輸油管道泄漏檢測(cè)定位技術(shù)及其應(yīng)用

王勃 盧星辛 李福然（長(zhǎng)慶油田分公司第三輸油處 寧夏 銀川 750006）

引言

管道運(yùn)輸作為與公路、鐵路、水運(yùn)、航空并駕齊驅(qū)的五大運(yùn)輸行業(yè)之一，已成為現(xiàn)代化工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，尤其是進(jìn)行原油、天然氣運(yùn)輸?shù)拈L(zhǎng)輸管道，其地位顯得更加重要。

目前，在國(guó)內(nèi)外各大油田企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中，大部分運(yùn)輸管道均處于野外環(huán)境中，且運(yùn)輸長(zhǎng)度動(dòng)輒成百上千公里，傳統(tǒng)的人力沿線巡查無(wú)法保障緊急情況下的應(yīng)急反應(yīng)，沿線排查的處置只會(huì)造成損失的進(jìn)一步擴(kuò)大。隨著工業(yè)自控技術(shù)與通訊網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，即時(shí)的泄漏檢測(cè)與定位技術(shù)已成功應(yīng)用于管道運(yùn)輸?shù)谋Ｕ希⒃趯?shí)際應(yīng)用過(guò)程中不斷完善，成為預(yù)警管道泄漏的第一道防線。

一、泄漏檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀

在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，存在多種多樣的泄漏檢測(cè)方法，從簡(jiǎn)單的人工巡檢到復(fù)雜的軟硬件相結(jié)合的基于知識(shí)的方法，從陸地檢測(cè)到海底檢測(cè)，甚至利用飛機(jī)或衛(wèi)星遙感檢測(cè)大范圍管網(wǎng)等，方式不同且技術(shù)差別很大，通常而言，可從以下幾個(gè)方面對(duì)現(xiàn)有的泄漏檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行歸納分類：

1.泄漏介質(zhì)檢測(cè)法

利用傳輸介質(zhì)本身的特點(diǎn)或向傳輸介質(zhì)中添加一些特殊性質(zhì)的液體以便于發(fā)現(xiàn)泄漏，比較典型的是添加臭味劑，如硫化物，這樣管線一旦發(fā)生泄漏很容易的被巡線工人或其他人員發(fā)現(xiàn)。

也可利用油溶性電纜或分布式傳感電纜來(lái)檢測(cè)，將電纜與管道平行鋪設(shè)，管道發(fā)生泄漏后，管道露出的介質(zhì)滲入電纜，引起電纜特性的變化。

2.管壁參數(shù)檢測(cè)法

通過(guò)檢測(cè)管壁缺陷來(lái)判斷是否有泄漏發(fā)生，通常是將管道內(nèi)探測(cè)器從被檢管線的一端放入，令其沿著管線前進(jìn)，檢測(cè)管道內(nèi)壁的腐蝕情況、缺陷及焊接的狀況等。該方法雖能獲得被檢管線詳細(xì)的質(zhì)量報(bào)告，但該方法的檢測(cè)設(shè)備及檢測(cè)費(fèi)用昂貴，對(duì)管道的要求高，而且無(wú)法做到實(shí)時(shí)連續(xù)檢測(cè)。

3.光纖傳感檢測(cè)法

利用分布式光纖溫度傳感器檢測(cè)管線周圍的溫度變化或利用光纖振動(dòng)所產(chǎn)生的信號(hào)折射差異率化來(lái)感知管線是否發(fā)生泄漏。

4.聲學(xué)原理檢測(cè)法

這是一種基于聲學(xué)原理的方法，管線破裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生高頻的振動(dòng)噪聲，這種噪聲會(huì)以波的形式沿管壁傳播，通過(guò)安裝在管線上的傳感器來(lái)捕捉該信號(hào)。

負(fù)壓波法是一種廣泛使用的方法，具有靈敏、準(zhǔn)確、無(wú)需建立管道的數(shù)學(xué)模型，原理簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

5.基于軟件的檢測(cè)法

隨著計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理、模式識(shí)別等技術(shù)的發(fā)展，基于軟件的檢測(cè)方法逐漸成為主流和趨勢(shì)，該類方法是對(duì)實(shí)時(shí)采集的壓力、流量、溫度等信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理。以此來(lái)判斷泄漏和定位。如質(zhì)量-流量平衡法、壓力梯度法、相關(guān)分析法、實(shí)時(shí)模型法等。

6.基于知識(shí)的檢測(cè)法

主要是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模式識(shí)別的方法。

隨著檢測(cè)技術(shù)的不斷完善和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在一套泄漏檢測(cè)系統(tǒng)中可能融合了多種檢測(cè)方法。從目前國(guó)內(nèi)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，以負(fù)壓波為主、流量平衡為輔的方式應(yīng)用最為廣泛。

二、基于瞬態(tài)負(fù)壓波技術(shù)的泄漏檢測(cè)定位系統(tǒng)

1.瞬態(tài)負(fù)壓波法原理

輸油管道一旦發(fā)生泄漏，泄漏處會(huì)因流體物質(zhì)損失而引起局部流體密度減小，從而產(chǎn)生瞬時(shí)壓力降低，這個(gè)瞬時(shí)的壓降則以聲速向泄漏點(diǎn)上、下游同時(shí)傳播，當(dāng)以泄漏前的壓力作為參考標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，泄漏產(chǎn)生的減壓波就成為了負(fù)壓波。

通過(guò)在管段兩端安裝壓力變送器采樣壓力信號(hào)，利用負(fù)壓波通過(guò)上、下游測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間差（Δt）以及負(fù)壓波在管線中的傳播速度（a），可以確定泄漏點(diǎn)的位置（X）。

2.泄漏檢測(cè)定位系統(tǒng)

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，國(guó)內(nèi)某油田企業(yè)下屬輸油公司建設(shè)了基于瞬態(tài)負(fù)壓波技術(shù)的泄漏檢測(cè)與定位系統(tǒng)，所建管線泄漏檢測(cè)定位系統(tǒng)主要由如下幾方面組成：

⑴現(xiàn)場(chǎng)儀表：羅斯蒙特3051型壓力變送器，防砂型腰輪流量計(jì)，PT 100型溫度變送器。

⑵數(shù)據(jù)采集：AB M icrologic1400 RT U控制器。

⑶通訊鏈路：有線光纖通訊與無(wú)線3G通訊混合組成。

⑷泄漏軟件及定位軟件：管道泄漏檢測(cè)及定位系統(tǒng)PLF 3.1（PiperLeakF inder3.1）,施耐德電氣VijeoCitect7.1.

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝及控制中心的軟件編程，該輸油公司完成了泄漏檢測(cè)與定位系統(tǒng)的建設(shè)，并已投入正常生產(chǎn)。

三、泄漏檢測(cè)定位系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

系統(tǒng)建設(shè)完成后，為檢測(cè)系統(tǒng)的泄漏響應(yīng)時(shí)間、泄漏定位準(zhǔn)確度，確保系統(tǒng)起到正常的防護(hù)預(yù)警作用，經(jīng)生產(chǎn)協(xié)調(diào)，該公司進(jìn)行了一系列的泄漏試驗(yàn)，通過(guò)選取各管段具有代表性的閥室進(jìn)行了人工放油測(cè)試，共測(cè)試13次。系統(tǒng)設(shè)定檢測(cè)閥值為瞬時(shí)3立方米/小時(shí)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)放油達(dá)到該值后1～3分鐘內(nèi)系統(tǒng)即可發(fā)出泄漏報(bào)警，且總體定位精度在實(shí)際操作點(diǎn)±500米之內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到泄漏報(bào)警后即停止試驗(yàn)，每次放油約0.5立方米。通過(guò)測(cè)試結(jié)果表明該公司泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

結(jié)束語(yǔ)

基于瞬態(tài)負(fù)壓波技術(shù)的管線泄漏檢測(cè)與定位系統(tǒng)的建設(shè)，非常成功的解決了傳統(tǒng)巡線模式下應(yīng)對(duì)泄漏事件反應(yīng)速度過(guò)慢、漏點(diǎn)不易確定等問(wèn)題，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓力波動(dòng)，智能分析壓力曲線，能夠在泄漏事件發(fā)生，及時(shí)預(yù)警、準(zhǔn)確定位，極大的提高了應(yīng)急處理的響應(yīng)時(shí)間，從根本上將泄漏造成的損失降至最低，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也為社會(huì)減少環(huán)境污染成本的支出做出了很大貢獻(xiàn)。

【1】郭文輝，曾憲云.管道泄漏檢測(cè)技術(shù)陰.1：業(yè)安全與環(huán)保，2007，33(2)：40-42.

【2】王雪競(jìng)，蘇欣，楊偉.油氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)綜述.天然氣與石油，2007，25(3)：19.23.

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【4】馬小林，王澤根，謝靜文.負(fù)壓波在管道泄漏檢測(cè)與定位中的應(yīng)用.2013,03.