石油輸送管道泄漏檢測方法探討

單俊(中國石油化工股份有限公司管道儲運分公司南京輸油處大榭島油庫)

油氣管道完整性管理是近年來在發達國家油氣管道工業中迅速發展起來的現代安全管理體系。這些國家大量的油氣管道已使用多年，進入其設計壽命后期，存在不少事故隱患，需要加強安全管理。對油氣管道危險因素的各種檢測技術和監控技術可以使我們預先發現事故 苗頭及隱患，可以據此發出警告并采取防范措施，這也是安全技術的重要方面。

管道泄漏檢測主要有兩個目的：一是防止泄漏對人及環境造成危害和污染，二是防止管道輸送油品的泄漏損失。目前比較實用的管道泄漏監測技術大致可分為直接檢測法和間接檢測法兩類。

（一）石油輸送管道泄漏直接檢測法

直接檢測法是測出泄漏的輸送液體在地表的痕跡或揮發氣體。如：利用檢漏電纜、檢漏光纖等測量泄漏后檢測元件的阻抗、電阻率等特性變化來檢測泄漏。或者采用人工巡線或機載儀器飛行巡線檢查泄漏。近年美國OILTON公司開發出一種機載紅外檢測技術，由直升飛機帶一高精度紅外攝像機沿管道飛行，通過分析輸送物質與周圍土壤的細微溫差來確定管道是否泄漏。

（二）石油輸送管道泄漏簡介檢測法

間接檢測法是通過測量泄漏時管道系統的流量、壓力、壓力波等物理參數的 變化來檢測泄漏的方法。主要分為3種類型：

(1)實時模型法

實時模型法是研究得最多的一種方法，它應用實時診斷系統與管道SCADA系統相結合，進行動態泄漏檢測。這種方法的關鍵是建立準確的管道實時模型。定時取管道的一組實測參數作為邊界條件，由實時模型計算管道中流體的壓力、流量值，然后將這些計算值與實測值作比較，當計算結果的偏差超過給定值時，即發出泄漏警報。現場實驗表明，目前用實時模型法能檢測出大于輸量4%的泄漏，定位精度較低，不足10%。

(2)質量平衡法

基于質量守恒原理，一條不泄漏的管道，流入與流出的質量流量必相等。實時測出管道出口與入口流量，有一定的差值則表明管段內可能發生泄漏。由于所測流量與流體的各種性質(如溫度、壓力、密度、粘度)有關，從而使情況變得復雜，在實際應用中需要進行修正。由于管道瞬態工況會影響流量變化及準確測量，通常采用累計平均值來判斷，這使檢測時間增長并降低了檢測精度。故采用質量平衡法檢漏時，常需配合使用其他方法。

(3)基于信號處理的方法

在管道沿線的關鍵點，SCADA系統通過傳感器測量流量、溫度、壓力等參 數對管道進行實時監測，測量到的數據被送往中央控制中心，運用各種算法實時分析處理，以此進行泄漏檢測和定位。常用對泄漏前、后沿線壓力分布變化或負壓波傳播情況的分析來檢測泄漏及定位。這種方法包括壓力梯度法、負壓波法、壓力點分析法和統計分析法等。目前國內輸油管道上應用最多的是負壓波法。

兩類方法相比，泄漏直接檢測法敏感性好，定位精度高，誤報警率低，但對管道進行一次完整的檢測需要較長的時間；間接檢測法可以連續檢測泄漏，實現對管道的實時監測，但敏感性和定位精度相對較低，誤報警率也較高。

（三）石油輸送管道泄漏負壓波檢測法

輸油管道發生泄漏時會導致該點壓力的下降，壓降沿管道向兩端擴散而形成負壓波，其傳輸速度與聲波在流體中的傳播速度相同。根據安裝在管道上、下游的傳感器檢測到的負壓波的時間差及負壓波的傳播速度，可確定泄漏的具體位置。

圖10-4為負壓波法檢漏定位的原理圖。可利用下式計算出泄漏點的位置。x=L?a(t 2?t1)2式中x——泄漏點至上游站的距離，m；L——站間管道長度，m；t1,t2——負壓波傳播到上、下游站的時間，s；a——管輸介質中負壓波的傳播速度，m/s。

影響泄漏點定位精度的兩個關鍵參數是：壓力波的傳播速度和負壓波傳播到 上、下游傳感器的時間差。壓力波的傳播速度與液體的密度和管材的彈性系數等 因素有關，而液體的密度是溫度的函數。上式中負壓波的速度作為常數，當沿線 油流的溫度變化不很大時，可以如此處理，在油流的溫度變化大的加熱輸送管道上則需要進行修正。對負壓波傳播到上、下游傳感器的時間差有兩點要求：一是系統時間的一致和時標的精度，即要求數據同步；二是在工業噪聲背景下準確捕捉負壓波到達的相應拐點，噪聲越小越好。目前，采用衛星定位系統(GPS)技術統一各站的計算機的時間，可以保證時間同步。利用小波變換、模式識別等技術，可以在大量工業噪聲中正確判斷泄漏產生的較弱的負壓波。負壓波檢漏法的泄漏報警時間與管道站間長度和泄漏點位置有關，它至少應等于壓力波從漏點傳到上下游傳感器所需的時間。對于存在不滿流的管段，或站間高點剩余壓力不大的情況，負壓波法檢漏可靠性比較差。因為低壓區若存在氣泡，壓力波前峰值和壓力波速會迅速衰減。由于泵與管道的調節操作時也可能會產生負壓波，有時不易判斷負壓波的來源。有的系統采用負壓波法與流量輸差檢漏相結合的方法，增加對流量變化的分析，提高了泄漏檢測的靈敏度，可以更及時、準確地發現泄漏。近年來，這種用負壓波法自動進行泄漏檢測、定位及報警的系統已應用在中洛線、秦京線、東臨線、華北油田至石家莊煉油廠等原油管道上。

由于單一的泄漏監測方法往往有一定的局限性，很難完全滿足實際需要，在應用中要考慮各種檢漏方法的特點，可以采用多種檢測方法配合使用，組成可靠性和經濟性綜合效果最佳的泄漏監測系統。