油气管道泄漏检测技术综述优选稿

油气管道泄漏检测技术

综述

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油气管道泄漏检测技术综述摘要：简单说明了油气长输管道泄漏的原因和泄漏的危害，简单回顾了国内外油气长输管道泄漏检测技术发展的历史，详细介绍了热红外线成像、探地雷达、气体成像、传感器法、探测球法、半渗透检测管检漏法、GPS时间标签法、放射性示踪剂法、体积或质量平衡法、压力波法、小波变换法、相关分析法、状态估计法、系统辨识法、神经网络法、统计检漏法和水力坡降法等20多种管道泄漏检测技术方法，同时介绍了泄漏检测方法的诊断性能指标和综合性能指标，最后指出了现在存在的问题和发展的趋势。

关键词：油气；长输管道；泄漏；原因；检测方法；性能指标；问题；发展；趋势

油气长输管道发生泄漏的原因多种多样，但大致可以分为：(1)管道腐蚀：防护层老化、阴极保护失效,以及腐蚀性介质对管道外壁造成的腐蚀和传输介质的腐蚀成分对管道内壁造成的腐蚀；(2)自然破坏：由于地震、滑坡等自然灾害以及气候变化使管道发生翘曲变形导致应力破坏；

(3)第三方破坏：不法分子的盗窃破坏,施工人员违章操作,野蛮施工造成的破坏；(4)管道自身缺陷：包括管道焊接质量缺陷,管道连接部位密封不良,未设计管道伸缩节,材料等原因。油气管道泄漏不仅给生产、运营单位造成巨大的经济损失，而且会对环境造成破坏、严重影响沿线居民的身体健康和生命安全。

1检漏技术发展历史

我国对于管道泄漏技术的研究起步较晚，但发展很快。1988年方崇智提出了基于状态估计的观测器的方法；1989年王桂增提出了一种基于Kullback信息测度的管线泄漏检测方法；1990年董东提出了采用带时变噪声估计器的推广Kalman滤波方法；1992年提出了负压波法泄漏检测法；1997,1998年天津大学分别采用模式识别、小波分析等技术对负压波进行了很大程度的改进；1997年唐秀家等人首次提出基于神经网络的管道泄漏检测模型；1999年张仁忠等提出了压力点分析(PPA)法和采集数据与实时仿真相关分析法相结合的方法；2000年胡志新等提出了分布式光纤布拉格光栅传感器的油气管道监测系统；2002年崔中兴等介绍了声波检漏法；2003年胡志新提出了基于Sagnac光纤干涉仪原理的天然气管道泄漏检测系统理论模型；2003年潘纬等利用小波分析方法来分析信号的奇异性及奇异性位置,来检测天然气管线泄漏；2003年夏海波等提出了基于GPS时间标签的管道泄漏定位方法；2004年白莉等提出了一致最大功效检验探测泄漏信号；2004年吴海霞等运用负压波和质量平衡原理,采用模糊算法和逻辑判断法,利用压力、流量和输差三重机制实现了对原油管道的泄漏监测及定位、原油渗漏监测和报警；2004年伦淑娴等利用自适应模糊神经网络系统的去噪方法可以提高压力信号；2005年张红兵等介绍了根据管道的瞬态数学模型，并应用特征线法求解进行不等温输气管

道泄漏监测；2005年刘恩斌等研究了一种新型的基于瞬态模型的管道泄漏检测方法,并对传统的特征线法差分格式进行了改进,将其应用于对管道瞬态模型的求解；2005年朱晓星等提出了将仿射变换的思想应用到基于瞬态压力波的管道泄漏定位算法中；2005年白莉等等将扩展卡尔曼滤波算法,应用于海底管道泄漏监测与定位；2006年白莉等利用多传感器的信息融合思想,提出分布式检测与决策融合方法进行长距离海底管线泄漏监测；2006年提出了一种基于Mach-Zehnder光纤干涉原理的新型分布式光纤检漏测试技术[1-12]。

2泄漏检测技术方法

对于检漏技术的分类，现在没有统一的规定，根据检测过程中所使用的测量手段不同，分为基于硬件和软件的方法；根据测量分析的媒介不同可分为直接检测法与间接检测法；根据检测过程中检测装置所处位置不同可分为内部检测法与外部检测法；根据检测对象的不同可分为检测管壁状况和检测内部流体状态的方法[1-19]。

2.1热红外成像

对于加热输送的液体管道，当管道发生泄漏时,土壤被泄漏的液体加热后温度上升，通过红外辐射的不同来感知这种异常的温度，将其与事先保存在计算机中的管道周围土壤正常温度分布图进行比较检测泄漏。近年美国OILTON公司开发出一种机载红外检测技术，由直升飞机携带一高精度红外摄像机沿管道飞行，通过分析输送物资与周围土壤的细微温差确

定管道是否泄漏。这类方法不能对管线进行连续检测，因此发现泄漏的实时性差而且对管道的埋设深度有一定的限制,具有关资料介绍,当直升机的飞行高度为300m时,管道的埋设深度应当在6m之内。

2.2探地雷达

探地雷达(GPR)将脉冲发射到地下介质中，通过时域波形的处理和分析探知地下管道是否泄漏。当管道内的原油发生泄漏时,管道周围介质的电性质会发生变化,从而反射信号的时域波形也会发生变化,根据波形的变化就可以检测到管道是否发生了泄漏。应用探地雷达探测时,物体必须有一定的体积,因此这种方法不适用于较细的管道。而且用探地雷达探测泄漏时,与管道周围的地质特性有关,地质特性的突变对图象有很大的影响,这也是应用中的一个难点。

2.3气体成像

在输气管道泄漏检测中,气体成像技术也是一个比较有效的方法。以前气体成像的原理主要是根据背景吸收气体成像和红外辐射吸收技术。设备比较笨重,需要大型的激光器。近年来,开发了一种称之为“纹影”的技术,即采用空气中光学折射成像原理检漏。其设备轻巧、使用方便,还能提供有关泄漏量的指示。这种光学非侵入技术，可以远距离观测漏失量为每分钟仅为几毫升的轻微泄漏。泄漏到大气中的天然气比周围的空气折射率高，天然气泄漏使光线发生折射，在摄像机和照明条件下光栅之间的泄漏，使光线到达摄像机时产生位移。这样肉眼见不到的天然气泄

漏就变成可视的纹影图象并可拍摄下来。利用这种技术，氧气和氮气难于在空气中成象，但烃类气体、挥发性流体的蒸气却容易看到；氦气、氢气、含氯氟烃等密度大于或小于空气的气体都可成象。同样纹影摄像机也能看到冷暖气流和超声冲击波。纹影成象技术不仅能发现气休泄漏而且能提供信息估算泄漏量。这种技术是地面成象系统，但检测来自地下的天然气泄漏也是可行的。

2.4传感器法

随着传感器技术的发展,人们已经制造出对某种化学物质特别敏感的传感器,再借助于计算机和现代信号处理技术可以大大地提高检测的灵敏度和精确度。

(1)嗅觉传感器?

将嗅觉传感器应用于管道检测还是一项不大成熟的技术。可以将嗅觉传感器沿管道按一定的距离布置,组成传感器网络对管道进行实时监控。当发生泄漏时,对泄漏物质非常敏感的嗅觉传感器就会发出报警。

(2)分布式光纤声学传感器

方法是利用Sagnac干涉仪测量泄漏所引起的声辐射的相位变化来确定泄漏点的范围，这种传感器可以用于气体或液体运输管道。这种方法是把