天然氣長輸管道泄漏檢測及方法分析

劉 旭

天津軍星管業(yè)集團建設(shè)工程有限公司

1 天然氣長輸管道出現(xiàn)泄漏問題的原因

1.1 人為因素造成的泄漏

天然氣長輸管道出現(xiàn)泄漏問題的重要原因之一就是人為因素導(dǎo)致的。在使用長輸管道輸氣過程中，機械使用不當(dāng)或是操作人員專業(yè)技術(shù)水平低、操作不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐晒艿佬孤灰恍┎环ǚ肿哟嬖谕蹈`管道的行為。人為造成的長輸管道泄漏問題是非常嚴(yán)重的，相關(guān)部門必須要引起高度重視。

1.2 環(huán)向的焊縫出現(xiàn)開裂或斷裂問題

在長時間使用長輸管道輸運之后，受到輸氣時產(chǎn)生的壓力作用，環(huán)向焊縫會發(fā)生錯邊、溶蝕甚至?xí)斐珊缚p越來越大等諸多問題，導(dǎo)致長輸管道的泄漏。

1.3 長輸管道的絕緣層裂化、穿孔被腐蝕

線路老化問題是長輸管道出現(xiàn)泄漏的常見因素。經(jīng)過很長時間的使用，長輸管道的絕緣層慢慢被腐蝕，長此以往就會造成線路出現(xiàn)老化問題，嚴(yán)重情況會使絕緣層裂化，導(dǎo)致管道泄漏。長輸管道在經(jīng)過長時間運輸石油和天然氣之后，防腐層會一點點被腐蝕，從一個小點直至變成腐蝕面，最后防腐層被嚴(yán)重腐蝕，然后影響到鋼管的表面，同時在外力的作用下，加快了腐蝕面穿孔的速度，最終造成管道出現(xiàn)泄漏問題。

1.4 陰極的保護失效或是陰極的保護力度低

陰極保護，主要是通過在被腐蝕金屬結(jié)構(gòu)外施加電流，從而確保被保護的結(jié)構(gòu)呈陰極，可以有效避免腐蝕情況的發(fā)生，防蝕效果無可替代。但在實施陰極保護的過程中，往往由于一些具體問題、特殊問題，影響了陰極保護的防蝕效果。如管道穿越鐵路公路時設(shè)置套管的內(nèi)部充水導(dǎo)致局部失效、陽極區(qū)出現(xiàn)中斷或者斷電、外部電流搭接到管道上等，均會導(dǎo)致陰極保護失效，從而降低陰極保護的效率、甚至導(dǎo)致管道腐蝕穿孔等事故。

2 天然氣長輸管道的泄漏檢測方法

2.1 直接檢測法

傳統(tǒng)的巡視檢測方法工作效率低，而且很難發(fā)現(xiàn)管道泄漏的地點，只有長輸管道發(fā)生特別明顯的泄漏問題，在空氣中散發(fā)出濃烈的氣味才能被發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)這種情況必然會嚴(yán)重破壞周圍的生態(tài)環(huán)境和人們生命安全。常見的檢測形式有幾下幾種：1)在地表打孔檢測方法，與人工巡視檢測法相比，地表打孔檢測方法大大提高了檢測能力和結(jié)果的準(zhǔn)確性；2)檢漏電纜法、油檢測元件法和油溶性壓力管法。直接檢測法的優(yōu)勢在于無論管道是處于運輸狀態(tài)還是停止?fàn)顟B(tài)都可以進行檢測。以上這些方法對于檢測長輸管道泄漏問題起著重要的作用。隨著科技的發(fā)展，必然會研發(fā)出更先進的檢測手段，提高檢測效率，給人們生命安全和生態(tài)環(huán)境提供保障。

2.2 間接檢測法

2.2.1 體積或物質(zhì)平衡法。該方法是測量進入和流出管道的流體的體積或質(zhì)量，通過對比兩者是否一致來判斷管道是否發(fā)生泄漏。這類方法的優(yōu)點是原理簡單，缺點是對于檢測運行狀況不穩(wěn)定的管道和少量泄漏的時不宜準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)泄漏，且無法對泄漏點進行定位。

2.2.2 壓力梯度法。油氣管道在理想狀況下，管道沿線壓力梯度隨距離呈線性變化，而出現(xiàn)了泄漏的管道其沿線壓力會出現(xiàn)拐點，通過檢測管線上壓力變化，分析壓力梯度變化，可對管道泄漏進行檢測，并進行定位。由于實際運行的管道受粘度、傳熱、線路起伏等影響，沿線的壓力梯度并非線性，因此該方法的定位精度較差。但壓力梯度法仍可以作為一種的輔助手段。

3 天然氣管道泄漏檢測的技術(shù)方法

當(dāng)輸送管道發(fā)生泄漏時泄漏部分產(chǎn)生有物質(zhì)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(xù)性使得流速不變，從而泄漏點形成壓力差，導(dǎo)致流體填充漏失區(qū)域，引發(fā)區(qū)域內(nèi)密度和壓力降低，在水力學(xué)上稱為負(fù)壓波。緣管道傳播的負(fù)壓波包含了泄漏的信息，在波導(dǎo)的作用下可以傳播數(shù)十公里以上的距離。假設(shè)t1、t2分別為負(fù)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)。

3.1 管道泄漏引起的瞬間聲波震蕩，產(chǎn)生音波信號。該信號屬于連續(xù)發(fā)射信號并以管道介質(zhì)為載體向上下游傳播。在管道兩端安裝音波傳感器，根據(jù)上下游音波信號的時間差以及音波在介質(zhì)中的傳播速度就可以計算出泄漏位置設(shè)t1、t2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/vt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?shù)缴舷聜鞲衅鞯臅r間差T以及波速v的準(zhǔn)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(shù)據(jù)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。

3.2 天然氣具有很強的壓縮性，導(dǎo)致壓力密度等物理參數(shù)變化范圍大。利用成熟的SCADA系統(tǒng)可選擇聲波法和負(fù)壓波法共同對管道進行泄漏檢測，用動態(tài)壓力傳感器直接測量管道壓力的動態(tài)變化盡可能反應(yīng)出管道泄漏引起的壓力動態(tài)變化，雖然動態(tài)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(tài)壓力傳感器則不一定起反應(yīng)。所以負(fù)壓波結(jié)合聲波的特點就是利用現(xiàn)有的壓力變送器于動態(tài)壓力傳感器相結(jié)合，利用通訊傳輸，在中心站上位機對數(shù)據(jù)進行處理，結(jié)合泄漏檢測和定位計算發(fā)現(xiàn)泄漏和定位點。

結(jié)語

選擇有效的檢測手段及時發(fā)現(xiàn)泄漏并修復(fù)，是油氣管道完整性管理關(guān)鍵。隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，多種方法組合運用，泄漏檢測的靈敏度和定位精度將進一步提高，為油氣事業(yè)的長遠發(fā)展保駕護航。

[1]楊澤文.石油天然氣長輸管道泄漏檢測及方法[J].化工管理，2015，(22)：152.

[2]杜偉，李保平，王紅彬.天然氣長輸管道泄漏檢測技術(shù)[J].化學(xué)工程與裝備，2015，(07)：246-248.