣設(shè)施識別，對于黏結(jié)的非金屬管道無法檢出。此外，外檢測作業(yè)一般檢測周期為3年，也存在因檢測周期導致檢測時效性差的問題。

3 技術(shù)展望

隨著智慧管網(wǎng)、智能管道的建設(shè)，長輸管道打孔盜油氣監(jiān)檢測技術(shù)出現(xiàn)了新的研究方向。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

3.1 視頻監(jiān)控識別系統(tǒng)

基于對管道上方第三方活動破壞的監(jiān)測報警，目前視頻監(jiān)控系統(tǒng)在管道上進行了安裝應(yīng)用，尤其是在管道高后果區(qū)，并呈現(xiàn)逐漸增多的態(tài)勢。隨著人工智能在各個行業(yè)的發(fā)展，目前人工智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對管道狀態(tài)的實時監(jiān)測的同時，可同步識別出監(jiān)測范圍內(nèi)的管道的第三方破壞事件，包括對打孔盜油不法作業(yè)的實時識別和報警。但是，受限于視頻監(jiān)控設(shè)施的監(jiān)控范圍以及識別報警算法的精度，視頻監(jiān)控系統(tǒng)識別打孔盜油不法行為報警準確率還有待進一步提升。

3.2 無人機巡護

目前無人機已經(jīng)在農(nóng)業(yè)播種、快遞投運等多個行業(yè)開展了廣泛應(yīng)用。對于一些處于地形復雜的無人區(qū)、原始森林、山川等地域的管道安全管理，可使用無人機進行巡護。通過對管道路由的監(jiān)測識別，可以發(fā)現(xiàn)管道上方的第三方作業(yè)情況，包括實時識別正在進行的打孔盜油不法行為以及通過分析管道路由地形地貌變化、土壤油氣跡象等識別出疑似打孔盜油作業(yè)。但由于無人機自身的續(xù)航里程以及識別分析算法的不成熟，無人機巡護識別打孔盜油行為技術(shù)還需要進一步地技術(shù)研發(fā)。

此外，通過對焊接作業(yè)期間管道電位的變化分析研究，提出可以通過監(jiān)測分析管道電位的變化來識別打孔盜油焊接作業(yè)。現(xiàn)場應(yīng)用表明該技術(shù)可及時識別和報警出焊接類打孔盜油氣作業(yè)。隨著智能化管道建設(shè)，智能測試樁將在管道陰極保護領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，通過智能測試樁監(jiān)測分析管道電位的變化，結(jié)合打孔盜油焊接識別算法，可以及時識別報警出管道上的打孔盜油氣不法作業(yè)，保障管道安全高效運行。