CN113847553A - 一种地埋输油管道渗漏监测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种地埋输油管道渗漏监测***，包括沿输油管道铺设的土壤气收集管道、与土壤气收集管道连通的土壤气检查井和土壤气分析设备，土壤气收集管道预埋在泥土里并位于输油管道外部周围，所述的土壤气收集管道包括多个依次设置的管道单元，部分管道单元或每个管道单元均具有至少一个筛管部，相邻管道单元间通过土壤气检查井连通，土壤气检查井连接管道单元的通气管上均设置控制阀；土壤气分析设备根据工况需要连接对应土壤气检查井的出气管。还公开了采用该***的监测方法。本发明土壤气收集管道结构简单，成本低；安装时对地埋输油管道扰动小；一次监测就可完成一段管道渗漏的排查；可以对输油管道的渗漏规模、位置进行分析。
Description
技术领域
本发明是一种地埋输油管道渗漏监测***及方法，属于输油管道渗漏监测领域，特别适用于长距离地埋输油管道渗漏监测。
背景技术
大部分长距离输油管道属于地埋设施，且设置在远离人类社会的隔壁荒漠中，因其隐蔽性，管道事故初期阶段的腐蚀、开裂引起的渗漏不易被发现。一旦发生油品渗漏，将会产生巨大的经济损失和环境污染，若管道渗漏情况加剧，将进一步产生重大安全风险。
目前长距离地埋输油管道，尤其是年限较长的管道的渗漏监测方法为检查井结合人工巡检的方式，即每个管段的两端设置检查井，检查井内设有专用设备对管道内油品的流量、流速、压力、温度等参数进行实时监测。当发现管段可能存在渗漏时，派遣工人沿管道进行人工巡查。该渗漏监测方法存在较大缺陷，一是，长距离输油管道的管段划分长度很长，通常为数十至数百公里，发现管段渗漏后需要排查的距离很长；二是，当渗漏点渗漏油品较少时，渗漏情况不能在检查井的监测数据中有效反映；三是，人工巡检的工作强度高、巡检效率低、容易漏检。而检出率高、监测精度高的光纤法，设备和施工成本高，不适用于已建成的地埋输油管道的渗漏监测。
目前，针对输油管道泄漏通常通过测量管内机械波的变化特征，如中国专利CN201611161812.X报道选择db4～10系列小波函数作为小波变换的小波基，确定小波分解的层数为4层；采用MALLAT塔式算法，对原始声音信号进行4层离散小波分解，并选择第三尺度和第四尺度的细节信号进行小波重构得到去噪信号；对去噪信号按照时间进行均匀分割，得到分割后的声音信号片段；对每一个分割后的声音片段作短时傅里叶变换，得到变换矩阵；利用变换矩阵制作声音信号的归一化能量图；根据归一化能量图，判断输油管道是否发生微小泄漏。然而由于管道运行过程中的压力波动，通过检测管内机械波的变化分析管道泄漏存在很大误差，特别针对于小流量泄漏或者微渗漏，更难以通过管内机械波的变化进行检测。
也有检测沿线管外土壤的温度情况，分析管道泄漏信息的技术方案，如马跃报道了借助CFD(Computational Fluid Dynamics)软件建立土壤多孔介质中流固耦合的相变数学模型，对埋地管道上部泄漏热油在冬夏季不同土壤中渗透扩散时，大地温度场的变化进行模拟分析(马跃,王岳,史俊杰,等.热油泄漏对土壤温度场影响的模拟分析[J].节能技术,2012,30(5):439-442)。然而，对于许多常温输油管道(如成品油管道、轻质原油管道等)，油品温度与周围环境温度基本一致，通过温度变化难以检测油品泄漏。
因此亟需一种新的长距离地埋输油管道渗漏监测方法，克服现有技术存在的适用范围窄、误差大、耗费人工等技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的提供一种地埋输油管道渗漏监测***及方法，可以有效缩短渗漏排查距离、大幅降低人工工作量和工作强度、提高渗漏巡检效率。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种地埋输油管道渗漏监测***，包括沿输油管道铺设的土壤气收集管道、与所述土壤气收集管道连通的土壤气检查井和连通土壤气检查井的土壤气分析设备，土壤气收集管道预埋在泥土里并位于输油管道外部周围，所述的土壤气收集管道包括多个依次设置的管道单元，部分管道单元或每个管道单元均具有至少一个筛管部，所述的筛管部的侧壁布设有多个贯穿筛管部侧壁的通气孔，具体实施过程中，通气孔的形状、大小可按国家有关标准和规定执行；
相邻管道单元间通过土壤气检查井连通，所述的土壤气检查井的底部具有两个连通土壤气检查井内腔的通气管，两个通气管分别与土壤气检查井两侧的管道单元连接，且每个通气管上均设置有一个控制阀。具体的，两个通气管中的一个通气管与土壤气检查井一侧的管道单元连接，另一个通气管与土壤气检查井另一侧的管道单元连接。
通过开关土壤气检查井的通气管上的控制阀可以控制土壤气收集管道中气体是否进入土壤气检查井，以及控制哪个管道单元中的气体可以进入土壤检查井。
每个土壤气检查井顶部均设置有一个连通检查井内腔的出气管，土壤气分析设备根据监测工况需要连接对应的出气管。土壤气分析设备具有抽气功能，可以检测分析油品中的挥发性成分。土壤气分析设备的抽气管通过管路连接出气管，当常闭阀开启后，土壤气分析设备依次通过土壤气检查井和土壤气收集管道将输油管道附近的土壤气抽出并进行土壤气分析。优选的，所述的土壤气分析设备可配套抽气软管，抽气软管应密封性良好，且不与油品发生化学反应或物理吸附，土壤气分析设备的抽气管通过该抽气软管连接出气管。
进而通过监测输油管道周围土壤气的成分，实现地埋输油管道渗漏量、渗漏位置的判断。
可选的，所述的土壤气收集管道的材质可为UPVC、碳钢、不锈钢或其他材质。
优选的，所述的土壤气收集管道与输油管道平行设置，且土壤气收集管道的埋深略低于输油管道或与之相同。
优选的，所述的筛管部设置于输油管道易渗漏处，即筛管部与易渗漏处的连线垂直于土壤气收集管道。筛管部用于土壤气的进入，进而优选的，筛管部的设置位置和数量应与易渗漏处的位置和数量一一对应。
优选的，所述的土壤气分析设备为便携式土壤气分析设备。
管道单元的长度可根据工况进行选定，对此不作限制，例如根据输油管道渗漏监测点数量、位置进行设计，在检出率和监测准确度之间取得平衡；土壤气收集管道与输油管道的间距也可根据工况和检测效果进行选定，对此亦不作限制。
优选的，位于土壤气收集管道两端最外端的管道单元的外端均为密封结构。
采用所述一种地埋输油管道渗漏监测***的监测方法，包括以下步骤：
选定待测输油管道对应的管道单元为待测管道单元，开关与该待测管道单元连接的土壤气检查井的通气管上的控制阀，使得该待测管道单元仅与一个土壤气检查井连通，将土壤气分析设备与连通待测管道单元的土壤气检查井的出气管连接，土壤气分析设备进行抽气并分析气体成分，根据抽气气体成分的变化情况，分析确定输油管道的渗漏位置和渗漏情况。
进一步的，根据抽气气体成分的变化情况，分析确定输油管道的渗漏位置和渗漏情况，包括：
分析确定输油管道的渗漏情况：渗漏的程度与油气成分的浓度成正相关，管道渗漏越严重，则抽出气体中的油气组分浓度越高；
分析确定输油管道的渗漏位置：通过分析土壤气检测信号与检出信号时间的关系得到，输油管道渗漏位置的计算公式为：
其中，
s，为土壤气检查井到渗漏点的距离，单位为m；
Q，为便携式土壤气分析设备的抽气速率，单位为m3/s；
d，为土壤气收集管道的内径，单位为m；
t，为检测到油气组分的时间，单位为s；
h，为土壤气检查井口到土壤气收集管道的距离，单位为m；
s0，为土壤气检查井口到便携式土壤气分析设备的软管长度，单位为m。
以下举例说明如何开关与该待测管道单元连接的土壤气检查井的通气管上的控制阀，使得该待测管道单元仅与一个土壤气检查井连通。以待测管道单元左右两端连接土壤气检查井分别为左侧土壤气检查井和右侧土壤气检查井，此时，关闭左侧土壤气检查井连接待测管道单元的通气管上的控制阀，同时打开右侧土壤气检查井连接待测管道单元的通气管上的控制阀，并关闭右侧土壤气检查井另一个通气管上的控制阀，即左侧土壤气检查井未连接待测管道单元的通气管上的控制阀，这样就实现了待测管道单元仅与右侧土壤气检查井连通的操作。当该待测管道单元为位于土壤气收集管道左端最外端的管道单元时，该该待测管道单元的外端(即左端)为密封结构，故此时仅需要打开右侧土壤气检查井连接待测管道单元的通气管上的控制阀，并关闭右侧土壤气检查井另一个通气管上的控制阀，这样就实现了待测管道单元仅与右侧土壤气检查井连通的操作。上文示例中的左右仅用于举例，可对调互换。
本发明的有益效果：
土壤气收集管道结构简单，成本低；土壤气收集管道设置在地埋输油管道旁边一定距离处，安装时对地埋输油管道扰动小；土壤气的一次检测结果是一定长度输油管道渗漏监测的整体结果，可包含多个渗漏监测点，一次监测就可完成一段管道渗漏的排查，降低了工人的工作强度。土壤气的检测结果可以对输油管道的渗漏规模、位置进行分析。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一种地埋输油管道渗漏监测***的示意图；
图2为本发明土壤气收集管道、土壤气检查井及土壤气分析设备的连接结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，此类表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
请参阅图1-图2，本发明提供一种技术方案：一种地埋输油管道渗漏监测***，包括沿输油管道1铺设的土壤气收集管道2、与所述土壤气收集管道2连通的土壤气检查井3和连通土壤气检查井3的土壤气分析设备4，土壤气收集管道2预埋在泥土里并位于输油管道1外部周围，所述的土壤气收集管道2包括多个依次设置的管道单元5，部分管道单元5或每个管道单元5均具有至少一个筛管部6，所述的筛管部6的侧壁布设有多个贯穿筛管部6侧壁的通气孔，具体实施过程中，通气孔的形状、大小可按国家有关标准和规定执行；
相邻管道单元5间通过土壤气检查井3连通，所述的土壤气检查井3的底部具有两个连通土壤气检查井3内腔的通气管，两个通气管分别与土壤气检查井3两侧的管道单元5连接，且每个通气管上均设置有一个控制阀7。具体的，两个通气管中的一个通气管与土壤气检查井3一侧的管道单元5连接，另一个通气管与土壤气检查井3另一侧的管道单元5连接。
通过开关土壤气检查井3的通气管上的控制阀7可以控制土壤气收集管道2中气体是否进入土壤气检查井3，以及控制哪个管道单元5中的气体可以进入土壤检查井。
每个土壤气检查井3顶部均设置有一个连通检查井内腔的出气管，土壤气分析设备4根据工况需要连接对应的出气管。土壤气分析设备4具有抽气功能，可以检测分析油品中的挥发性成分。土壤气分析设备4的抽气管通过管路连接出气管，当常闭阀开启后，土壤气分析设备4依次通过土壤气检查井3和土壤气收集管道2将输油管道1附近的土壤气抽出并进行土壤气分析。优选的，所述的土壤气分析设备4可配套抽气软管，抽气软管应密封性良好，且不与油品发生化学反应或物理吸附，土壤气分析设备4的抽气管通过该抽气软管连接出气管
可选的，所述的土壤气收集管道2的材质可为UPVC、碳钢、不锈钢或其他材质。
优选的，所述的土壤气收集管道2与输油管道1平行设置，且土壤气收集管道2的埋深略低于输油管道1或与之相同。
优选的，所述的筛管部6设置于输油管道1易渗漏处，即筛管部6与易渗漏处的连线垂直于土壤气收集管道2。筛管部6用于土壤气的进入，进而优选的，筛管部6的设置位置和数量应与易渗漏处的位置和数量一一对应。
优选的，所述的土壤气分析设备4为便携式土壤气分析设备4。
管道单元5的长度可根据工况进行选定，对此不作限制，例如根据输油管道1渗漏监测点数量、位置进行设计，在检出率和监测准确度之间取得平衡；土壤气收集管道2与输油管道1的间距也可根据工况和检测效果进行选定，对此亦不作限制。
优选的，位于土壤气收集管道2两端最外端的管道单元5的外端均为密封结构。
采用所述一种地埋输油管道渗漏监测***的监测方法，包括以下步骤：
选定待测输油管道1对应的管道单元5为待测管道单元5，开关与该待测管道单元5连接的土壤气检查井3的通气管上的控制阀7，使得该待测管道单元5仅与一个土壤气检查井3连通，将土壤气分析设备4与连通待测管道单元5的土壤气检查井3的出气管连接，土壤气分析设备4进行抽气并分析气体成分，根据抽气气体成分的变化情况，分析确定输油管道1的渗漏位置和渗漏情况。
进一步的，根据抽气气体成分的变化情况，分析确定输油管道1的渗漏位置和渗漏情况，包括：
分析确定输油管道1的渗漏情况：渗漏的程度与油气成分的浓度成正相关，管道渗漏越严重，则抽出气体中的油气组分浓度越高；
分析确定输油管道1的渗漏位置：通过分析土壤气检测信号与检出信号时间的关系得到，输油管道1渗漏位置的计算公式为：
其中，
s，为土壤气检查井到渗漏点的距离，单位为m；
Q，为土壤气分析设备4的抽气速率，单位为m3/s；
d，为土壤气收集管道2的内径，单位为m；
t，为检测到油气组分的时间，单位为s；
h，为土壤气检查井口到土壤气收集管道2的距离，单位为m；
s0，为土壤气检查井口到土壤气分析设备4的软管长度，单位为m。
以下举例说明如何开关与该待测管道单元5连接的土壤气检查井3的通气管上的控制阀7，使得该待测管道单元5仅与一个土壤气检查井3连通。以待测管道单元5左右两端连接土壤气检查井3分别为左侧土壤气检查井和右侧土壤气检查井，此时，关闭左侧土壤气检查井连接待测管道单元5的通气管上的控制阀7，同时打开右侧土壤气检查井连接待测管道单元5的通气管上的控制阀7，并关闭右侧土壤气检查井另一个通气管上的控制阀7，即右侧土壤气检查井未连接待测管道单元5的通气管上的控制阀7，这样就实现了待测管道单元5仅与右侧土壤气检查井连通的操作。当该待测管道单元5为位于土壤气收集管道2左端最外端的管道单元5时，该该待测管道单元5的外端(即左端)为密封结构，故此时仅需要打开右侧土壤气检查井连接待测管道单元5的通气管上的控制阀7，并关闭右侧土壤气检查井另一个通气管上的控制阀7，这样就实现了待测管道单元5仅与右侧土壤气检查井连通的操作。上文示例中的左右仅用于举例，可对调互换。
本发明土壤气收集管道结构简单，成本低；土壤气收集管道设置在地埋输油管道旁边一定距离处，安装时对地埋输油管道扰动小；土壤气的一次检测结果是一定长度输油管道渗漏监测的整体结果，可包含多个渗漏监测点，一次监测就可完成一段管道渗漏的排查，降低了工人的工作强度。土壤气的检测结果可以对输油管道1的渗漏规模、位置进行分析。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施。
Claims (10)
1.一种地埋输油管道渗漏监测***，其特征在于：包括沿输油管道铺设的土壤气收集管道、与所述土壤气收集管道连通的土壤气检查井和连通土壤气检查井的土壤气分析设备，土壤气收集管道预埋在泥土里并位于输油管道外部周围，所述的土壤气收集管道包括多个依次设置的管道单元，部分管道单元或每个管道单元均具有至少一个筛管部，所述的筛管部的侧壁布设有多个贯穿筛管部侧壁的通气孔；
相邻管道单元间通过土壤气检查井连通，所述的土壤气检查井的底部具有两个连通土壤气检查井内腔的通气管，两个通气管分别与土壤气检查井两侧的管道单元连接，且每个通气管上均设置有一个控制阀；
每个土壤气检查井顶部均设置有一个连通检查井内腔的出气管，土壤气分析设备根据监测需要连接对应的出气管。
2.根据权利要求1所述的一种地埋输油管道渗漏监测***，其特征在于：所述的土壤气收集管道与输油管道平行设置。
3.根据权利要求2所述的一种地埋输油管道渗漏监测***，其特征在于：土壤气收集管道的埋深略低于输油管道或与之相同。
4.根据权利要求1所述的一种地埋输油管道渗漏监测***，其特征在于：所述的筛管部设置于输油管道易渗漏处。
5.根据权利要求4所述的一种地埋输油管道渗漏监测***，其特征在于：筛管部的设置位置和数量与输油管道的易渗漏处的位置和数量一一对应。
6.根据权利要求1所述的一种地埋输油管道渗漏监测***，其特征在于：所述的土壤气分析设备为便携式土壤气分析设备。
7.根据权利要求1所述的一种地埋输油管道渗漏监测***，其特征在于：位于土壤气收集管道两端最外端的管道单元的外端均为密封结构。
8.采用如权利要求1-8中任意一项所述的一种地埋输油管道渗漏监测***的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
选定待测输油管道对应的管道单元为待测管道单元，开关与该待测管道单元连接的土壤气检查井的通气管上的控制阀，使得该待测管道单元仅与一个土壤气检查井连通，将土壤气分析设备与连通待测管道单元的土壤气检查井的出气管连接，土壤气分析设备进行抽气并分析气体成分，根据抽气气体成分的变化情况，分析确定输油管道的渗漏位置和渗漏情况。
9.根据权利要求8所述的一种地埋输油管道渗漏监测方法，其特征在于：根据抽气气体成分的变化情况，分析确定输油管道的渗漏情况，包括：
渗漏的程度与油气成分的浓度成正相关，管道渗漏越严重，则抽出气体中的油气组分浓度越高。
10.根据权利要求8或9所述的一种地埋输油管道渗漏监测方法，其特征在于：根据抽气气体成分的变化情况，分析确定输油管道的渗漏位置，包括：
通过分析土壤气检测信号与检出信号时间的关系得到，输油管道渗漏位置的计算公式为：
其中，
s，为土壤气检查井到渗漏点的距离，单位为m；
Q，为便携式土壤气分析设备的抽气速率，单位为m3/s；
d，为土壤气收集管道的内径，单位为m；
t，为检测到油气组分的时间，单位为s；
h，为土壤气检查井口到土壤气收集管道的距离，单位为m；
s0，为土壤气检查井口到便携式土壤气分析设备的软管长度，单位为m。
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