天然氣管道泄漏檢測

陳剛(中國石油西南油氣田分公司輸氣管理處合江作業區，四川 瀘州 646200）

天然氣管道泄漏檢測

陳剛(中國石油西南油氣田分公司輸氣管理處合江作業區，四川 瀘州 646200）

天然氣管道的安全運行是管道企業努力的目標，管道在運行過程中，受管道質量、地形、管道腐蝕等因素影響，引發天然氣泄漏，帶來嚴重后果。80年代，很多管道企業開始對管道泄漏進行研究，尋找管線泄漏檢測的有效方法。但由于管道所處環境的多樣性，管道泄漏檢測和定位問題沒有一種通用的方法。因此探索高效的天然氣管道泄漏檢測技術，準確定位報告事故發生信息具有重要的生產意義。

管道泄漏；檢測；壓力波；聲波；SCADA

1 天然氣管道泄漏的特點

（1）天然氣在較小泄漏時，不易檢測。

（2）天然氣含有硫化氫一氧化碳等有害物質，泄漏對人畜傷害大。

2 管道泄漏檢測和定位的技術現狀

1、直接檢測法：直接在運行的天然氣管道巡檢。在天然氣中加入加臭劑，員工在管線上巡回時；當出現泄漏，加臭劑的味道被巡管員工察覺，可達到對泄漏點的定位。伴有泄漏檢測的電纜法和光纖法，就可以使用儀器輔助檢測。這就是天然氣管道企業常用直接檢測法。這種依賴員工敏感性、責任和經驗的方法，給泄漏檢測帶來很多不確定因素2、間接檢測法：利用管道流體的平衡性能檢測到管道泄漏問題，利用員工專業的技能知識，在運行中及時判斷泄漏的發生和計算大致泄漏點，該檢測方法對大量泄漏能實現及時檢測，應用性非常高。但該方法也存在著因為流量數據不確定、管道剩余物質的錯誤估計等因素導致計算偏差。(3)管道泄漏自動定位檢測技術隨著信息技術加速提升，計算機的普及，讓SCADA系統在天然氣管道運輸的廣泛應用，為能夠實現泄漏檢測提供了保障。利用系統進行數據的收集和分析處理，為泄漏檢測提供了重要依據，石油天然氣管道泄漏檢測技術就建立這一基礎上。

3 天然氣管道泄漏檢測的技術方法

管道發生破裂時，天然氣因管道內外的壓差使之噴出形成泄漏，造成管道內流體能量釋放，產生瞬間聲波和負壓波傳播。我們可以通過傳播原理計算管道泄漏點位置。當輸送管道發生泄漏時泄漏部分產生有物質損失，漏失點管線壓力下降，流體密度減小，而管道流體的連續性使得流速不變，從而泄漏點形成壓力差，導致流體填充漏失區域，引發區域內密度和壓力降低，在水力學上稱為負壓波。緣管道傳播的負壓波包含了泄漏的信息，在波導的作用下可以傳播數十公里以上的距離。我們用管道兩端的壓力傳感器收集到負壓波到達的時間差，從而定位出泄漏點。假設t1t2分別為負壓波從泄漏點傳到上下游變送器所消耗的時間(s)，v為傳播的速度（m∕s）,x是泄漏點到上游壓力變送器距離（m）L為管道上下游壓力變送器距離（m）.那么根據公式可知t1+t2=L∕v t1-t2=t x=t1v那么x=(L+t.v)∕2輔以流體流速v0對負壓波傳播進行修正x=（l(v-v0)+(v2-v02）)∕2v，因此通過軟件對采集數據波形進行分析準確找到壓力降時間差，從而計算出泄漏點。1、管道泄漏引起的瞬間聲波震蕩，產生音波信號。該信號屬于連續發射信號并以管道介質為載體向上下游傳播。在管道兩端安裝音波傳感器，根據上下游音波信號的時間差以及音波在介質中的傳播速度就可以計算出泄漏位置設t1t2分別上下游檢測到的音波信號時刻，則t1-t2為兩者時間差T(s)，t上=x∕v t下=(l-x)∕v T=(2x-l)∕v x=(L+T.v)∕2=l+(t1-t2)∕2由此可見聲波傳輸到上下傳感器的時間差T以及波速v的準確直接影響對泄漏點的定位，我們將流體流速u及采樣周期T上下游數據奇異點位置差N考慮到以上計算。V上=v-u V下=v+u 則x=l.(v-u)+(v2-u2)NT∕2V可以計算出泄漏點。2、天然氣具有很強的壓縮性，導致壓力密度等物理參數變化范圍大。信號傳播變化復雜，而且高壓天然氣密度大幅度變化造成能量快速衰減捕捉泄漏信號困難，同時泄漏聲波的多樣性信號的突發性和不確定性信號的傳播途徑環境噪聲等復雜因素，使得單一的檢測手段不能滿足于天然氣管線的泄漏檢測，根據忠武線檢測系統的運用，利用成熟的SCADA系統可選擇聲波法和負壓波法共同對管道進行泄漏檢測，用動態壓力傳感器直接測量管道壓力的動態變化盡可能反應出管道泄漏引起的壓力動態變化，雖然動態壓力傳感的聲波管道泄漏檢測比給予壓力變送器管道泄漏檢測具有更高的靈敏度，但對于壓力變化緩慢的場所，采用壓力變送器可以檢測壓力改變，而動態壓力傳感器則不一定起反應。所以負壓波結合聲波的特點就是利用現有的壓力變送器于動態壓力傳感器相結合，利用通訊傳輸，在中心站上位機對數據進行處理，結合泄漏檢測和定位計算發現泄漏和定位點。

4 結語

由于管道安全運行的重要性，在工程設計中，對故障出現的原因，位置以及后果都明確考慮，才能制定出科學應對方式；采用負壓波和聲波檢測相結合的方式是基于目前現有的技術和設備采用的有效檢測手段。在設計和使用過程中與SCADA系統保持一致測試時在現有SCADA系統基礎上安裝調試天然氣管道泄漏系統，為管道安全運行加上一道安全鎖

[1]江秀漢，等長輸管道自動化技術。西安：西北工業大學出版社2000.

[2]吳愛國何信油氣長輸管道SCADA系統綜述油氣儲運2000,19.

[3]趙竟奇管道水擊原因分析。油氣儲運，1999.18（5）.