胡煒杰，熊碧波，蔡沖沖，門金龍，紀(jì)紅兵

(1 廣東石油化工學(xué)院，廣東 茂名 525000；2 茂名油創(chuàng)化工安全科技有限公司，廣東 茂名 525000；3 茂名綠色化工研究院，廣東 茂名 525011)

隨著我國(guó)工業(yè)化與城鎮(zhèn)化的發(fā)展，管道輸送已成為繼公路、鐵路、水路、航空運(yùn)輸之后的第五大輸運(yùn)方式，截止2019年我國(guó)管道輸油(氣)里程已達(dá)12.66萬公里[1]，主要輸送原油、成品油、天然氣等能源化工產(chǎn)品[2]。管道輸送里程增加、工業(yè)化與城鎮(zhèn)化建設(shè)加快的同時(shí)，各路管道輸送路段的人口越來越密集，油氣輸送管道面臨著嚴(yán)峻的社會(huì)環(huán)境。油氣管道在輸送過程中，由于管道腐蝕、材料老化、地理和環(huán)境變化、第三方破壞等風(fēng)險(xiǎn)存在，極易引發(fā)管道泄漏事故污染生態(tài)環(huán)境，事故處置不及時(shí)甚至引發(fā)火災(zāi)爆炸、群體中毒等災(zāi)難性事故。因此，科學(xué)的辨識(shí)油氣管道泄漏風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)防泄漏事故發(fā)生，最大限度減少環(huán)境污染和安全事故的發(fā)生，是油氣管道安全管理變事后處置為事前預(yù)防是的重要手段。

1 油氣管道泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)發(fā)展概況

管道運(yùn)輸具有廉價(jià)、安全、高效等優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)最為廣泛應(yīng)用的輸送方式之一。由于管道長(zhǎng)期埋于地下，受到內(nèi)部介質(zhì)、土壤、地下水、溫度以及雜散電流等的腐蝕，導(dǎo)致管道的管壁變薄，甚至穿孔泄漏，致使管道失效，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失、資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年僅因腐蝕毀壞的金屬管道達(dá)10%～20%，直接經(jīng)濟(jì)損失超過1.8萬億美元[4]。本文分析總結(jié)近年我國(guó)較常發(fā)生的管道泄漏事故，從管道腐蝕、焊接缺陷與材料缺陷以及外部干擾3大常見事故原因，展開油氣管道的泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)評(píng)述[5]。

1.1 管道腐蝕的泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)

管道腐蝕主要分為內(nèi)腐蝕和外腐蝕兩種類型，我國(guó)腐蝕穿孔引起的管道泄漏事故占管道事故的三分之一，腐蝕因素嚴(yán)重影響著管道泄漏的發(fā)生率[6]。

1.1.1 管道內(nèi)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)

(1)國(guó)外管道內(nèi)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的管道泄漏研究起步于20世紀(jì)70年代，80年代末逐步進(jìn)入商業(yè)發(fā)展階段[7]。美國(guó)、德國(guó)、日本和加拿大等國(guó)[8]，上世紀(jì)已研制了管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)方面的智能檢測(cè)機(jī)器人，1965年美國(guó)公司Tuboscope[9]將該技術(shù)進(jìn)行了管道內(nèi)徑檢測(cè)。1985年，美國(guó)Battelle Columbus Division[10]首次提出使用應(yīng)用評(píng)分法對(duì)管道風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。Han Ping Hong[11]采用泊松過程和馬爾科夫過程，分別模擬了新腐蝕缺陷的發(fā)展和腐蝕缺陷的剩余強(qiáng)度，促進(jìn)了管道腐蝕維修的發(fā)展。歐美多國(guó)[12]為加強(qiáng)對(duì)管道內(nèi)腐蝕的防護(hù)，先后制定完善了DG-ICDA等相關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)了管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件，提高了管道內(nèi)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)，減少了內(nèi)腐蝕泄漏事故。如美國(guó)Optima公司的TUBIS風(fēng)險(xiǎn)控制系統(tǒng)、英國(guó)Advantica公司的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估PIPESAFE軟件、英國(guó)煤氣公司的管道運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀軟件“TRANSPIPE”等[13]。巴西[14]提出燃?xì)夤艿栏g綜合評(píng)價(jià)模型的燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法并在國(guó)內(nèi)推廣應(yīng)用。阿爾及利亞[15]采用貝葉斯理論研究長(zhǎng)輸送管線的腐蝕泄漏事故，建立了腐蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型并在本國(guó)企業(yè)得到應(yīng)用。挪威Corr Ocean公司[16]安裝在沙漠油氣管道上的FSM產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了承壓管道腐蝕程度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。2006年，美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)(NACE)[17]頒布了干氣管道內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)NACE SP 0206-2006《干氣管道內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)方法(DG-ICDA)》?？仆厥凸綶18]基于新的點(diǎn)蝕因子，采用石油管道ICDA技術(shù)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了管道內(nèi)腐蝕。

(2)國(guó)內(nèi)管道內(nèi)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)

我國(guó)管道內(nèi)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)的傳統(tǒng)手段是檢測(cè)管道陰極保護(hù)系統(tǒng)。2006年，中國(guó)引進(jìn)了美國(guó)的NACE SP 0206-2006《干氣管道內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)方法(DG-ICDA)》并開展在輸氣管道內(nèi)腐蝕上的研究應(yīng)用，之后還引進(jìn)了MF-ICDA法、WG-ICDA法、LP-ICDA法等[17]。西南油氣田分公司[19]開發(fā)的內(nèi)腐蝕在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在進(jìn)氣點(diǎn)及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處安裝了50臺(tái)監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了管道內(nèi)壁腐蝕情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。周春[20]基于塔里木油田集輸系統(tǒng)和站內(nèi)氣體處理系統(tǒng)，采用失重掛片、電阻探針和場(chǎng)指紋法對(duì)生產(chǎn)的介質(zhì)腐蝕的情況進(jìn)行監(jiān)控研究，得到了內(nèi)腐蝕對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的影響。華吳平[21]采用場(chǎng)指紋監(jiān)測(cè)對(duì)元壩氣田集輸管道系統(tǒng)的腐蝕進(jìn)行研究，證明了場(chǎng)指紋監(jiān)測(cè)的精度和可靠性較好。目前，我國(guó)管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)與評(píng)價(jià)方面的GB/T 34349-2017《輸氣管道內(nèi)腐蝕外檢測(cè)方法》與GB/T 34350-2017《輸油管道內(nèi)腐蝕外檢測(cè)方法》的相關(guān)的要求與NACE標(biāo)準(zhǔn)相一致[17]。

1.1.2 管道外腐蝕風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)

(1)國(guó)外管道外腐蝕風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)

國(guó)外在管道外腐蝕方面研究起步較早，因管道外層環(huán)境、介質(zhì)復(fù)雜，長(zhǎng)期的埋地管道易遭受腐蝕，西方國(guó)家平均每年對(duì)管道的修復(fù)量占新建管道的25%～50%。為了延長(zhǎng)管道的使用壽命, 管道外腐蝕防護(hù)早已成為了西方企業(yè)的重點(diǎn)研究工作之一[22]。1957年，Romanoff[23]研究土壤對(duì)金屬管道的腐蝕作用，首次發(fā)現(xiàn)造成管道腐蝕的重要因素是土壤中電阻率、酸堿性、含鹽量等。1983年挪威學(xué)者Haimestad H[24]基于金屬構(gòu)件自身的特性，首次將恒流激勵(lì)在金屬構(gòu)件缺陷出現(xiàn)的區(qū)域，測(cè)量出外表面存在電壓變化，形成了場(chǎng)指紋法技術(shù)的雛形。1991年，挪威Strommen D等[25]基于FSM腐蝕監(jiān)測(cè)模型，以參考板、溫度和電流為監(jiān)測(cè)的因變量，加入場(chǎng)指紋系數(shù)的概念和算法，優(yōu)化了場(chǎng)指紋法腐蝕監(jiān)測(cè)技術(shù)，并使其能實(shí)際應(yīng)用于油氣管道腐蝕監(jiān)測(cè)。2009年，Caleyo等[26]采用蒙特卡羅模擬方法，研究了油氣管道腐蝕深度和坑內(nèi)生長(zhǎng)速率的發(fā)展問題，表明了Frechet分布最適合長(zhǎng)期條件下的腐蝕分析。2014年，Kucheryaviyi等[27]基于油氣管道強(qiáng)度、應(yīng)力、軸向和徑向的缺陷尺寸的正態(tài)分布，采用統(tǒng)計(jì)建模方法研究了管道的安全使用壽命限值。

(2)國(guó)內(nèi)管道外腐蝕風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)

我國(guó)油氣管道運(yùn)營(yíng)與建設(shè)工作超過20年，油氣管道投產(chǎn)后1-2 年發(fā)生腐蝕穿孔的泄漏事故已成為常態(tài)[28]，用于舊管道維護(hù)更新的費(fèi)用占到新建管道投資的10%～20%[29]。為解決每年管道外腐蝕的巨大經(jīng)費(fèi)支出、安全與環(huán)境巨大投入的問題，我國(guó)在上世紀(jì)80年代開始開展防腐研究工作，其中SY/T 0087-1995《鋼質(zhì)管道及儲(chǔ)罐腐蝕防護(hù)與調(diào)查方法標(biāo)準(zhǔn)》是中國(guó)最早用于油氣管道內(nèi)外腐蝕檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)。21世紀(jì)前，開挖調(diào)查是我國(guó)埋地鋼質(zhì)管道的外腐蝕檢測(cè)主要手段。陳宏等[30]選用中國(guó)自主研發(fā)的變頻-選頻法，通過開挖特定長(zhǎng)度的管道為單位評(píng)估對(duì)象，測(cè)試單位面積防腐層與遠(yuǎn)方大地之間的電阻，從而獲得埋地管道外防腐層的腐蝕情況。2004年，中國(guó)石油規(guī)劃總院、中國(guó)石油大學(xué)(北京)、中國(guó)石油管道公司等[22]基于美國(guó)的NACE RP 0502-2002《管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)方法》標(biāo)準(zhǔn)，編制的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 0087.1-2006《鋼制管道及儲(chǔ)罐腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)-埋地鋼質(zhì)管道外腐蝕直接評(píng)價(jià)》，表明了我國(guó)外腐蝕直接評(píng)價(jià)技術(shù)的逐漸成熟。SY/T 0087.1-2018技術(shù)規(guī)程的修訂，將風(fēng)險(xiǎn)矩陣的思路、土壤腐蝕性、防腐層破損程度、陰極保護(hù)水平、雜散電流干擾程度等單一指標(biāo)進(jìn)行組合，形成了綜合評(píng)估外腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，標(biāo)志著腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)由單一指標(biāo)評(píng)價(jià)向綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變，同時(shí)也為特殊地段管道的外腐蝕檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法提供了參考[31]。

1.2 管道焊接缺陷與材料缺陷的泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)

管道自身缺陷主要分為材料制造缺陷和焊接施工缺陷[32]。我國(guó)用于管道材料缺陷與焊接缺陷無損檢測(cè)方法有超聲波、電磁波、射線、磁粉、滲透、渦流等，其中最常用的為射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)[33]。

(1)射線檢測(cè)

1895年X射線首次被德國(guó)物理學(xué)家倫琴[35]發(fā)現(xiàn)，隨后不久X射線被應(yīng)用于石油管道、工業(yè)機(jī)械制造等領(lǐng)域。射線檢測(cè)的是通過X射線或者Y射線照射管道，經(jīng)過管道射線會(huì)產(chǎn)生一定的衰減，穿過管件的射線被膠片接收，得到不同射線強(qiáng)度的膠片反應(yīng)出管道內(nèi)部材質(zhì)情況。射線實(shí)時(shí)成像法和射線膠片照相法是目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于管道焊縫無損檢測(cè)主要使用的方法，現(xiàn)今X射線已成為國(guó)內(nèi)管道射線檢測(cè)的主流技術(shù)。在1950年之前，一直探索著X射線的應(yīng)用領(lǐng)域和X射線設(shè)備的發(fā)明創(chuàng)造，并未取得較好的應(yīng)用。1950年到1970年之間，X射線檢測(cè)的基本理論不斷完善，新的檢測(cè)方法和檢測(cè)設(shè)備相繼誕生。1970年后，管道X射線檢測(cè)與計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)等科學(xué)技術(shù)有機(jī)融合的多元化發(fā)展[34]。

X射線檢測(cè)最早應(yīng)用于鍋爐，20世紀(jì)70年代，國(guó)內(nèi)引進(jìn)的成像技術(shù)使X射線檢測(cè)達(dá)到了的實(shí)時(shí)觀察檢測(cè)水平。20世紀(jì)70年代末80年代初，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的X射線檢測(cè)，很快運(yùn)用到了管道、醫(yī)療、機(jī)械制造等金屬缺陷檢測(cè)中，形成了計(jì)算機(jī)X射線檢測(cè)技術(shù)(Computed Radiography，即CR技術(shù))技術(shù)。20世紀(jì)90年代，X射線基于數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了射線信號(hào)向數(shù)字圖像信號(hào)的轉(zhuǎn)變，形成了X射線數(shù)字成像檢測(cè)技術(shù)(Digital Radiography，即DR技術(shù))。21世紀(jì)之后，隨著信息化技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了集合更多元素的X射線檢測(cè)方法，如自動(dòng)缺陷檢測(cè)、自動(dòng)智能成像、機(jī)器視覺缺陷檢測(cè)等。

表1 管道X射線檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程

(2)超聲波檢測(cè)

超聲波檢測(cè)是無損檢測(cè)技術(shù)之一，超聲波通過檢測(cè)管道時(shí)，管道的材料聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對(duì)超聲波的傳播產(chǎn)生影響，分析影響結(jié)果可得知管道內(nèi)部的基本情況[36]。國(guó)外超聲波檢測(cè)技術(shù)及儀器研制一直處在領(lǐng)先的位置。在上世紀(jì)二十年代由國(guó)外的科學(xué)家首次提出超聲波檢測(cè)技術(shù)，1929年前蘇聯(lián)科學(xué)家[37]研制出第一臺(tái)超聲波檢測(cè)裝置。20世紀(jì)50年代后，超聲波檢測(cè)逐漸與自動(dòng)化、數(shù)字化技術(shù)結(jié)合，管道超聲波檢測(cè)技術(shù)得到了數(shù)字自動(dòng)化的快速發(fā)展。21世紀(jì)初期，隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理、物聯(lián)網(wǎng)等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超聲波檢測(cè)技術(shù)與多元技術(shù)結(jié)合，使管道超聲波檢測(cè)的技術(shù)更精準(zhǔn)，性能更穩(wěn)定。近幾年，在超聲波技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用方面，以美國(guó)METEC公司、西班牙TECHATOM等為首的公司[38]處在世界領(lǐng)先的水平。

20世紀(jì)50年代超聲波無損檢測(cè)技術(shù)首次引進(jìn)國(guó)內(nèi)，我國(guó)在1957年自主研發(fā)了第一臺(tái)超聲波管道探傷儀。1980年后，我國(guó)的數(shù)字化超聲波檢測(cè)儀器開始開展大量科學(xué)應(yīng)用研究，經(jīng)過8年努力，國(guó)內(nèi)第一臺(tái)數(shù)字化超聲波檢測(cè)儀正式落地[39]。2000年后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)超聲波檢測(cè)技術(shù)不斷提高，在管道、鐵路、水路等多領(lǐng)域大量應(yīng)用。雖國(guó)內(nèi)超聲波技術(shù)取得了重大進(jìn)步，但相比國(guó)外我國(guó)技術(shù)還處于低水平階段[40]，在油氣管道超聲波的流量技術(shù)方面基礎(chǔ)薄弱，仍需要強(qiáng)大的科研力量支撐發(fā)展。

表2 管道超聲波檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程

(3)磁粉檢測(cè)

磁粉檢測(cè)是電磁檢測(cè)方法之一，鐵磁性管道被磁化后，由于管道表面或近表面存在不連續(xù)性，磁力線局部發(fā)生形變而產(chǎn)生漏磁場(chǎng)，進(jìn)而準(zhǔn)確確定該缺陷的位置和大小[41]。磁粉探傷技術(shù)開始于1922年，美國(guó)物理學(xué)家霍克發(fā)現(xiàn)鐵屑放到磁件的表面會(huì)在有缺陷的地方形成相關(guān)形狀，F(xiàn)orest[42]將該物理方法運(yùn)用于油井鉆管裂紋的檢驗(yàn)但未取得實(shí)驗(yàn)的成功，直至瓦茨在焊縫檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中才首次獲得磁粉檢測(cè)的成功。上世紀(jì)50年代初，前蘇聯(lián)學(xué)者瑞加德羅[42]制定的磁化規(guī)范并被世界各國(guó)采用，同時(shí)也成為了我國(guó)管道焊縫檢測(cè)、機(jī)加工缺陷檢測(cè)等工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。國(guó)外磁粉研究技術(shù)科大致分為5個(gè)階段[43-44]，見表3。

表3 管道磁粉檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程

我國(guó)磁粉檢測(cè)技術(shù)起步較晚，20世紀(jì)80年代后期，國(guó)外先進(jìn)的磁粉檢測(cè)技術(shù)才被我國(guó)學(xué)者學(xué)習(xí)引進(jìn)。20世紀(jì)90年代后，國(guó)內(nèi)研究所、高校等科研團(tuán)隊(duì)[45]開始在磁粉檢測(cè)技術(shù)方面展開研究，自此磁粉檢測(cè)技術(shù)在我國(guó)得到快速的發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)磁粉檢測(cè)技術(shù)的已發(fā)展近20年，管道磁粉檢測(cè)設(shè)備的性能、技能水平有了大幅提升，自主研發(fā)的半自動(dòng)熒光磁粉檢測(cè)設(shè)備在眾多行業(yè)中得到應(yīng)用[46]。雖然國(guó)內(nèi)的管道磁粉檢測(cè)設(shè)備達(dá)到半自動(dòng)化，但需要工作人員參與，而且因檢測(cè)環(huán)境黑暗、人為的不穩(wěn)定因素，工件的漏檢率和誤檢率往往偏高[45]。

(4)滲透檢測(cè)

滲透檢測(cè)是我國(guó)常用的無損檢測(cè)技術(shù)之一，是表面探傷的常規(guī)方法。滲透檢測(cè)是往管件的缺陷處加入滲透劑，然后施加顯像劑在管件表面上形成顯像膜，經(jīng)過管件表面的毛細(xì)作用吸出滲透劑并附著在缺陷的表面，從而可用肉眼觀察到管件表面的缺陷[33]。以美國(guó)為代表的西方發(fā)達(dá)國(guó)家的無損檢測(cè)技術(shù)遙遙領(lǐng)先，其中美國(guó)的無損檢測(cè)工作有著科研機(jī)構(gòu)、行業(yè)部門甚至軍隊(duì)在強(qiáng)大支撐。美國(guó)的波音公司、歐洲的空客公司都將滲透檢測(cè)擺放在工藝首要的地方，其技術(shù)水平一直處于行業(yè)頂尖地位[47]。

表4 國(guó)內(nèi)管道滲透檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程

我國(guó)20世紀(jì)50-80年代開始滲透檢測(cè)的研究與應(yīng)用，開設(shè)了滲透檢測(cè)專業(yè)，研發(fā)出了性能較好的靈敏度滲透檢測(cè)材料等。20世紀(jì)80年代滲透檢測(cè)的科研工作得快速進(jìn)展，開發(fā)了滲透檢測(cè)靜電噴涂技術(shù)與設(shè)備并在油氣管道領(lǐng)域得到了應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)研制了滲透檢測(cè)線并在油氣管道得到應(yīng)用[48]。滲透檢測(cè)技術(shù)被引進(jìn)后得到快速發(fā)展的同時(shí)，作為五大無損檢測(cè)技術(shù)之一滲透檢測(cè)技術(shù)在研究工作占比最少，與發(fā)達(dá)國(guó)家企業(yè)差距還很大，油氣管道滲透檢測(cè)工作任重道遠(yuǎn)。

1.3 外部干擾的泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)

1.3.1 第三方破壞的泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

國(guó)外面臨的第三方破壞形勢(shì)較嚴(yán)峻，打孔盜油、恐怖襲擊、違章作業(yè)開挖損壞的事故也頻頻發(fā)生[49]。以9.11事件為界線，可將國(guó)外在油氣管道外力人為破壞相關(guān)方面的研究工作為兩個(gè)階段：

①開挖與蓄意破壞的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別階段。9.11事件前，油氣管道外部破壞的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別主要是施工開挖破壞和蓄意破壞，未涉及恐怖襲擊方面的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和安全防護(hù)；

②多因素外部破壞的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別階段。9.11事件后，以美國(guó)為首的西方發(fā)達(dá)國(guó)家[50]加強(qiáng)了對(duì)石油管道的安全防護(hù)，先后出臺(tái)了一系列規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及應(yīng)急方案，以應(yīng)對(duì)恐怖襲擊等多變的外部風(fēng)險(xiǎn)因素。

表5 國(guó)外油氣管道第三方破壞防護(hù)的發(fā)展進(jìn)程

我國(guó)是第三方管道破壞事故的頻發(fā)國(guó)家之一，油氣管道周圍的人民群眾安全意識(shí)薄弱，時(shí)常發(fā)生打孔盜油(氣)、違章作業(yè)及管道占?jí)旱痊F(xiàn)象，致使管道失效事件中外力人為破壞占比最高[51]。為加強(qiáng)管道第三方破壞的防治工作，我國(guó)展開了紅外監(jiān)測(cè)、超聲波監(jiān)測(cè)等多方面的研究工作，目前實(shí)現(xiàn)了第三方破壞之前的信息監(jiān)測(cè)收集、第三方破壞的類型判斷等[52]，除了人員管道巡線外，常用的監(jiān)測(cè)手段還有有傳感器光纖監(jiān)測(cè)、聲波信號(hào)監(jiān)測(cè)、地震檢波器監(jiān)測(cè)、無人機(jī)監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星監(jiān)測(cè)等[53]。

國(guó)內(nèi)外管道保護(hù)工作經(jīng)過幾十年的研究發(fā)展，管道的安全防護(hù)水平得到了一定的提高。國(guó)內(nèi)外對(duì)比下，我國(guó)的長(zhǎng)輸管道事故頻率逐年下降，但是第三方破壞所占事故比例仍較大，同時(shí)缺少監(jiān)測(cè)裝置對(duì)管道運(yùn)營(yíng)的第三方破壞進(jìn)行監(jiān)測(cè)，管道運(yùn)行的安全性與發(fā)達(dá)國(guó)家存在著較大差距，管道事故發(fā)生率仍較高[53]。

1.3.2 地質(zhì)災(zāi)害的泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

中國(guó)是世界上地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家之一，山區(qū)地帶尤為顯著，嚴(yán)重影響著工程項(xiàng)目建設(shè)，其中最具代表性的是長(zhǎng)輸油氣管道的安全問題。國(guó)外在地質(zhì)災(zāi)害方面的研究起步較早，20世紀(jì)70年代，美國(guó)地調(diào)局開始了地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查研究，法國(guó)開展了對(duì)山體滑坡危險(xiǎn)性評(píng)估系統(tǒng)的科研工作。20世紀(jì)80年代末，結(jié)合了計(jì)算機(jī)與信息化的新GIS技術(shù)，逐漸被應(yīng)用到了油氣管道的地質(zhì)災(zāi)害的研究中[54-57]。1987年，聯(lián)合國(guó)“國(guó)際減輕自然災(zāi)害十年”活動(dòng)的開展使得地質(zhì)災(zāi)害研究工作在全球范圍活躍了起來[58]。1995年，KoKo C[59]基于專家評(píng)判法分析了地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從而判定了區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性。2000年，Aleotti P等[60]基于GIS平臺(tái)制作了意大利北部阿爾卑斯山前緣的地區(qū)相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性總圖，并進(jìn)行了危險(xiǎn)等級(jí)劃分。2011年，EGIG統(tǒng)計(jì)的1970-2010年輸氣管道事故中，以滑坡為主的地質(zhì)災(zāi)害的管道事故占16.7%，僅次于第三方破壞管道事故[61]。2016年，Ruocco[62]基于滑坡采用指數(shù)矩陣方法對(duì)管道進(jìn)行研究，提出了埋地管道的屈曲分析方法和潛在應(yīng)用。

1980年前，我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害的研究方向較為單一，主要集中于地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域分布特征、單體地質(zhì)災(zāi)害力學(xué)特性、地質(zhì)災(zāi)害的趨勢(shì)預(yù)測(cè)等方面[63]。在上世紀(jì)90年代后，我國(guó)加入了聯(lián)合國(guó)的“國(guó)際減輕自然災(zāi)害十年”活動(dòng)，學(xué)習(xí)引進(jìn)了國(guó)外新的研究方法，使得我國(guó)傳統(tǒng)的地質(zhì)災(zāi)害研究工作向計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模型的地質(zhì)災(zāi)害研究方向轉(zhuǎn)變[58]，奠定了長(zhǎng)輸油氣管道地質(zhì)災(zāi)害防控的研究基礎(chǔ)。1994年，我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害方面的研究隨著“中國(guó)GIS協(xié)會(huì)”成立得到了較快發(fā)展[64]。20世紀(jì)90年代后，數(shù)學(xué)模型與GIS技術(shù)的相結(jié)合使油氣管道地質(zhì)災(zāi)害方面的評(píng)價(jià)方法得到了定量化發(fā)展，之后一系列的評(píng)價(jià)模型相繼誕生[65-68]。2000年后，信息化技術(shù)飛速發(fā)展，更多的預(yù)測(cè)模型、算法被引進(jìn)到了管道的地質(zhì)災(zāi)害研究領(lǐng)域。2006年，唐川等[69,70]利用遙感影像和GIS技術(shù)于昆明市東川城區(qū)，建立了城區(qū)泥石流防災(zāi)減災(zāi)決策系統(tǒng)，將災(zāi)害的預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。2015年，中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司的鐘威、高劍鋒[71]基于典型地質(zhì)災(zāi)害對(duì)油氣管道的崩塌、滑坡、泥石流3種地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性影響因素進(jìn)行研究，建立了油氣管道典型地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

表6 我國(guó)油氣管道地質(zhì)災(zāi)害護(hù)措施發(fā)展進(jìn)程

目前，國(guó)內(nèi)外以油氣長(zhǎng)輸管道的地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)預(yù)警研究為主，研究成果運(yùn)用于實(shí)際工程較少。與實(shí)際工程的相結(jié)合的地質(zhì)災(zāi)害研究在實(shí)際運(yùn)用中準(zhǔn)確率較低，無法充分發(fā)揮實(shí)際效果，管道地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警的運(yùn)用技術(shù)有待進(jìn)一步提高。

2 存在的問題

(1)管道腐蝕檢測(cè)技術(shù)

我國(guó)的管道腐蝕檢測(cè)技術(shù)，先后經(jīng)歷人工操作、半自動(dòng)化、數(shù)字自動(dòng)化發(fā)展。油氣管道的外腐蝕檢測(cè)技術(shù)較為成熟，現(xiàn)階段已結(jié)合數(shù)字化模型進(jìn)行外腐蝕防護(hù)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好效果的同時(shí)，也暴露數(shù)字化模型的外腐蝕檢測(cè)技術(shù)趨于理論，在運(yùn)用中偏差較大，對(duì)精準(zhǔn)的項(xiàng)目工程還存較大的不穩(wěn)定性。內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)尚處于理論開發(fā)與試點(diǎn)階段，開發(fā)了系列的機(jī)器人自動(dòng)檢測(cè)，較好結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)數(shù)字處理化技術(shù)的同時(shí)，內(nèi)腐蝕防護(hù)與檢測(cè)在實(shí)際工程中的可靠性有待于進(jìn)一步提高。

(2)焊接缺陷與材料缺陷監(jiān)測(cè)技術(shù)

作為我國(guó)焊接缺陷與材料缺陷常用的檢測(cè)技術(shù)，射線檢測(cè)、超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)受到我國(guó)科研人員重視，伴隨科技的發(fā)展檢測(cè)技術(shù)較早跨入數(shù)字化、自動(dòng)化的研發(fā)領(lǐng)域。但在國(guó)內(nèi)得到了快速發(fā)展的同時(shí)，大部分?jǐn)?shù)字自動(dòng)化設(shè)備或儀器缺乏一定的可靠性，在企業(yè)應(yīng)用中仍存在偏差，部分檢測(cè)技術(shù)或設(shè)備受管件、場(chǎng)地影響較大，且數(shù)字自動(dòng)化設(shè)備研發(fā)成本高，短期內(nèi)無法做到在行業(yè)內(nèi)大面積應(yīng)用推廣。

(3)外部干擾的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)

外部干擾因素的辨識(shí)方法的選擇、評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立對(duì)外部干擾的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別起著決定性作用，且外部干擾因素的指標(biāo)如何進(jìn)行量化、權(quán)重分配，尚未明確標(biāo)準(zhǔn)。雖融合了地理信息遙感、計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)甚至紅外熱成像等技術(shù)，但區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性識(shí)別結(jié)果，只能通過以往該區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害信息或其他區(qū)域相似地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)，來評(píng)判外部干擾的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)的正確性。目前已研究的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)在實(shí)際工程中準(zhǔn)確率仍較低，無法達(dá)到理論研究的理想效果。

3 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)的油氣管道泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)的研究工作起步較晚，經(jīng)歷了人工操作、設(shè)備半自動(dòng)化、設(shè)備自動(dòng)化的過程，伴隨5G通訊技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、AI職能的發(fā)展，未來油氣管道泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)將呈現(xiàn)全方面、多領(lǐng)域的智慧化發(fā)展趨勢(shì)。

(1)檢測(cè)技術(shù)有機(jī)融合發(fā)展。根據(jù)不同的檢測(cè)工件以及復(fù)雜的材料結(jié)構(gòu)，把各種檢測(cè)技術(shù)及檢測(cè)方法有機(jī)融合，經(jīng)過多元優(yōu)化的檢測(cè)技術(shù)將滿足各種試件的檢測(cè)工作，大幅提升管道的檢測(cè)效率和可靠性。

(2)設(shè)備儀器智能化發(fā)展。隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展，管道泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的檢測(cè)儀器也將向人機(jī)協(xié)調(diào)、便攜化、智能化發(fā)展，將滿足各種復(fù)雜環(huán)境的管道檢測(cè)，快速、準(zhǔn)確的識(shí)別管道泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

(3)行業(yè)應(yīng)用多元化發(fā)展。當(dāng)油氣管道泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的技術(shù)與原理趨于成熟的，可向機(jī)械制造、氣體檢測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、高溫防腐等工作應(yīng)用方向延伸，同時(shí)可將其他應(yīng)用行業(yè)或領(lǐng)域的新技術(shù)引入到油氣管道泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別科研工作中，進(jìn)一步促進(jìn)油氣管道泄漏風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展。