【综述】埋地管道泄漏监测检测技术

埋地管道泄漏监测检测技术

沈功田，李光海。景为科左延田

（中国特种设备检测研究中心，北京１０００１３）（中国石油大学，北京１０２２４９）

摘要：综述了埋地管道泄漏监测与泄漏检测的各种无损检测技术，并讨论了各种方法的原理、适用范围、优点和缺点等。介绍的埋地管道泄漏监测技术包括流量平衡法、负压波法、声波法、实时瞬态模型（ＲＴＭ）法、监控与数据采集（ＳＣＡＤＡ）法、激光光导纤维法和电缆传感法等，泄漏检测技术包括声波法、红外热成像法、激光扫描法和可燃气体敏感法等。

关键词：埋地管道；泄漏监测；泄漏检测；综述；声波

中图分类号：ＴＧｌｌ５．２８文献标识码：Ａ文章编号：１０００—６６５６（２００６）０５—０２６卜０４

ＬｅａｋａｇｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄＴｅｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒＢｕｒｉｅｄＰｉｐｅｌｉｎｅｓ

ＳＨＥＮＧｏｎｇ－ｔｉａｎ。ＬＩＧｕａｎｇ－ｈａｉ，ＪＩＮＧＷｅｉ－ｋｅ

（ＣｈｉｎａＳｐｅｃｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１３，Ｃｈｉｎａ）

ＺＵｏＹａｎ－ｔｉａｎ

（ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２４９，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｕｓｅｄｂｙｌｅａｋａｇｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｏｆｂｕｒｉｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｓｃｏｐｅ，ａｄｖａｎｔａｇｅｓａｎｄｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｌｅａｋａｇｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｂｕｒｉｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅｉｎｃｌｕｄｅｄｉｎｆｌｕｘｅｑｕｉｔｙ，ｎｅｇａｔｉｖｅｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｖｅ，ｓｏｕｎｄｗａｖｅ，ｒｅａｌ—ｔｉｍｅｍｏｄｅｌ（ＲＴＭ），ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ（ＳＣＡＤＡ），ｌａｓｅｒｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｒｅａｎｄｃａｂｌｅｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅｌｅａｋａｇｅｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓｏｆｂｕｒｉｅｄｐｉｐｅｌｉｎｅｉｎｃｌｕｄｅｄｉｎｓｏｕｎｄｗａｖｅ－ｉｎｆｒａｒｅｄｉｍａｇｉｎｇ－ｌａｓｅｒｓｃａｎｎｉｎｇａｎｄｆｌａｍｍａｂｌｅｇａｓｔｅｓｔｉｎｇ

ｍｅｔｈｏｄｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＢｕｒｉｅｄＰｉｐｅｌｉｎｅ；Ｌｅａｋａｇｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；Ｉ。ｅａｋａｇｅｔｅｓｔｉｎｇ；Ｒｅｖｉｅｗ；Ｓｏｕｎｄｗａｖｅ

对埋地管道泄漏的探测分为监测和检测两种。埋地管道泄漏监测主要是对管道从不漏到突然发生泄漏的过程的监测，一般是采用固定的装置对管道进行实时监测，一旦发生泄漏立即报警，使有关人员能够进行及时处理。其相应监测传感器和仪器设备一般在管道建设中已经安装好，其缺点是对已经产生的稳定的泄漏源无法检测到。根据传感器安装的具体部位，监测技术又分为内部和外部监测两种。

对管道泄漏的检测是从地上或外部定期进行，采用仪器从管道的外表面来发现泄漏点，以采取堵漏措施。检测仪器设备一般采用移动式，其优点是无需事先安装固定的传感器和检测设备，对埋地管道不会产生任何破坏或影响其正常生产，对已经稳

收稿日期：２００６—０４—０４定的和新发生的泄漏都可以进行识别。

１埋地管道泄漏内监测技术‘１￣４］

１．１流量平衡法

流量平衡法监测管道泄漏的原理为通过测量一段管道入口端与出口端的流量差来进行。在单位时间里，人口端的流量可能与出口端的流量不等。没有泄漏发生时流量差满足下面公式

Ｑｉ。一Ｑｏ。。ｌ≤ｄＱ。＋警

Ｕ‘

式中Ｑ．。——入口端流量

Ｑ。。。——出口端流量

ｄＱ。——流量测量的误差范围

ｄＶ。／ｄｆ——流量变化率

如果有泄漏发生，则以上关系式将不成立，即

２００６年第２８卷第５期２６１

ｌＱ。。一Ｑ。。。Ｉ＞ｄＱ。＋兰＃。

Ｕ￡

流量平衡法又分为管道平衡法、补偿流量平衡法和质量平衡法。管道平衡法对于管内压力、温度和传输介质组成成分变化引起流量的变化不进行补偿；补偿流量平衡法则进行补偿。目前使用的多数属于有补偿的流量平衡法检漏系统。质量平衡法通过流量和比重计的数据可以方便实现。

与其它检漏方法比较，流量平衡法的优点是可以发现微小泄漏。其缺点是对泄漏发生的反应慢和需要在每段管道的两端安装流量表，并且仅靠流量数据不能进行泄漏点定位。不过多数基于软件功能的流量平衡法检漏系统通过对压力数据进行分析可实现漏点定位。

目前美国ＣｏｎｔｒｏｌｏｔｒｏｎＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ公司推出的１０１０Ｉ，Ｄ检漏系统应用质量平衡法进行泄漏报警和漏点定位。适用管道长度为１６１ｋｍ（１００ｍｉｌｅ），漏点定位精度为１０ｍ。

１．２负压波法¨ｏ

对于突发性泄漏事故，负压波检测方法得到了广泛应用。当管道发生泄漏时，由于管道内外的压差，泄漏点的流体迅速流失，压力下降。泄漏点两边的液体由于压差而向泄漏点补充。这一过程依次向上下游传递，相当于泄漏点处产生了以一定速度传播的负压力波。根据泄漏产生的负压波传播到上下游的时间差和管内压力波的传播速度以计算出泄漏点的位置。定位的原理见图１，Ｌ为管道长度，ｚ为泄漏点，ｔ。和ｔ：为负压波传播到上下游站的时间。

三

蹦１负压坡泄漏定位原理

泄漏点的计算公式为

ｚ一半（３）

Ｚ２———＿＝—一ＬＪ，式中ｚ——泄漏点距上游站测压点的距离

Ｌ——上、下游站间距

口——负压波的传播速度

△ｆ——上游站与下游站压力突变的时间差

可以看出，泄漏点的计算公式很简单。式（３）中，管道两站间的准确长度Ｌ可以从管道的设计图２６２２００６年第鸽卷第５期

中得到。因此，精确确定负压波的传播速度ａ和负压波传播到上下游的时间差扯是两项关键技术。

负压波法是通过对管道压力变化的分析来进行泄漏判断的方法。该方法很大程度上取决于传感器的频响和灵敏度，因为在管道上的控制操作（如阀门的开启和关闭）也会产生高幅的压力波，泄漏产生的压力波会湮没在其中，因此信号处理和识别是该方法的一个重点，目前使用的有相关分析法、小波分析法和神经网络法等。

不同的压力波分析法主要区别是探测和识别负压波的方法。有些识别负压波波形的上升沿，有些是对全波形进行识别。

该方法的优点是适用于液体介质的长输管道，泄漏率大的泄漏定位精度和灵敏度高。缺点是不适于微小泄漏和渗漏。

１９９６年１０月，在胜利油田孤岛采油厂研制成功我国第一套原油集输管道泄漏检测系统。１９９８年１月，在中（原）洛（阳）线濮阳一滑县段研制成功我国第一套实用化的原油长输管道泄漏检测与定位系统，并取得显著的经济效益。目前，已在我国的３０００多公里的长输管道上安装了国产原油管道泄漏检测与定位系统，取得了显著的经济效益和社会效益。

１．３声波法

声波法是２０世纪８０年代初从美国开始发展起来，目前在已在美国、澳大利亚和我国台湾地区得到应用。其检测原理是当输送管管壁破裂时，管内的流体瞬间自洞孔喷出，管内外压力差将会产生特定频率的声波信号，信号会沿上、下游的管线传送，利用信号到达管线上传感器的时间差，可计算出泄漏位置。

美国德克萨斯州的ＡｃｏｕｓｔｉｃＳｙｓｔｅｍＩＮＣ（ＡＳＩ）公司已采用该技术２０多年，开发的ＷａｖｅＡｌｅｒｔⅦ声波管道泄漏检测系统在上述国家和地区的２２个压力管道工程上得到应用，该方法具有如下特点：（１）能短时间探测出泄漏位置，探测气体介质管道３ｋｍ约用１５Ｓ，１５ｋｍ约５０Ｓ，探测油管３ｋｍ约１０Ｓ，１５ｋｍ约２０Ｓ，两探头间距最远达９０ｋｍ。

（２）泄漏源定位精度为±３０ｍ。

（３）具有高灵敏度分辨率，在流体静止、马达泵浦启动、阀门开关时，皆可正常操作和监视。

（４）泄漏＜ｌ％正常流量时也可检测。

（５）智能型数据采集器，可以自动过滤周围环境噪音，使误报率降＜４次／ａ（年）。