摘要：油气管道的泄漏检测定位是油气管道运输的重要环节，国内外学者对于检测定位技术一直进行着不断的探索和研究。本文主要以VEN数据库以及CNABS数据库的检索结果为分析样本，从总体概述、专利申请量及国别分布、技术发展脉络等专利的角度对油气管道泄漏检测定位技术的发展进行了分析，概述了该技术领域发展状况，并对国内外的技术路线作了详细的梳理及分析，以期能对该领域今后的相关科研或技术的实施有所帮助。
关键词：管道；泄漏；专利；检测；定位
1概述
随着全球油气产业的蓬勃发展，油气管道输送随之迅速增长，已经成为当前油气输送的主要方式，而管道泄漏事故的频繁发生却造成了严重的生命财产损失和环境污染。建立高效的油气管道泄漏实时检测与监测预警系统，及时报告泄漏事故的发生和位置，最大可能地减少甚至避免经济损失及环境污染已经成为世界各国的研究重点[1]。
国外一些发达国家从20世纪70年代末就已经开始对管道泄漏进行研究，80年代末进入较实用的商品阶段；国内对管道检测技术的研究起步较晚，直到80年代初期才进入研究。
而在专利申请方面，全球专利技术的保护则相对于该领域的技术研究则出现的晚些；管道漏失的预防、检查和位置的确定主要位于分类号F17D5/02下，更确切的使用电或声学的方法则位于小组F17D5/06下；为了较全面的了解该领域中的专利技术发展状况，本文检索分类号覆盖到F17D5/+下。
2全球、国内专利态势分析
2.1 全球专利申请量
针对全球专利申请量，使用关键词pipe+ 与leak+，分类号F17D5/+，在VEN数据库中进行检索。由检索结果分析可知，管道泄漏领域中，统计至2016年，全球管道泄漏领域中共有3682件专利申请。而全球最早的专利文献为1910年公开的一篇GB191012515A的文献，至此各国开启了该领域的专利申请。
图1 专利国别分布分析
全球专利文献产出国如图1中所示，其中位居全球前三位的国家分别为中国、日本和德国，其专利申请量占全球百分比分别为44%、16%、14%；管道泄漏领域中，美国的技术也比较先进，专利申请量也比较可观，位居第四位；韩国、俄罗斯等国家也占有约全球专利申请量的15%，其申请量都呈现逐年增加的趋势。
2.2 国内专利申请量
针对国内的专利申请量，使用关键词：管道 and 泄漏 and 定位，分类号：F17D5/+，在CNABS数据库中进行检索。
国内2000-2016年专利申请量如图2 中所示，相对于全球专利申请，我国起步较晚，至2000年左右才相继出现了管道泄漏专利方面的申请。直到2007年左右，专利的申请量才突破个位数，呈逐年增加的趋势。虽然我国在该领域中的专利申请起步较晚，然而近些年的发展却是极快速的，技术也是比较先进的。
图2 国内专利申请量
从2000-2016这16年间405篇的检索结果分析来看，国内专利申请人方面较大部分集中在高校及研究所中，这部分申请人的管道泄漏检测技术都是比较前沿的，但较大一部分都处于理论研究阶段，并没有真正应用到工业实践中；公司方面虽占一部分申请量，但其则比较注重检测装置方面的改进，检测技术相对都比较延后；个人申请量比较小，且技术也较简单。
3 油气管道泄漏检测技术发展脉络
目前，国内外已知的油气管道泄漏能够引发的因变量信号包括：1）泄漏声，由泄漏孔附近的湍流射流所导致的管道泄漏噪声，以泄漏点为中心向四周辐射，短距离传播；2）负压波、音波，沿管内流体传播；3）管外温度变化，在管外泄漏点附近，不传播；4）流量、压力、温度的变化，分布于整条管线，不传播。而检测系统的高灵敏度、实时性及准确性则是全球油气管道泄漏检测定位技术追求的三大指标，为了最大化的达到这三大指标，全球各国的检测定位技术相继应运而生。
3.1 国外技术发展路线
图3示出了国外油气管道泄漏检测的几种技术和研究方向。涉及油气管道泄漏方面的专利文献主要集中于提高检测的灵敏度、实时性及准确性这三方面。早在1982年德国就有了专利申请DE3049544A1[2]，其采用传感器感测泄漏信号结合光纤将信号输出给检测人员采取相应措施；到了90年代，延续先前已有的技术，相继出现了专利申请JPH0894481A1、JPH09166512A，其都是采用光纤的方式输出信号，不同之处在于JPH0894481A1[3]将光纤沿管道沿线铺设，而JPH09166512A[4]则是采用嵌入式的安装传感器及光纤以便于检测系统设备的便捷更换；到了2000年左右出现了一些利用红外辐射原理对管道泄漏进行检测定位的方法，专利文献JP2001349829A[5]就是采用红外图像感测定位油气管道泄漏；专利文献US6530263A[6]采用首尾设置声波探测设备进而对泄漏点进行定位的方向；随着管道系统的复杂性及对于检测准确性的更高要求，相继出现了多种方法结合检测的专利文献，其中US2006225507A1[7]提出了一种分布式光纤温度传感器与声波传感器共同检测、机载红外定位的方法，当在同一位置、同一时间声波传感器检测到声波与分布式光纤温度传感器检测到温度变化同时发生时则判定泄露的发生，从而较好的排除掉由外界干扰或其他非泄漏原因所导致的虚报；与检测技术相比，检测设备更能满足工业化生产，专利文献WO2012156964A1公开了一种基于传感器感测泄漏信号、无线通讯从而控制管道阀开关的设备；计算机性价比的不断提高，信号处理手段的不断丰富及模式识别技术的日渐成熟，油气管道软件检漏的方法也随之出现，如专利文献JP2014000062925提出了一种通过特定演算建立模型从而确定管道泄漏位置的方法，运算量大且对检测装置的精度要求更高。
图3 国外技术发展路线
3.2 国内技术发展路线
图4示出了2000-2016年国内油气管道泄漏检测技术的主要发展路线及研究方向。从CNABS 数据库的检索结果看，我国起步较晚，2000年左右才刚出现有关管道泄漏定位相关的专利申请文件，CN1273342A[8]的专利文献公开了一种通过采集管道两端的压力、流量两个信号，以压力波传播速率和流量差的实测关系曲线对泄漏点进行定位的方法；但由于压力及流量检测的这种方法存在灵敏度低、时效性差的缺陷，2003年的专利文献CN1435678A[9]就引入了GPS系统对管道压力、流量及温度等数据进行实时分析处理的方法；在技术的发展过程中，人们注意到现有的方法对于管道的微小泄漏检测效果很不理想，而分布式光纤传感器却对微小振动感测很是灵敏，专利文献CN1598516A[10]就提出了一种基于分布式光纤传感器感测管道的微小振动、沿管道铺设的光缆实时输出信号的方法；到2007年左右，基于油气的泄漏、施工、打孔盗油等都会引起管壁外温度的变化，专利申请CN1932369A[11]公开了一种利用分布式光纤来实时感测油气管道温度变化从而判断泄漏有无的检测定位方法；这期间随着计算机的普及使用，信号处理手段也不断丰富，模式识别技术也日渐成熟，油气管道软件检测泄漏方法也逐渐进入人们的视线，专利文献CN101012913A[12]公开了一种采用混沌湍流数学模型和微处理器的管道微泄漏诊断方法与装置；但这些检测定位方法多为单一的检测方式，检测的灵敏度、实时性及准确性三者不能同时满足；在此基础上，2009年的专利文献CN101561081A[13]公开了一种车载机器人巡线检测结合自适应模糊算法、高斯滤波算法的检测定位方法，整个系统检测精度高、误报率低、分析软件实用性强、具有直观可视化效果；从2010-2016年的专利文献分析来看，近些年油气管道泄漏检测定位技术比较注重多种技术的结合使用，采用传统检测方法与计算机软件的分析模型相结合的方法能够快速准确的确定泄漏位置，大大的减少了误报的发生，且对微小泄漏的检测效果也比较显著。
图4 国内技术发展路线
4 总结与展望
尽管目前国内对管道泄漏技术的研究众多，有些方面在国际上也比较先进，但是很多还只停留在纸面上，且大多都集中在高校或研究院申请中，离技术的真正实施还有很长的一段路要走。同时，近些年发展起来的通过理论分析、数学模型训练进行油气管道泄漏发生机理、泄漏特征信号的研究，为管道泄漏信号的提取提供了理论指导，但真正应用计算机软件的管道检漏系统还有待于在具体工作中进一步实施。同时，管道泄漏的检测也不止采用一种单一的检测方法，而是越来越多的趋向于将两种或者更多种的方法结合起来共同检测，以提高检测的灵敏度、时效性和准确性。
参考文献：
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作者简介：杜芳，女，研究实习员，现主要从事专利审查工作。
论文作者:杜芳1,刘腾2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/29
标签：管道论文; 油气论文; 专利申请论文; 专利论文; 方法论文; 技术论文; 文献论文; 《基层建设》2019年第16期论文;