長輸管道泄漏檢測的方法

摘要：隨著石油工業(yè)的不斷發(fā)展，長輸管道輸送在石油運輸中的優(yōu)勢越來越明顯。但是，如果管道發(fā)生泄漏，會造成原油的大量損失，同時對周圍的環(huán)境也會造成污染。因此，如何快速及時的對管道的泄漏進行檢測，是需要及時解決的一個問題。本文介紹了多種管道泄漏檢測的方法和原理，對于加強管道的維護，防止造成經(jīng)濟損失和環(huán)境的損害，有著重要的現(xiàn)實意義。

主題詞：長輸管道；泄漏；檢測

長輸管道輸送在石油生產(chǎn)中有著獨特的優(yōu)勢。由于管道服役時間不斷增長而逐漸老化，或受到各種介質(zhì)的腐蝕以及其它破壞因素，會引起管道泄漏。例如泵站的開關(guān)所帶來的應(yīng)力、壓力控制閥的誤操作、處于腐蝕環(huán)境下管道的老化、埋管土壤潮濕及溫度變化、通過公路時受壓過大、人為的破壞等等都是常見的原因。管道泄漏不但造成財產(chǎn)損失，還會污染環(huán)境，因此，對石油管道泄漏檢測技術(shù)的研究，是一個有實際意義的工作。

1.管道泄漏檢測方法簡介

自我國石油工業(yè)發(fā)展以來，在管道泄漏檢測方面，嘗試各種新的方法和手段。從簡單的人工分段沿管線巡視發(fā)展到較為復雜的軟硬件相結(jié)合的方法，提高了管線泄漏檢測的靈敏度和準確定位。下面對各種檢測方法做一個簡單的介紹。

1.1流量平衡法

該方法基于管道流體流動的質(zhì)量守恒關(guān)系，根據(jù)管道進出口的流量測量值，結(jié)合管道中原油的流量分析，確定管道中是否發(fā)生泄漏。該方法簡單、直觀，但對于任何一個擾動或管線本身的動力變化都是敏感的，容易造成誤檢。為了提高檢測精度和靈敏度，人們改進了基于時點分析的流量平衡法，改進后的動態(tài)流量平衡法在檢測精度和靈敏度上比一般的流量平衡法有所提高，但它需要建立管線的動態(tài)模型，而且這種方法確定泄漏位置對少量泄漏的敏感性差，不能及時發(fā)現(xiàn)泄漏。

1.2壓力坡降檢漏法（恒定流動檢測法、壓力梯度法）

壓力坡降檢漏法是上世紀80年代末發(fā)展起來的一種技術(shù)，它的原理是：正常輸送時站間管道的壓力坡降呈斜直線，當發(fā)生泄漏時，漏點前的流量變大，坡降變陡，漏點后，則流量變小，坡降變平，沿線的壓力坡降呈折線狀，折點即為泄漏點，據(jù)此可算出實際泄漏位置。壓力坡降檢漏法以上下游壓力梯度信號構(gòu)成時間序列模型，該時間序列模型的統(tǒng)計特性對泄漏量敏感，用Kullback信息測度準則對時間序列進行分析，便可進行泄漏檢測，但線性壓力梯度法，不適合“三高”原油。所進行的試驗表明，在長3Km、管徑325mm的原油管道上進行泄漏點檢測，其精度為0.7%。

1.3壓力波檢漏法（瞬變流動檢漏法、負壓波法、波敏法）

當管道上某處突然泄漏，在泄漏處將引起瞬態(tài)壓突降，類似于分支管線上的閥門開啟，會產(chǎn)生一個負壓波，從漏點開始，該波以一定速度分別向上、下游傳播。管壁象一個波導管，壓力波可以傳播相當遠，分別傳到上、下游，上下游壓力傳感器捕捉到特定的瞬態(tài)壓力波形就可以進行泄漏判斷，如果能夠準確確定上、下游端壓力及接收到信號的時間差，那么根據(jù)負壓波的傳播速度就可以檢測出泄漏點的位置。根據(jù)這一原理，利用相關(guān)分析法用相關(guān)分析法和小波變換法進行泄漏的檢測和定位。在一個長71.58Km、管徑750mm的輸油管線進行試驗表明，該方法能檢測出泄漏量在0.5%以上時的原油泄漏，定位誤差小于2%。

該方法需要在沿線設(shè)置能連續(xù)測量壓力、流量、溫度的檢測點，記錄并遠傳到主控室（一般要求每10Km建一個檢測點），而且對傳感器精度、傳輸電路、計算機及配套仿真軟件要求很高。壓力波檢漏法的特點是能迅速地檢測出泄漏量少的漏點。

1.4探測球法

基于磁通、超聲、渦流、錄像等技術(shù)的探測法是上世紀80年代末期發(fā)展起來的一項技術(shù)，將探測球沿管線內(nèi)進行探測，利用超聲技術(shù)或漏磁技術(shù)采集大量數(shù)據(jù)，并將探測所得數(shù)據(jù)存在內(nèi)置的專用數(shù)據(jù)存儲器中進行事后分析，以判斷管道是否被腐蝕、穿孔等情況，即是否有泄漏點。該方法檢測準確，精度較高，缺點是探測只能間斷進行，易發(fā)生堵塞、停運的事故，而且造價較高。

1.5以估時器為基礎(chǔ)的實時模擬法

該方法是上世紀80年代中期發(fā)展起來的一項技術(shù)，由于管道內(nèi)流動的各物理參數(shù)都可能隨時間變化，屬于一類時變的非線性系統(tǒng)，因而運用估時器能較好地處理上述問題。在泄漏量較小的情況下，可以假定上、下游入口壓力不受泄漏的影響，只是壓力梯度呈折線分布，因此，估計器的輸出也不受泄漏的影響。由實測值與估計值得出偏差信號，通過對偏差信號做相關(guān)分析，便可得到定位結(jié)果。在一條長68Km、管徑275mm的汽油管道上進行的試驗，在90秒內(nèi)檢測出了0.2%的泄漏量，定位精度為0.9%。

1.6以系統(tǒng)辨識為基礎(chǔ)的實時模型法

該方法分別建立“故障靈敏模型”及“無故障模型”進行檢測和定位，以滿足泄漏和定位對模型的不同要求，在管道完好的條件下，建立其無故障模型和故障靈敏模型，然后，基于故障靈敏模型，用自相關(guān)分析算法實現(xiàn)泄漏檢測；基于無故障模型，用適當?shù)乃惴ㄟM行定位，最后進行漏量估計。在長120m、管徑10mm的水管道上所做的試驗表明，該方法能可靠地檢測出0.2%的泄漏量，定位精度為2%左右，大泄漏量的定位精度則更高。

1.7Kalmal濾波器實時模型法

該方法將管道等分成n段，假定中間分段點上的泄漏量分別為q1、q2、qn-1，，然后，建立包括上述泄漏在內(nèi)的狀態(tài)空間離散模型，用Kalmal濾波器來估計這些泄漏量，運用適當?shù)呐袆e準則，便可進行泄漏點的檢測和定位。所進行的試驗表明，在長120m、內(nèi)徑10mm的水管道上，能檢測出1%的泄漏量，定位精度1%。

1.8統(tǒng)計學和模式識別方法

統(tǒng)計學和模式識別方法是1996年開發(fā)的一個用統(tǒng)計學方法檢測泄漏的軟件，該方法對進入計算機的采樣數(shù)據(jù)進行原重守恒的概率計算和假設(shè)檢驗，除非發(fā)生泄漏，否則在輸入和輸出之間在考慮了一定波動的情況下，質(zhì)量應(yīng)是平衡的，偏差的檢測是通過一個稱為“序列概率檢驗”的方法進行的。

綜上所述，泄漏檢測與定位技術(shù)已進入到了軟硬件結(jié)合為主的新時代，運用現(xiàn)代控制理論和信號處理技術(shù)研究泄漏檢測定位是當前的熱點研究領(lǐng)域，無論何種方法，面臨的最大挑戰(zhàn)與研究目標都是要提高對微小的緩慢泄漏量檢測的靈敏度以及對泄漏點定位的精度。

2.結(jié)論

綜上所述，各種管道泄漏檢測技術(shù)都有其優(yōu)勢與缺陷，單純的應(yīng)用一種方法對泄漏進行監(jiān)測很難達到令人滿意的程度。成功的管道泄漏檢測系統(tǒng)應(yīng)綜合運用多種檢漏方法。

目前，我國各大油田，已在許多油氣管道系統(tǒng)中安裝了泄漏檢測系統(tǒng)，效果顯著。但目前國內(nèi)還沒有一個長期運行的、集泄漏檢測與定位為一體的輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)。隨著管道自動化水平的提高，管道泄漏檢測的應(yīng)用環(huán)境也將愈趨成熟。

參考文獻

1靳世久，王立寧，李健，瞬態(tài)負壓波結(jié)構(gòu)模式識別法原油管道泄漏檢測技術(shù)，子測量與儀器學報，1998，12(1):59-64.

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