管道泄漏检测、泄漏检测方法与泄漏检测技术

管道泄漏检测、泄漏检测方法与泄漏检测技术

北京科创三思科技发展有限公司

一、管道泄漏检测

随着我国工业生产的迅猛发展，油气管道的建设同步进入高速发展期，目前我国油气管道保有量已有数十万公里，油气管道的平稳运行已经成为石化企业的重要工作。

由于管道的自然腐蚀、盗油盗气分子的人为破坏，管道发生破损泄漏的危险日益加大，管道泄漏除了油气介质的直接损失之外，还造成严重的环境污染，土地从此无法种庄稼，河流海洋无法进行渔业养殖，天然气的泄漏还可能引发爆炸。

管道泄漏检测是在管道发生泄漏的初期，发出泄漏报警，使线路维护人员能迅速到达泄漏现场进行维护处理，避免发生更加严重的后果。

管道泄漏检测技术的研究从上世纪九十年代开始，历经二十年，已经有放射物检测法、质量平衡法、电缆检测法、微波探测、磁场感应传感器探测法、红外探测法等多种直观、简单的方法被淘汰，现在行业中有三种方法被广为介绍：光纤检漏法、负压波法、次声波法。

二、管道泄漏检测方法

2.1、光纤检漏法：

根据Joule-Thomson效应原理，当管道发生泄漏时，泄漏源附近的温度会相应降低，监视该局部温度变化，可以对泄漏进行监测和定位。

光纤光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)传感器基于波长调制技术，将被测应变和温度的变化转化为光栅中Bragg波长的变化，通过解调得知被测参量的信息。它是一种点式准分布测量技术，该技术利用FBG作为传感器，平行铺设在天然气管道附近，检测管道由于泄漏、附近机械施工和人为破坏等事件产生的压力、振动和温度信号，通过匹配光栅法和自动识别技术检测管道泄漏并进行定位。光纤法具有测量精度高、长期稳定性好、传输距离远、数据采集实时性好、抗电磁干扰、本质防爆等优点。

根据这个原理，光纤法应该是非常有效并且定位准确的，但存在以下几个问题：

①当泄漏量较小时，泄漏源附近温度变化较小，对光纤传感器的检测灵敏度要求相当高，在现役管道上，已经铺设的光纤是否满足要求，是一个需要确定的问题，满足要求的光纤成本也相应偏高。

②当使用与管道平行埋设的光纤时，由于当初埋设光纤的目的不是做管道泄漏检测，

因此，光纤的埋设离管道有一定的距离，并不是贴着管道埋设（实际工程中，我们多次遇到光纤离管道有十几米距离的情况），如此一来，因管道发生泄漏而引起的温度降低，光纤就检测不到（这是工程状况限制，不是光纤检测法本身的缺陷）。

③即使原有光纤与管道离得很近，当发生图一情况时，由于光纤和泄漏点处于管道的两端，仍然无法报警，按照国外的报道，光纤检测系统里面的光纤需要三根均匀分布在管道周围（如图二所示），才能确保管道的泄漏报警。

图一：检测光纤与泄漏点处于管道两端

图二：光纤应埋设三根，均匀分布在管道周围

2.2、负压波法

当管道发生泄漏时，泄漏处由于管道内介质外泄造成管道压力突然下降，在流体中产生一个瞬态负压波，负压波沿管道向上、下游传播。由于管道的波导作用，负压波可传播数十公里，根据负压波到达上、下游测量点的时间差以及负压波在管道中的传播速度，可以计算泄漏位置。由于负压波法有效距离长、安装简捷、成本较低，目前在国内得到广泛

负压波法有其自身的缺陷，表现在以下几个方面：

①对泄漏量要求很大：负压波法能迅速检测出泄漏量很大的泄漏，对泄漏量较小的泄漏没有效果。目前，业界对能够报警的泄漏量值说法不一，根据胜利油田一个招标项目里给出的指标：灵敏度：系统应在20秒之内探测出大于流量10%的泄漏，2分钟内探测出大于管道设计流量2%的泄漏；我们依稀可以推测出2％是一个很高的指标（详见胜利油田2013年3月招标文件《07管线漏失监控系统》）；

②在天然气管道上不起作用：在天然气管道上，如果发生泄漏，泄漏处的压缩气体迅速扩张，不产生可以检测得到的负压波，因此，负压波法对天然气管道无能为力；

③在海底管道上不起作用：海底的管道受海浪冲刷，在海底如同面条般不停的摆动，管道内的介质压力相应的不停变化，负压波系统会不停的发出报警信号；福建泉港联合石化的一条总长15公里的海底管道，原本设计安装一套负压波系统，后因不停报警而撤换成次声波系统。

④定位不准确：负压波信号是直流信号（波形如图3所示），信号从开始到结束的时域很宽，同时由于泄漏开始阶段泄漏量较小，负压波信号不明显，因此，业界在选择泄漏开始的时间点上存在较大的分歧，以负压波在输油管道内的传播速度为1000米/秒计算，取点即使存在一秒钟的时间误差，也会产生一公里的定位误差，事实上，目前管道企业在用的负压波系统，几乎没有精确定位的案例。

图3：负压波信号

⑤需要很多辅助手段：比如负压波系统需要流量计的辅助，由于管道存在调压等各种工况，负压波系统无法区分，因此，负压波报警的前提是流量计报告流量有损失；如果没有流量计，负压波系统即使在陆地上也是不断报警。

管道发生泄漏时，泄漏介质与泄露处管道壁高速摩擦而产生声波信号，声波信号中的次声波成分因衰减极小而能够长距离传播，次声波系统检测到该信号之后，定位原理与负压波完全一致。次声波信号是交流信号，信号呈尖峰状（见图4），时间点的获取没有分歧，弥补了负压波定位不准确的缺陷；天然气的泄漏同样产生次声波，弥补了负压波在天然气管道上无效的缺陷；海底管道因海浪而摆动时不产生次声波，不会引起误报，弥补了负压波在海底管道上无效的缺陷；次声波的产生跟泄漏量无关，并不需要产生大量泄漏的报警条件，次声波系统在济邯线上破获过打孔盗油案件，盗窃分子只是刚刚打好一个新孔，尚未开始偷油，系统即发出泄漏报警，经护线队员查看，该盗油孔漏油量不到1升。

次声波系统也有自身的缺陷：或许是次声波传感器的成本大大高于负压波传感器的成本的缘故，次声波系统造价要比负压波系统造价高三至五倍，这给推广工作带来很大阻力。

图4：次声波系统波形

三、管道泄漏检测技术

无论采用何种方法，管道泄漏检测技术都由《现场单元》＋《控制室单元》＋《信号处理软件》这三大部分组成。