油氣管道泄漏檢測方法探討

陳天

摘要：國外從20世紀(jì)70年代就開始對管道泄露檢測技術(shù)進(jìn)行研究，我國對于管道泄露技術(shù)的研究起步較晚，但發(fā)展很快。目前，國際上已有多種長輸管線泄漏檢測和定位方法，根據(jù)測量手段、測量媒介、檢測裝置所處位置和檢測對象的不同大體上可分為基于硬件及軟件的方法、直接檢測法與間接檢測法、內(nèi)部檢測法與外部檢測法、監(jiān)測管壁狀況和監(jiān)測內(nèi)部流體狀態(tài)的方法。近年來較常用的是基于硬件和軟件的方法，基于硬件的方法是指利用由各種不同的物理原理設(shè)計(jì)的硬件裝置，如基于視覺的紅外線溫度傳感器，基于聽覺的超聲波傳感器，基于嗅覺的碳氧檢測裝置等，將其攜帶或鋪設(shè)在管線上，以此來檢測管道的泄漏并定位；基于軟件的方法則是根據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（如SCADA系統(tǒng)）實(shí)時采集管道的流量、壓力、溫度及其他數(shù)據(jù)，利用流量或壓力的變化、物料或動量平衡、系統(tǒng)動態(tài)模型、壓力梯度等原理，通過計(jì)算對泄漏進(jìn)行檢測和定位。

關(guān)鍵詞：管道泄露檢測技術(shù)

基于硬件的泄露檢測方法

1.直接觀察法

此種方法是依靠有經(jīng)驗(yàn)的管道工人或經(jīng)過訓(xùn)練的動物巡查管道。通過看、聞、聽或其他方式來判斷是否有泄漏發(fā)生。近年美國OILTON公司開發(fā)出一種機(jī)載紅外檢測技術(shù)，由直升飛機(jī)攜帶一高精度紅外攝像機(jī)沿管道飛行，通過分析輸送物資與周圍土壤的細(xì)微溫差確定管道是否泄漏。這類方法不能對管線進(jìn)行連續(xù)檢測，因此發(fā)現(xiàn)泄漏的實(shí)時性差。

2.“管道豬”

（1）磁通豬：對管壁施加一個強(qiáng)的磁場來檢測鋼管金屬對磁場的損耗，用對泄漏磁通敏感的傳感器檢測局部金屬損耗引起的磁場擾動所形成的漏磁。其使用方法簡單、方便且費(fèi)用低，對管道內(nèi)流體不敏感，不論液體、氣體或氣液兩相流體均能檢測。但檢測精確度低，對管材敏感。由于其局限性和檢測要求的提高又出現(xiàn)了超聲管道豬。

（2）超聲豬：利用超聲波投射技術(shù)，即短脈沖之間的渡越時間被轉(zhuǎn)換為管壁的壁厚，當(dāng)有泄漏發(fā)生時，鋼管壁內(nèi)的渡越時間減少為零，據(jù)此可判斷泄漏的發(fā)生。超聲豬的出現(xiàn)在一定程度上彌補(bǔ)了磁通豬的缺點(diǎn)。其檢測精度高，能提供定量、絕對數(shù)據(jù)，并且很精確。但該方法使用比較復(fù)雜，費(fèi)用高。

3.探測球法

基于磁通、超聲、渦流、錄像等技術(shù)的探測球法是20世紀(jì)80年代末期發(fā)展起來的一項(xiàng)技術(shù)，將探測球沿管線內(nèi)進(jìn)行探測，利用超聲技術(shù)或漏磁技術(shù)采集大量數(shù)據(jù)，并將探測所得數(shù)據(jù)存在內(nèi)置的專用數(shù)據(jù)存儲器中進(jìn)行事后分析，以判斷管道是否被腐蝕、穿孔等情況，即是否有泄漏點(diǎn)。該方法檢測準(zhǔn)確、精度較高，缺點(diǎn)是探測只能間斷進(jìn)行，易發(fā)生堵塞、停運(yùn)的事故，而且造價較高。

4.半滲透檢測管法

這種檢漏管埋設(shè)在管道上方，氣體可滲透進(jìn)入真空管，并被吸到監(jiān)控站進(jìn)行成分檢測。國謝夫隆管道公司在天然氣管道上安裝了這種監(jiān)測系統(tǒng)（LASP）。LASP以擴(kuò)散原理為基礎(chǔ)，主要元件是一根半滲透的監(jiān)測管，內(nèi)有乙烯基醋酸酯（EVA）薄膜。這種膜的特點(diǎn)是對天然氣和石油氣具有很高的滲透率，但不透水。如果檢測管周圍存在油氣，會擴(kuò)散進(jìn)去。檢測管一端連有抽氣泵，持續(xù)地從管內(nèi)抽氣，并進(jìn)入烴類檢測器，如檢測到油氣，則說明有泄漏發(fā)生。但這種方法安裝和維修費(fèi)用相對較高，另外，土壤中自然產(chǎn)生的氣體（如沼氣）可能會造成假指示，容易引起誤報(bào)警。

5.檢漏電纜法

檢漏電纜多用于液態(tài)烴類燃料的泄漏檢測。電纜與管道平行鋪設(shè)，當(dāng)泄漏的烴類物質(zhì)滲入電纜后，會引起電纜特性的變化。目前研制出以下幾種。

（1）滲透性電纜：這種電纜與滲漏油接觸就會發(fā)生電纜間的阻抗變化，在管道一端通過對阻抗分布參數(shù)的測量，即可確定管道狀態(tài)及滲漏位置。

（2）油溶性電纜：是用非透水性但透油性材料制成的同軸電纜，沿管道鋪設(shè)。從電纜一端發(fā)射脈沖，脈沖碰到被油浸透的電纜處會反射脈沖，通過檢測反射脈沖信號，可檢測管道泄漏位置。

（3）碳?xì)浠衔锓植际絺鞲须娎|：這種電纜由報(bào)警模塊和傳感電纜兩大部分組成，傳感電纜包括一個具有導(dǎo)電作用的聚合體層和向內(nèi)壓縮的編織物保護(hù)層，當(dāng)有泄漏發(fā)生時，該聚合體層接觸到碳?xì)浠衔锶軇┖腿剂暇蜁蛎洠獠康木幙椢锉Ｗo(hù)層會限制膨脹，向內(nèi)壓縮，從而導(dǎo)致兩側(cè)傳感線接觸構(gòu)成回路，通過測得傳感導(dǎo)線回路電阻可確定泄漏

的位置。檢漏電纜法能夠快速而準(zhǔn)確地檢測管道的微小滲漏及其滲漏位置，但其必須沿管道鋪設(shè)，施工不方便，且發(fā)生一次泄漏后，電纜受到污染，在以后的使用中極易造成信號混亂，影響檢測精度，如果重新更換電纜，將是一個不小的工程。

6.檢漏光纖法

（1）塑料包覆硅光纖檢漏。這種光纖具有化學(xué)敏感性，因其使用了一種含有特定化學(xué)成分的可滲透硅質(zhì)包層，當(dāng)泄漏出的被監(jiān)測物質(zhì)與包層中的化學(xué)成分相遇時，即可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使包層折射率改變，光線就會從中逸出。此時，只要沿光纖有規(guī)律地發(fā)射短的光脈沖，當(dāng)光脈沖遇到泄漏處時，一部分光線就會被反射回來，通過測量發(fā)射和反射脈沖間的時間差，即可確定泄漏地點(diǎn)。

（2）分布式光纖聲學(xué)傳感器法。該方法是利用Sagnac干涉儀測量泄漏所引起的聲輻射的相位變化來確定泄漏點(diǎn)的范圍，這種傳感器可以用于氣體或液體運(yùn)輸管道。這種方法是把光纖傳感器放在管道內(nèi)，通過接收到的泄漏液體或氣體的聲輻射，來確定泄漏和定位。由于是玻璃光纖，所以不會被分布沿線管道的高壓所影響，也不會影響管道內(nèi)液體的非傳導(dǎo)特性，而且光纖還不受腐蝕性化學(xué)物資的損害，壽命較長。在理論上，10km管道定位精度能達(dá)到±5m，反應(yīng)也較靈敏及時，但成本較高。

7. GPS（全球定位系統(tǒng)）時間標(biāo)簽法

GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分———GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分———地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分———GPS信號接收機(jī)。GPS的基本定位原理是：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置、三維方向以及運(yùn)動速度和時間信息。采用GPS同步時間脈沖信號是在負(fù)壓波的基礎(chǔ)上強(qiáng)化各傳感器數(shù)據(jù)采集的信號同步關(guān)系，通過采樣頻率與時間標(biāo)簽的換算分別確定管道泄漏點(diǎn)上游和下游的泄漏負(fù)壓波的速度，然后利用泄漏點(diǎn)上下游檢測到的泄漏特征信號的時間標(biāo)簽差就可以確定管道泄漏的位置。采用GPS進(jìn)行同步采集數(shù)據(jù)，泄漏定位精度可達(dá)到總管線長度的1%之內(nèi)，比傳統(tǒng)方法精度提高近3倍。endprint