智能球泄漏檢測技術(shù)在輸油管道中的應(yīng)用

劉仲勤，宋志俊，曹嫚，游寒冰，周浪花

智能球泄漏檢測技術(shù)在輸油管道中的應(yīng)用

劉仲勤，宋志俊，曹嫚，游寒冰，周浪花

中國石油長慶油田分公司第一采油廠（陜西延安716000）

智能球是近幾年興起的一種利用管道泄漏時(shí)產(chǎn)生聲學(xué)信號來檢測管道泄漏的技術(shù)，通過采集數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分析和定位三步工作來定位泄漏點(diǎn)。由于智能球投放后容易發(fā)生卡堵，可能發(fā)生管道憋壓和泄漏等事故，檢測前需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，制定風(fēng)險(xiǎn)控制措施等工作。2016年安塞油田一條輸油管道應(yīng)用了智能球檢測技術(shù)，檢測結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)，管道保溫效果良好，但管內(nèi)存在沉積物且流體流場復(fù)雜，有層流、紊流和段塞流。結(jié)果表明，該技術(shù)具有適用性強(qiáng)、靈敏度高、檢測距離長等優(yōu)點(diǎn)。

智能球；輸油管道；泄漏檢測技術(shù)；安塞油田

管道運(yùn)輸是一種經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)輸方式，輸送流體有獨(dú)特的優(yōu)勢，目前已成為五大運(yùn)輸工具之一[1]。隨著管道運(yùn)行時(shí)間的增長，會出現(xiàn)各種各樣的管道安全問題，導(dǎo)致管道泄漏，發(fā)生火災(zāi)和環(huán)境污染等各類管道事故。由于管道安全具有特殊的重要性，對管道進(jìn)行泄漏檢測，根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行提前修復(fù)，是延長管道使用壽命、預(yù)防管道事故發(fā)生、保障管道安全運(yùn)行的重要保障[2]。管道泄漏檢測根據(jù)泄漏檢測位置不同可分為內(nèi)部檢測法和外部檢測法；根據(jù)檢測手段不同分為硬件檢測法和軟件檢測法；根據(jù)檢測對象不同可分為檢測管壁狀態(tài)和檢測內(nèi)部流體狀態(tài)[3-9]，智能球檢測法是一種利用硬件來檢測管道流體狀態(tài)的內(nèi)部檢測法。

1 智能球泄漏檢測原理

智能球是一種基于聲學(xué)原理的檢測技術(shù)，向管道內(nèi)投入智能球（圖1），球內(nèi)的電子元件和多種儀表（聲學(xué)傳感器、三軸加速儀、GPS發(fā)射器、溫度傳感器等）檢測輸油管道中與泄漏有關(guān)的異常聲學(xué)活動和溫度變化，當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏點(diǎn)會發(fā)生壓力變化，釋放出聲波并沿管道傳播，當(dāng)智能球接近泄漏點(diǎn)時(shí)，會檢測到該點(diǎn)釋放的聲能，發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)。智能球內(nèi)的加速儀記錄智能球運(yùn)行速度和時(shí)間，生成速度分布圖，與泄漏點(diǎn)聲學(xué)記錄關(guān)聯(lián)，給出泄漏點(diǎn)的精確位置，但是這個(gè)精確位置只是在管道內(nèi)相對位置，需要與追蹤器定位的智能球位置相關(guān)聯(lián)，從而確定準(zhǔn)確的泄漏位置。

圖1 智能球內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（進(jìn)行模糊處理）

智能球檢測系統(tǒng)由主機(jī)、智能球、追蹤器（圖2）三部分組成，主機(jī)主要負(fù)責(zé)處理智能球和追蹤器中的數(shù)據(jù)；智能球負(fù)責(zé)發(fā)出超聲信號、檢測輸油管內(nèi)的聲學(xué)、溫度信息和智能球的旋轉(zhuǎn)速度；追蹤器負(fù)責(zé)接收智能球超聲信號，定位智能球位置和漏點(diǎn)位置。

圖2 智能球追蹤器

2 智能球泄漏檢測技術(shù)的應(yīng)用

2.1智能球檢測技術(shù)的適應(yīng)條件

輸油管道需要具備以下幾個(gè)條件才能應(yīng)用智能球泄漏檢測技術(shù)：①管道上要有可用的收發(fā)球裝置；②管道上所有的支管和排空都需要100%關(guān)閉；③管道不能發(fā)生變形，否則容易出現(xiàn)卡球；④管道最低運(yùn)行壓力需要≥0.5MPa；⑤智能球運(yùn)行速度建議控制在1～2m/s；⑥智能球檢測前需要對管道進(jìn)行一次清管工作，防止管道內(nèi)雜質(zhì)產(chǎn)生噪音對監(jiān)測數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響；⑦管道檢測前需要進(jìn)行相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)分析，做好卡球、泄漏等應(yīng)急預(yù)案。

2.2應(yīng)用效果及分析

2016年安塞油田一條輸油管道投入智能球進(jìn)行泄漏檢測，它是目前國內(nèi)使用智能球檢測管徑最小的輸油管道，管道內(nèi)徑123mm，管道長度12.5km，輸送介質(zhì)為凈化油。2016年11月2日首站投入智能球，經(jīng)過4h58min到達(dá)末站杏某站。通過檢測全段管道未發(fā)現(xiàn)泄漏情況，管道運(yùn)行工況良好。

2.2.1 檢測結(jié)果及分析

1）經(jīng)過詳細(xì)分析和評估智能球檢測采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，識別和準(zhǔn)確分類所有聲學(xué)特征，檢測數(shù)據(jù)均沒有發(fā)現(xiàn)與泄漏相關(guān)的聲學(xué)異常特征，如圖3所示，管道聲學(xué)信號并未超過泄漏閾值，整條管道的密封性良好。

2）整條輸油管道沿程溫度下降趨勢穩(wěn)定，如圖4所示，整條管道沿程未發(fā)現(xiàn)溫度突變，溫度下降率為0.83℃/km，說明管道保溫結(jié)構(gòu)完整，效果良好。

3）管道全程多處存在沉積物、硬質(zhì)異物，導(dǎo)致智能球打滑或發(fā)出尖銳的異響聲，如圖5所示，智能球聲學(xué)信號在遇到沉淀物后發(fā)生突變。

圖3 智能球檢測的聲學(xué)信號與對應(yīng)管道位置關(guān)系圖

圖4 智能球檢測溫度值與對應(yīng)管道位置關(guān)系圖

圖5智能球遇到沉積物前后聲學(xué)圖譜

4）管道全程壓力、流速變化較大，管道流場復(fù)雜，有層流、紊流、以及段塞流出現(xiàn)，且多處出現(xiàn)不滿管、氣囊等情況，智能球速度由0.7m/s變?yōu)?，又突然增大至5m/s，最長的一段不滿管流動狀態(tài)出現(xiàn)在9 200～9 600m管段處，如圖6所示的不滿管到滿管的聲學(xué)信號發(fā)生突變。

圖6 管道不滿管到滿管聲學(xué)圖譜

2.2.2 應(yīng)用效果

1）由于機(jī)載聲學(xué)傳感器距離漏點(diǎn)位置不會超過1倍管徑，因此智能球最小可檢測出0.12L/min的漏點(diǎn)，包括針孔大小的泄漏，但對于運(yùn)行壓力低于0.1MPa的管道，特別小的泄漏可能檢測不到。

2）智能球已在中等和大口徑管道上得到廣泛應(yīng)用并成功發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，如2009年花格輸油管道中成功檢測到漏點(diǎn)[10]，而本次檢測應(yīng)用于小管徑輸油管道（Φ133mm），檢測結(jié)果準(zhǔn)確，說明智能球檢測技術(shù)可應(yīng)用于各類型輸油管道的泄漏檢測，而傳統(tǒng)技術(shù)在管徑適應(yīng)性上存在技術(shù)限制。

3）智能球泄漏檢測能力不受管材限制，因?yàn)橹悄芮蚴侵苯咏?jīng)過聲學(xué)異常檢測泄漏，不需要通過管壁傳播信號，因此不受管材影響。

4）智能球在管道中動力為輸油泵提供，其內(nèi)部鋰電池僅為球內(nèi)儀器提供電能，其續(xù)航能力達(dá)到20h以上，因此檢測距離超過100km；而隨著智能球直徑增大，其電池續(xù)航能力更強(qiáng)，檢測距離也越長。

3 結(jié)論

智能球檢測技術(shù)是管道完整性管理的創(chuàng)新，目前在國外應(yīng)用較為廣泛，而在我國應(yīng)用較少，隨著管道安全逐漸被管輸管理者重視，管道智能檢測技術(shù)的研發(fā)也將會迎來較快的發(fā)展。智能球檢測技術(shù)具有檢測準(zhǔn)確、靈敏性高、適用性強(qiáng)和便于操作等優(yōu)點(diǎn)。本次智能球雖然對管道泄漏情況、管道保溫層情況及管內(nèi)液體流動情況進(jìn)行檢測，但并未對管道壁厚情況、防腐層情況及管道應(yīng)力檢測，而國外智能球已在這些方面的檢測有所應(yīng)用。由于管道壁厚、防腐層的檢測可以為在役管道的管理及維修提供可靠的依據(jù)，也可以提前預(yù)防管道安全事故的發(fā)生，因此在以后的智能球檢測技術(shù)研發(fā)過程中，將會把管道完整性檢測內(nèi)容全部融入到智能球中，形成全方位的智能球管道檢測技術(shù)，使管道管理提升一個(gè)高度。

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Smart ball technology is developed in recent years,and it can detect pipeline leakage using acoustic signal generated by pipe?line leakage.It is composed of three parts：smart ball,host and tracker.It locates a leakage point through three steps of data acquisition, data analysis and positioning.After the smart ball goes into the pipeline,it may plug the pipeline,leading to the pressure bouncing and leakage of the pipeline and other accidents,and therefore it is necessary to analyze the risks and develop risk control measures before de?tection.In 2016,the smart ball technology was applied to the leakage detection of an oil pipeline in Ansai Oilfield,and the result shows that there is no any leakage point,and the insulation effect of the pipeline is good.But it is found that in the pipeline,there is sediment and the flow field is complex,there are laminar,turbulent and slug flow.The technology has the advantages of strong applicability,high sensitivity and long detection distance.

smart ball;oil pipeline;leakage detection technology;Ansai Oilfield

梅

2017-01-05

劉仲勤（1972-），男，工程師，現(xiàn)主要從事輸油管道管理方面的工作。