输油管道泄露检测方法综述

国内外管道泄露检测的方法

摘要：输油管道在现代社会中的应用越来越广泛,但是随着管道运行时间的延长,由于各种原因导致的管道泄漏将造成资源的浪费和环境污染,建立管道泄漏检测系统,及时准确地报告事故的范围和程度,可以最大限度地减少经济损失和环境污染。文章总结了国内外近几十年来发展起来的管道泄漏检测和定位的主要方法,重点分析了管道外部动态检测的原理及优缺点。

关键词：管道泄漏检测定位原理

引言

管道泄漏是长输管道平稳运营的重要安全隐患。石油化工行业的输送管道一旦发生泄漏事故, 将造成严重的环境污染和危险事故,同时也因输送物料的大量泄漏带来重大的经济损失，近年来犯罪分子打孔盗油也成为管道泄漏的主要原因之一。据统计，自１９９８年以来在中国石油管道公司管辖的范围内，累计发生打孔盗油盗气案件将近３００起。及时、迅速发现管道泄漏并准确判定泄漏点成为管线平稳安全运行的当务之急。

管道泄漏检测和定位的主要方法

1 人工巡线

人工巡线在国外石油公司也广为应用。美国Ｓｐｅｃｔｒａｔｅｋ公司开发出一种航空测量与分析装置。该装置可装在直升机上，对管道泄漏进行准确判断。

我国通常是雇佣农民巡线员沿管道来回巡查，虽与发达国家有较大差距，但针对我国国情来说，也是切合实际的。

2 管道内部检测技术

通过对清管器应用磁通、超声、录像、涡流等技术提高了泄漏检测的可靠性和灵敏度。国际管道和近海承包商协会ＩＰＬＯＣＡ宣布，迄今为止已开发出３０多种智能清管器。智能清管器应用了大量新近研发出来的电子技术和计算机技术，可依靠计算机对检测结果进行制图。新型清管器在硬件方面装备了传感器、数据贮存和处理设备、电视和照相设备；在软件上配备了专门用于分析用的软件包。此类清管器不仅可用于管道检漏，而且可勘查管壁结蜡状况，记录管内压力和温度，检测管壁金属损失。如磁漏式清管器，通过永久磁铁来磁化管壁达到磁通量饱和密度。清管器在管道中流动时，管壁内外腐蚀、损伤和泄漏等部位会引起异常漏磁场，并且感应到清管器中的传感器。管壁中的任何变化都会引起磁力线产生相应的变化。现在，微处理机和有限元数值计算技术的发展使清管器对信号识别和处理的功能大大增强。但磁漏式清管器的输出信号受管道压力、使用环境的影响较大，传感器的感应线圈仅对某种类型和尺寸的缺陷灵敏。一般来说这种清管器适合于金属孔隙探测。其他智能清管器中，还有超声波检测清管器、内径规清管器和核子源清管器等。

3 管道外部动态检测技术

随着自动化仪表、计算机技术的深入发展，各种动态检测技术也相继出现，如：压力点分析法、特性阻抗检测法、互相关分析法、压力波法、流量差监测法、管道瞬变模型法等等。

3.1压力点分析法(PPA法)。PPA法可用于气体、液体的多相流管道的检测。当管线处于稳定工况时，流体的压力、速度和密度的分布是不随时间变化的。当泵或压缩机供给的能量变化时，上述参数是连续变化的。当管道发生泄漏后，液体将过渡至新的稳态。过渡时间从几分钟到十几分钟不等，由动量和冲量定理确定。PPA法检测流体从某一稳态过渡到另一稳态时管道内流体压力、速度和密度的变化情况，来判断是否包含有泄漏信号。但PPA法应用统计技术，需要大量的原始测量数据，并且无法对泄漏点进行定位

3.2 特性阻抗检测法。由传感器构成的检漏系统可随时检测到管道微量原油的泄漏情

况。传感器采用多孔聚四氟乙烯树脂作为绝缘材料。这种材料导电率、绝缘阻抗热稳定性好、不易燃烧、化学稳定性好。当漏油渗入后，其阻抗降低，从而达到检漏目的。

3.3互相关分析法。设上、下两站的传感器接收到的信号分别为ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）。两个随机信号ｘ（ｔ）和ｙ（ｔ）有互相关函数Ｒｘｙ（ｔ）。如果ｘ（ｔ）和ｙ（ｔ）两信号是同频率的周期信号或包含有同频率的周期成分，那么，即使ｔ趋近于无穷大，互相关函数也不收敛并会出现该频率的周期成分。如果两信号含有频率不等的周期成分，则两者不相关。

3.4 压力波法。压力波法是国内应用比较普遍的检漏方法。管线由于腐蚀、人为打孔原因破裂时, 会产生一个高频的振动噪声,该噪声以应力波的形式沿管壁传播, 强度随距离按指数规律衰减。在管道上安装对泄漏噪声敏感的传感器, 通过分析管道应力波信号功率谱的变化, 即可检测出流体的泄漏。。

3.5流量差监测法。理论上，管道容量＝管道流进量－管道流出量＝常量。所以，测试上、下游的流量差，当其值超过某一阈值(常量＋△V)时，应立即报警。

此方法分为2种：一种仅测试上、下游的流量差；另一种则是在测试上、下游流量差的基础上，引入补偿变量，包括压力、温度的变化、管道容量的波动等。

该方法的优点是：在管道的压力以及流速变化不大的情况下，也可以检测出泄漏的存在。但是，它需要测量流量信号，而流量计的安装和维修都很困难。另外，无法对泄漏点进行定位

3.6瞬态流模拟法

该方法要建立管道的实时数学模型，其边界条件由现场的监控和数据采集(SCADA)系统提供。流体模型经常使用的方程有质量守恒、动量守恒、能量守恒和流体状态方程等。模型考虑多种变量，如流体速率、温度、压力、比重和黏度等的变化，用来预测管道的状态。当实际的测量值与模型的计算值之间的差异超过了某一阈值，说明有泄漏存在。该方法不但定位精确，还可以确定泄漏发生的时间及泄漏量的大小。

瞬态模拟法的缺点则表现在：建模及计算的工作量都相当大；要求精确地知道输入口和输出口的流量、压力和温度值，以及中间测量点的压力和温度值，测量数据多，而且实际测量总会存在误差和不确定性，造成较高的误报警率；安装费用和维护费用都很高。

3.7温度测试法

该方法是通过测试紧邻管道的环境温度的变化来进行泄漏检测和定位。基于此原理的红外温度记录仪已经成功的应用在热水管道的检漏中。另外，传感技术的进步使得温度曲线在实际测试中变得方便实用，尤其是温度感应电缆和光纤电缆的使用，大大改进了数据的可靠性。

温度测试法的局限性则表现在

传感器需要直接接触管道进行安装和测量；在传感器安装和复原的时候，易对管道造成损坏；存在管壁温度与管道水温没有直接关系的可能性；长时间地读取数据(一般24h以上)时，测温仪器极易损坏；设备费用高。

1 高宏扬管道泄漏检测和定位的方法中国石油报，2004

[2] 靳世久.原油管道漏点定位技术[J].石油学报，1998，（19）.

[3] 唐秀家. 管道系统泄漏检测神经网络与模式识别方法[J].核科学与工程，1998，19（3）.

[4] 严大凡.输油管道技术与管理[M].北京:石油工业出版社，1989