输油管道泄漏检测技术综述

输油管道泄漏检测技术综述

摘要：输油管道的泄露，不仅会造成巨大的经济损失，还会带来极大的危险，而且会造成对环境的严重污染。对此，本文系统介绍了近年来国内外输油管线泄漏检测及定位技术，并对比了各种方法的优缺点。

关键词：输油管线泄露检测

管道运输在原油输送方面应用越来越广泛。随着管道的增多，管龄的增长，由于施工缺陷和腐蚀穿孔、突发性自然灾害以及人为破坏等都会造成管道泄漏，给人们的生命财产和生存环境造成了巨大的威胁。为了确保管道安全运行和减少泄漏事故危害，研究具有更高可靠性和准确性的泄漏检测技术，具有重要的理论意义和应用价值。

一、输油管道泄露检测及定位的性能评价

管道泄露检测及定位技术能够及时准确报告泄漏事故，可以最大限度地减少经济损失和环境污染及更大危险的发生。对一种泄露检测方法的优劣和性能的评价，应从以下几个标准考虑：

1.泄漏检测的灵敏度

指泄漏检测系统对小的泄漏信号的检测能力。

2.泄漏检测的及时性

指检测系统在尽可能短的时间内检测到泄漏发生的能力。

3.泄露的误报率

误报率是指系统没有发生泄漏时却被错误地判定出现泄露的概率。

4.泄露的漏报率

漏报率是指系统出现了泄漏却没有被检测出来的概率。

5.泄露辨别的准确性

指泄漏检测系统对泄漏的大小及其时变特性的估计准确度。对于泄漏时变性的准确估计，不仅可以识别泄漏的程度，而且可对老化、腐蚀的管道进行预测并给出一个合理的处理方法。

二、管道泄漏检测方法简介

目前，国际上已有的检测和定位方法大体上分为基于生物的方法、基于硬件的方法和基于软件的方法三大类。

1.基于生物的方法

利用富有经验的人或训练有素的狗等生物，依靠视觉，气味或声音发现并且找到管道的泄漏点。

2.基于硬件的方法

依靠各种硬件装置直接来探测和发现泄漏孔和泄漏物。使用的典型硬件包括声学传感器、气体传感器、放射物传感器和压力传感器等。

3.基于软件的方法

利用各种不同的计算机软件包来发现管道泄漏的存在并确定泄漏孔的位置。软件包对因泄漏而造成的影响(如压力、流量、流速、

摩阻等管道动态模型参数的变化)进行采集、处理和估计，从而对管道的非线性、不确定性、随机性等因素引起的误差进行补偿，进而提高泄漏检测的灵敏度和定位精度，因此软件包的完整性和可靠性是十分重要的。这些方法包括流量/压力变化法，质量/体积平衡法，动态模型法和压力点分析法。

3.1基于生物的方法

通过富有经验的人沿管线巡查或通过对气味敏感的狗等动物来发现管道泄漏，这种方法费时费力，且对于海底，沙漠，沼泽和荒原中的管道很难进行人工巡查。生物巡查效果主要依赖个体经验和动物训练水平，在科技水平如此发达的时代，这种检测方法已经过时，只能在特定场合下应用此方法。

3.2基于硬件的方法

3.2.1声学法

当管道发生泄漏时，管内高压流体由破裂处喷出，由于与管壁的相互作用，产生一个高频的振动噪声，以应力波的形式沿管壁传播，管壁的阻尼作用使得只有一定的频率的波才能传播较远距离，这与管道的振动模型有关。管道泄漏声信号属于连续声发射信号，通过设置好的传感器可以接受到这种声波，从而探测泄漏，并进行定位。这种方法成本很高。对于埋地输油管道，阻尼作用更加明显，该方法不适于埋地输油管道的检测。

3.2.2气体法

当输气管道发生泄漏时，由于气体具有高度挥发性，通过检测管道周围环境中气体的浓度，可以判断管道有无泄漏。气体检测设备通常需要搭载在运输工具上，沿管线边移动边检测，检测响应时间通常是几小时到数天，此种方法不适用于输液管道检测。

3.2.3放射物法

该检测方法开发于1955年，美国用于输油管道的检测，一次检测长度在 20km以上，相继采用该项技术的国家有前苏联，法国，丹麦，印度，日本等。所用的放射性标记物有嗅一82、碘一131钠一24等，检测范围涉及到水管道，油管道，气管道。这种方法检测操作周期长，不适用于在线实时检测管道运行，现在已经很少使用。

3.3基于软件的方法

3.3.1压力波法

当管道发生突然泄漏时,由泄漏部位会产生一个向管道上游或管道下游传播的减压波,称之为负压波。在管道两端设置压力传感器，当传感器检测到负压波,就可以判断泄漏并对泄漏进行定位。应用负压波检测法的关键问题是如何区分正常操作与泄漏带来的负压波。负压波检测法灵敏准确，可以迅速地检测出大的泄漏,但是对于比较小的泄漏或已经发生的泄漏效果则不明显。

3.3.2压力点分析(ppa)方法

压力点分析法(pressurepointanalysis)简称ppa法，是一种用

于气体、液体和某些多相流管道检测泄漏的方法，其原理是对管道某点处的压力和流量的变化进行检测。当管道处于稳定状态时，压力和速度以及密度分布不随时间变化。在设备(泵和压缩机)供能增大或减少时，流体的速度、压力和密度分布的变化是连续的。如果在沿线的某点发生事故，其最初的泄漏特征将在一定的时间内传递到管道末端检测处(或其它任何检测位置)，传递时间取决于事故发生地点到检测点距离和压力波在管道流体中传播的速度。当泄漏发生时，管道完成过渡达到新的稳态。过渡时间由动量和冲量定理确定，完成该变化所需要的时间为几分钟至十几分钟。ppa检测法首先分析某个测试点的一组数据，然后应用计算机处理这些原始数据，使用压力测量值统计分析方法，以确定管道是否存在泄漏点。该方法结构简单，无需专用的检测仪表，但是单点分析的模式区分偏于简单，易误报警，无法定位等都是此种方法的局限。

3.3.3小波分析法

小波分析是20 世纪80 年代中期发展起来新的数学理论和方法，是一种良好的时频分析工具。利用小波分析可以检测信号的突变、去噪、提取系统波形特征、提取故障特征进行故障分类和识别等。因此，可以利用小波变换检测泄漏引发的压力突降点并对其进行消噪，以此检测泄漏并提高检测的精度。小波变换法的优点是不需要管线的数学模型，对输入信号的要求较低，计算量也不大，可以进行在线实时泄漏检测,克服噪声能力强，但是，此方法对由工