淺析管道泄漏原因及常用檢測方法

摘 要:管道的泄漏是管道工程中的一個重要環節，因為管道泄漏直接導致能源浪費和環境污染，造成重大的經濟損失。由于管道的老化、地理和氣候環境的變化以及人為損壞等原因，泄漏事故時有發生。因此應建立管道的監測系統，實現對管道泄露的實時檢測，確定發生泄露的位置，以便及時檢修，盡可能減少經濟損失和能源浪費。介紹了管道泄漏檢測的主要方法及其簡要原理，討論了各種方法的優越性和局限性，并指出實際生產中應采用的方案。

關鍵詞:管道 泄漏 檢測 定位

由于管道檢測的多樣性和復雜性，目前國內外還沒有一種簡單、快速、精確、可靠、通用的管道泄漏檢測方法。有關管道泄漏檢測的方法大致分成以下四類:第一類是基于人工巡檢法，由有經驗的技術人員攜帶檢測儀器設備或經過訓練的動物分段對管道進行泄漏檢測和定位。這類方法具有定位精確度高和較低的誤報率的特點，但不能及時發現泄漏，檢測只能間斷的進行;第二類是基于超生、磁通、攝像等技術的管內檢漏法(如管內探測球PIG)，這類方法具有定位精確度高和較低的誤報率的特點，但無法實現在線監測。由于探測球在管內隨介質漂流，容易發生堵塞、停運等事故，并且探測球比較昂貴，運行成本較高;第三類是基于電纜檢漏法，目前使用的電纜主要有油溶性電纜、滲透性電纜、分布式傳感器電纜三種，電纜與管道平行鋪設，當泄漏的物質滲入電纜后，會引起電纜特征的變化，以此來實現對泄漏的檢測和定位，這類方法非常靈敏，對于小漏和緩慢泄漏均有較好的效果，但電纜價格和施工費用都較高，電纜一旦沾染上泄漏物后就要進行更換，它多用于液態烴類燃料的泄漏檢測;第四類方法是基于管道壓力、流量、溫度等運行參數的外部，檢測法，它能實現在線監測，是目前管道泄漏檢測和定位研究的主攻方向之一。

1 管道泄漏產生的原因

管道產生泄漏的原因是多方面的，主要可分為三大類:腐蝕穿孔、疲勞破裂和外力破壞。

盡管采取腐蝕控制措施可以大幅度減緩腐蝕，但并不能絕對防止腐蝕。陰極保護不足時，管道腐蝕過程雖然會由于陰極保護而緩慢但不會停止;陰極保護被屏蔽時，則對管道腐蝕根本起不到抑制作用。陰極保護不足是指陰極保護系統所提供的保護電流不能滿足管道保護要求;陰極保護屏蔽是指陰極保護電流在流動中受阻，不能到達預定位置。涂層上出現大面積破損、連續漏點或整體絕緣性能下降時，容易導致陰極保護不足，由于通過檢測可以發現這類缺陷，一般可通過修復避免腐蝕事故。涂層與管體金屬剝離時對陰極保護系統產生屏蔽作用，特別是采用絕緣性能較高的有機合成材料制作的涂層，但是現有的檢測技術很難檢測出涂層剝離來，因此容易產生腐蝕穿孔泄漏。

油氣管道長期在高壓條件下運行，管道金屬的機械性能會逐漸衰變，，管道焊縫本身存在的以及由于應力腐蝕產生的微小裂紋就會擴展，裂紋發展到一定程度，則釀成突發性的管道破裂事故，導致泄漏。對于輸氣管道來說管道破裂有可能造成災難性的后果。

外力破壞主要包括天災和人禍兩方面。洪水、山體滑坡、泥石流以及地震等都有可能毀壞管道;人禍主要是指第三方破壞，包括各類建設項目的施工如筑路、開挖等所造成的無意破壞及打孔盜油、盜氣等不法分子造成的蓄意破壞，目前已成為管道保護的主要威脅，有些地區甚至是第一位的破壞原因。

2 常用管道泄漏檢測方法

2.1 壓力梯度法

在管道上、下游兩端各設置兩個壓力傳感器檢測壓力信號，通過上、下游的壓力信號分別計算出上、下游管道的壓力梯度。當沒有發生泄漏時，沿管線的壓力梯度呈斜直線:當發生泄漏時，泄漏點前的流量變大，壓力梯度變陡，泄漏點后的流量變小，壓力梯度變平，沿管道的壓力梯度呈折線狀，折點即為泄漏點，由此可計算出泄漏點的位置。

在實際運行中，由于沿管道的壓力梯度是非線性分布，因此壓力梯度法的定位精度較差，并且儀表測量的精度和安裝位置都對定位結果有較太的影響。對于流體在粘度、密度、熱容等特性隨沿程溫度下降有較大變化的管道，該方法具有較大的優越性，但需要流量信號，并且需要建立較復雜的數學模型。

2.2 負壓波檢漏法

當輸送管道發生泄漏時，以泄漏處為界，視輸送管道為上、下游兩個管道，由于輸送管道內外壓差的存在，使得泄漏處的液體迅速流失，壓力突降。當以泄漏前的壓力作為參考標準時，泄漏時產生的減壓波就稱為負壓波。該負壓波將以一定的速度向管道兩端傳播，經過若干時間后分別被上、下游的壓力傳感器檢測到。根據檢測到的負壓力波的波形特征，就可以判斷是否發生了泄漏，再根據負壓力波傳到上、下游傳感器的時間差和負壓力波的傳播速度就可以進行泄漏點的定位。負壓波檢漏法不需要數學模型，計算量小，適用于發生快速的、突發性泄漏的場合，并且大多數只用壓力信號，特別適合我國管道應用。

2.3 質量或體積平衡法

質量或體積平衡法基于管道中流體物質流動的質量或體積守恒關系，即液體的流入量與流出量的差應等于管道內停滯的流體量。在管道運行穩定后，流入量與流出量視為相等，于是在檢測管道多點位(或泵站兩端)的輸入和輸出流量時，若差值大干一定范圍，既表明所測管道可能已發生泄漏。管道中的流體物質沿管道運行時其溫度、壓力、密度、粘度可能發生變化，容易產生誤差，但是可以修正。

使用質量或體積平衡法進行管道泄漏檢測時，流量計的精度和管道中的流體物質存余量的估計對泄漏檢測精度有一定的影響。為了減少流量計的測量誤差。可采用擬合流量計流量誤差曲線的方法，對計量精度進行實時在線校正，實現流量計的精度補償。另外流量計之間的距離不宜設置過遠，以確保流量計之間管道中流體物質余量預測的精確性。質量和體積平衡法對于檢測運行狀況不斷變化的管道和泄漏量少的情況時，檢測誤差會較大，很難及時發現泄漏，須與其它方法配合使用。

2.4 統計檢漏法

統計檢漏法是殼牌公司提出的一種不用管道模型的檢漏方法，該方法根據管道出入口的流量和壓力，連續計算流量和壓力之間的關系。當發生泄漏時，流量與壓力之間關系就會變化，應用序列概率比實驗方法和模型識別技術對實際測量的流量和壓力值進行分析，計算發生泄漏的概率，從而判斷是否發生了泄漏。采用最小二乘法對泄漏點進行定位，但定位精度受檢測儀表精度的影響比較大。

2.5 聲波檢漏法

當管道發生泄漏時，管道中的流體通過泄漏點外瀉時會產生噪聲，該噪聲將沿管道向兩端傳播，強度隨距離會按指數規律衰減，在輸送管道上安裝聲音傳感器捕捉噪聲信號，通過對噪聲信號的分析處理，判斷是否發生泄漏并確定泄漏點的位置。由于受到噪聲傳播距離的限制，若要對長距離的輸送管道進行泄漏檢測，則需按一定的間隔安裝許多聲音傳感器。但隨著分布式光纖聲學傳感器的應用，一根光纖可代替許多聲音傳感器，這將降低檢測系統的成本，并且提高泄漏檢測的精度。

3 管道泄漏檢測與定位方案

通過對上述幾種方法的分析比較，在實際應用中應優先采用管道自動監控系統對整個液體輸送管道實施不間斷的監控，但單獨采用管道自動監控有時不能有效地檢測微量的泄漏(如泄漏量小于流量的0.5%)，這就需要輔以必要的人工巡檢等方法來加強檢測。在管道運行初期，由于管道的材質、防腐層、焊口等方面存在著未被檢查發現的缺陷，事故概率較高。在管道運行的中期，事故主要因人為破壞或操作失誤引起的，事故概率較低，管道處于平穩運行期。在管道運行后期，管道趨于老化，事故率上升。因此在管道運行初期和后期除采用管道自動監控系統外，還可進行攜帶儀器的檢測車進行人工巡檢來發現管道自動監測系統未能檢出的泄漏。對長距離輸送管道應采取管道分段進行風險評估的方法，對風險大的管段優先進行’人工巡檢，對風險小的管段可適當減少人工巡檢的次數，從而減少人工巡檢的工作量。

隨著管道工業的發展和計算機技術的應用，管道泄漏檢測技術將在精度和靈敏度方面不斷提高，輸送管道自動監測系統將會進一步完善，從而更加符合實際需要。