輸氣管道泄漏檢測技術發展及適應性

李強

摘要：管道輸送是目前天然氣運輸方式中最為重要的途徑之一，具有輸送平穩、可連續、輸送量大、費用低、額外損耗低的諸多優勢，被廣泛的應用于世界各地。在管道輸送大力發展的形勢下，輸送管道的安全檢測成為了維護管道安全運行的保障。本課題調研了目前常用的管道泄漏安全檢測技術方法，針對于課題設計的大尺寸管道檢漏技術方法的適應性進行討論。

關鍵詞：輸氣管道；泄漏；檢測技術

管道輸送也日益得到關注，如何保證天然氣管道高效安全運行是目 前所需要研究的重要課題。泄漏檢測技術的研究與應用對天然氣管道安 全運行起著重要的作用，目前國內外學者已經開展了大量研究，提出了 較多天然氣管道泄漏檢測技術，可大致分為基于硬件和基于軟件的兩類 方法，基于硬件的檢測方法主要是將特殊的探測傳感器應用于氣體的泄 漏檢測當中，而基于軟件的檢測方法則主要是通過壓力、溫度、流速等 系列管道參數的監測，利用一定算法確定管道的泄漏情況。

1 輸氣管道泄漏的原因分析

當前，輸氣管道事故產生的原因主要有以下兩點：第一，燃氣裝置與燃氣管網的腐蝕和老化等。燃氣裝置與燃氣管道均有著相應的運用時間限制，管道在超限背景下運轉會由于管道的老化損壞而造成泄露，進而導致事故。因為管道附近土壤的酸堿程度并不相同，對應管道所發生的腐蝕同樣有所差異，具備較強腐蝕性的土壤會造成管道還未超限便非常容易出現管壁穿孔而造成泄漏。第二，違反相關規定占據燃氣管道、 在天然氣裝置的上方位置又或是在安全距離范圍內的進行建設。

2 當前常用的輸氣管道泄漏檢測技術

2.1 直接檢測技術

直接檢測最為常見的技術便是空氣取樣法。此技術包含了可燃氣體監測器與火焰電離檢測器這兩種不同的檢測器。火焰電離檢測器的運行機理如下：在目前所具備的電場背景下，烴類在純氫火焰燃燒之下所形成的帶電碳原子，碳原子被聚集于某個電極板中同時進行計數，在碳原子的數目超出預先設定的數值的時候，便代表附近空氣里面有著濃度較高的可燃性氣體，監測器便會發生警報。

2.2 常見檢漏方法

2.1.1 瞬變壓力管道檢漏

瞬變壓力管道泄漏檢測是基于管道兩個端點突變的壓力信號，進行采集分析，評價泄漏的發生和泄漏的產生位置。該方法受管道尺寸和監測點管道長度影響較為嚴重，當管線較長、管道尺寸較大時，瞬變的壓力信號衰減較大，進行處理分析時，無法非常良好的得到預期的目的，因此不適用于管道泄漏緩慢和長距離輸送管道檢測。

2.1.2 流量平衡管道檢漏

流量平衡是基于管道兩個端點流量大小變化差別，來分析判斷管道輸送過程泄漏的發生。該方法應用過程中，需要對整個輸送管道鋪設工況、輸入壓力變化等特殊條件進行細微的分析，并需要大量的歷史和經驗進行驗證和支持，才能有效的提高檢測可靠性。同時該技術只能判斷泄漏的發生，無法準確的對泄漏點進行定位。

2.1.3 管道動力學檢漏

建立管道輸送過程的實時模型、瞬態模型和動態相應數學模型。通過建立的數學模型，對管道輸送過程動力學方程進行連續性求解， 演算管道輸送過程不同部位的參數，來判斷管道泄漏的發生，并進行漏點定位。該方法需要建立準確的數學模型，目前已應用于液態介質， 氣態介質實現過程存在誤差較大的情況，難以準確的進行數學建模。

2.1.4 音波法管道檢漏

音波法管道檢漏基于管道兩端音波傳感器接收到的聲波信號，并進行檢測分析，判斷兩檢測點間是否有泄漏的發生，同時進行漏點定位。由于采用的聲波監測接收具有準確可靠的特點，因此該技術方法具有較大的實用價值。

2.1.5 光纖法管道檢漏

光纖管道泄漏檢測根據光纖的布置模式區分為準分布式和全分布式，主要兩者的區別是準分布式式僅將光纖傳感器安裝在需要進行檢測的某段之間，而全分布式將整條光纖鋪設在全干線管道上，獲取整個管道發生泄漏的情況。該技術具有非常高的靈敏度和檢測精度，能非常準確的對漏點進行定位。

2.3 多途徑間接檢測技術

（1） 改變壓力/流量：流量與壓力管內出口檢測設

施，若被檢測物體的振動幅度超出了預先設定的數值，漏電便會發生警報。此形式簡單、便于操作，然而其定位并不精準、有著相對較高的誤報率。

（2） 動態模型分析：伴隨流體在管道內部不斷流動創建相應的數學模型，以具體的測量數值為基石明確泄漏和模型計算數值之間的差異。模型方程涵蓋了能量平衡、質量平衡、動量平衡以及流體動力學模型相關的狀態方程。需在順著壓力測量與管道流量的入口管，需要盡可能設立更加多的測量點。其顯著特征便是泄漏敏感，可以對泄漏精準定位，對于管道進行持續不斷的監測。除產生壓力，轉變管道的溫度、流量以及其它條件以外，并且還會形成相應的噪聲，其是由土壤電特性與溫度的改變所導致的。

2.4 管內智能爬機技術

爬機在管道業中有著大量的運用，若搭配以各式各樣的傳感器， 便可以構成智能爬機檢測系統。當前運用爬機能夠對管道內部的流量、壓力以及溫度等進行檢測。爬機主要有漏磁通檢測器與超聲波檢測器兩種。最為常見的便是漏磁通檢測器，也就是將爬機放入到管道內部，其便會在流體的推動之下運動至下游區域，并且采集相關的信息。對于保存在爬機內部的數據實施處理以后，能夠獲得更加多的信息，并且能夠斷定管道是否出現泄漏。國外的爬機技術已趨于完善， 同時應用至所有的管道之中。其不斷能夠進行泄漏檢測，同時還是一個全面性的管道檢測技術。

2.5 聲波檢測技術

因為聲波法具備較好的定位精準度，較高的靈敏度等優勢，其在近 幾年時間內備受人們的重視，國內外的專業人士均實施了非常多的探討 工作。此技術大都是經過檢測管道發生泄漏之時所形成的聲波以明確管 道泄漏的具體狀況。管道由于腐蝕穿孔、第三方破壞等情況發生破裂泄 漏時由于物體間的相互碰撞將產生聲波，所產生的聲波將向管道上下游 進行傳播，通過將所傳播聲波進行收集、比對，可確定泄漏地點及泄漏 量的相關泄漏特征參數。該方法可檢測到較小的泄漏量，因此具有比較 高的靈敏度，同時可以實現連續的在線檢測，適應性較好。

2.6 放射性檢測技術

放射性檢漏技術所指的是將具有放射性的標記物注入到管道的內部，通過泄漏位置處之時，示蹤劑漏出依附在泥土之中，運用示蹤劑檢漏儀在地表沿線又或是管道內進行檢測，保存相關的數據，按照相應的記錄曲線，能夠尋找到具體的泄漏位置。示蹤劑檢測技術對于微量泄漏的檢測具備非常好的靈敏度，可以迅速對所發生的微量泄漏進行檢測。

總結

泄漏是當前天然氣管道輸送最為重要的隱患之一，如何防范泄漏

事故的出現，確保管線平穩運行是一個全面性的話題。在泄漏環節緩慢之時，不管是對于泄漏信號的獲取又或是泄漏點具體位置的明確， 均是人們急需處理的問題。并且，需要確保輸氣管道的安全不但需選取經濟性較強的泄漏檢測技術，同時還需由管道規劃、工程建造以及日常管理等多個層面進行關注，盡可能的避免泄漏事件的出現。

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