石油管道的泄漏检测技术解析

石油管道的泄漏检测技术解析

摘要：在当前的石油运输主要是采取管道运输的方式，管道运输在运输液体、

气体等物质方面具有自身的优势，承担着我国能源输送的重要的职责。但是在石

油管道运输的过程中，由于各种因素的影响，管道会出现各类的泄漏事故，造成

石油资源的大量浪费，甚至会引起爆炸等重大安全事故。当前在石油管道泄漏检

测技术方面，广泛应用的包括基于模型、知识、流量等类型的检测方法，取得了

较好的检测效果，在未来仍然需要在这方面不断探索研究，从而不断提高检测技

术水平。本文主要围绕石油管道的泄漏检测技术进行了研究，以供相关人员参考。

关键词：石油管道；泄漏；过程；检测技术

引言：

管道运输是利用管道输送气体、液体和粉状固体的一种运输方式。其运输形

式是靠物体在管道内顺着压力方向循序移动实现的，和其它运输方式重要区别在于，管道设备是静止不动的。随着管线的增多、管龄的增长、以及不可避免的腐蚀、磨损等自然和人为损坏等原因，使管道事故频频发生，给人们的生命财产和

生存环境造成巨大的威胁。为确保管线的安全运行，传统的就地泄漏检测方法显

然无法实施，这就需要探索新型的石油管道泄漏检测技术，从而确保检测工作的

水平和质量

1原油输送管道泄漏过程分析

原油输送管道内液体的流动状态可分为稳定和不稳定两大类，稳定流动是管

道流一动的基本状态，不稳定流动是由于稳定流动受到破坏而引起的，例如开阀

和关阀、起泵和停泵、调节阀和安全阀动作、动力故障等各种原因引起管内压力

波动，同时这种压力波动会沿管向上下游传播，引起整个管道内流体的瞬变流动。

工程上的不稳定流，可能引起的管道超压、噪声、抽空和振动，比起由稳定

流分析所得的结果要严重的多。泄漏发生时，也会产生沿管道向上、下游传播的

水击波，并且能在管道系统的边界点处如泵出口、阀门、下游储罐以及泄漏孔处

等发生反射，得以继续传播。

2石油管道的泄漏检测技术

石油管道泄漏检测技术按照不同的检测方法，可以分为给予软件和硬件的检

测方法；基于应用的介质不同，可以分为间接检测和直接检测的检测方法。除此

之外，还有外部检测方法和内部检测方法，内部流体状态检测方法和管壁状况检

测方法。下面介绍几种常用的检测方法：

2.1基于模型的检测方法

模型检测方法的基本思想，就是建立输油管道的实时模型，采用在线估算管

道流量和压力，然后与实测的管道流量和压力值进行比较，以此判断管道是否有

泄漏。应用模型检测法的有状态估计等方法，其中状态估计的检测方法是以管路

压力和流量来建立检测模型的。输入压力HN，管道输入终端的压力设为H0，管

道估计器输出定义为QN，终端流量设为Q0。如果管道泄露量较小，可以认为管

道上、下游泵站的入口压力对于泄漏影响可以忽略，这样始端出口及终端入口的

流量的就可以进行估算。那么，实际的测量值Q0就会由于泄漏的原因而增大。

需要注意的是，这种方法具有一定的局限性：在泄露量大的情况下，上述假设不

成立；在稳定流量的基础上建立的定位公式，估算误差有可能比较大；实际应用

时需要安装流量计。

2.2基于知识的检测方法

利用模式识别以及神经网络的方法，都属于基于知识的检测方法，其功能主

要包括学习以及训练，所以自适应性较强。当石油管道发生泄露之后，在检测过

程中有些因素无法得知，并且如果通过建立一般的数学模型方式也会存在较大误差，所以对于具有样本学习能力以及逼近非线性函数能力的神经网络检测方法来说，可以将泄漏信号的指标特征组成神经网络输入矩阵，从而建立基于管道状态

分类的神经网络模型，进行泄漏检测；适应神经网络算法，其可以在线学习故障，不必从实际的泄漏实践中提取经验数据，这种方法可以解决简单神经网络算法的

局限性，效果比较好；还有采用统计分析法的检测方法，结合管道出入口压力和

流量和压力，利用序贯概率比的检验，根据管道出入口的流量和压力，跟踪计算

出流量和压力之间的变化关系。如果发生泄漏，可以从流量和压力之间的变化关

系中看出；还有利用SPRT方法和模式识别技术，分析实测的流量和压力值，实

时计算管道泄漏的概率，泄漏定位可以采用最小二乘法测定。这种检测方法的优

势在于原理简单、维护方便，对于瞬变模型错误报警，能够较好的解决，使得计

算的复杂性能够有效地降低。其缺点是检漏精度受仪表精度影响比较大，定位精

度较差。

2.3基于流量的检测方法

石油管道运行良好的情况下，管道输出端和输入端的流量可以认为几乎不变，如果产生泄漏，输出端和输入端必定会有流量差，下游流量减少，上流流量增加。采用这种方法，由于流体介质性质的变化以及输送管道的弹性等各种因素，输出

端和输入端的流量变化存在一个缓冲过程，因此，精度不是很高，同时对于泄漏

点的位置也无法确定。虽然基于流量差的检测方法灵敏度不够，但仍然有较高的

可靠性，如果使之与压力波相结合来应用，可大大减少误报警。

3管道泄漏检测技术的发展趋势

（1）结合SCADA系统。SCADA系统不仅能为泄漏检测提供数据来源，而且

能对管道的运行状况进行监控，是管道自动化的发展方向。由于单一的泄漏检测

系统并不经济，充分利用SCADA系统的功能，可以获得更好的检测应用效果。

（2）多泄漏点、管网泄漏检测与定位。目前的管道泄漏检测和定位技术的

研究多是针对单根管道上的单点泄漏进行的，而对于单管多泄漏、多管耦合的泄

漏研究还少见。该方面的研究对解决管道实际运行状况具有更直接的现实意义。

（3）基于负压波的检测。但是实际管道中的压力信号中混杂大量的噪声，

噪声和干扰信号的幅度甚至可以将泄漏引发的有用信号淹没。因此，有效地滤波

技术也是检测系统研究的主要内容。

（4）运用分布式光纤传感器检测。光纤传感器是近年来发展的一个热点，

它在实际物理量测量的同时可以实现信号的传输，在解决信号衰减和抗干扰方面

有着独特的优越性，它有着传统传感器所无法比拟的优势。此外，随着各种分布

式光纤传感器的发展，未来可以实现利用一根或多根光纤对油气管道内介质的温度、压力、流量、管壁应力进行分布式在线测量，这在管道监控系统中将极具应

用潜力。因此，将分布式的光纤传感器应用于管道检测有着良好的前景。

（5）音波检测技术。这是近几年新发展的管道泄漏检测技，它利用泄漏点

产生的次声波沿管道两壁传播的特点，开发出了配套的软硬件，较好的解决了目

前管道泄漏检测领域存在的一些难点，具有反应灵敏，定位精度高，可靠性强等

特点。