長輸天然氣管道泄漏檢測技術探討

摘 要：針對長輸天然氣管道泄漏檢測及定位問題，本次研究結合目前天然氣管道泄漏檢測定位技術的研究及應用現狀，從基于硬件的方法和基于軟件的方法兩個角度出發，對天然氣管道的泄漏檢測定位技術進行深入研究，為保障天然氣的輸送安全奠定基礎。研究表明：基于硬件的泄漏檢測技術主要包含傳感器檢測技術、漏磁探傷技術以及機器人檢測技術，基于軟件的泄漏檢測技術主要包括負壓波檢測技術、音波檢測技術、基于模型的檢測技術、基于支持向量機算法的檢測技術、基于相關性分析的檢測技術、基于小波理論的檢測技術以及基于神經網絡算法的檢測技術等。

關鍵詞：長輸天然氣管道;泄漏檢測;硬件;軟件;技術探討

在進行天然氣長距離輸送的過程中，受到內部介質以及外界環境的影響，管道非常容易出現各種類型的缺陷，如果缺陷較為嚴重，則會出現天然氣泄漏問題，天然氣泄漏問題的出現不但會對管道運營企業的經濟利益產生影響，還可能會引發火災爆炸事故，因此，及時發現管道的泄漏問題以及泄漏位置，并采取合理的措施對管道進行保護十分重要[1]。目前，管道泄漏檢測技術相對較多，這給管道運營公司泄漏檢測技術的選擇造成了一定的困擾，針對此問題，本次研究對目前常見的天然氣管道泄漏檢測技術進行深入介紹，為保障管道的運營安全奠定基礎。

1 基于硬件的長輸天然氣管道泄漏檢測技術

1.1 傳感器檢測方法

傳感器檢測方法主要是通過在管道沿線安裝各種類型傳感器設備的方式，在天然氣管道出現泄漏問題以后，管道將產生輕微的振動，傳感器接收到管道的輕微振動信號，然后對信號進行一定的處理，最終得到天然氣的泄漏情況以及泄漏位置信息。目前，常見的傳感器檢測方法為基于光纖干涉儀的泄漏檢測技術，該種類型檢測技術主要是通過管道沿線敷設的光纖，使得多條光纖共同構成了分布式的傳感器，對管道的振動信息進行檢測，其定位誤差在300m左右。

1.2 漏磁探傷技術

在使用漏磁探傷技術的過程中，將漏磁內檢測設備放置于管道之中，在天然氣壓力的推動下，漏磁內檢測設備逐漸前進，并對沿線的管道進行磁化處理，通過漏磁內檢測設備上的磁敏探頭，對管道沿線的漏磁信號進行接收，然后工作人員對漏磁信號進行處理以后即可發現管道沿線存在的缺陷情況，一般情況下，在管道內壁存在缺陷的位置處，漏磁信號會出現波動異常，如果管道沿線不存在缺陷，則漏磁信號較為平順，該種方法還可以確定管道中缺陷的形狀以及大小[2]。

1.3 機器人檢測技術

機器人檢測技術就是在機械設備上安裝大量的傳感器、移動設備以及無損檢測設備，然后將機器人放置于管道之中，通過機器人的移動，工作人員可以及時掌握管道內的圖像信息，同時，該種方法也可以獲取到管道內缺陷的形狀以及大小等信息。在使用該種檢測技術的過程中，獲取到的信號較為穩定，能夠及時的對管道內的泄漏點進行定位，目前，該種技術主要是對直管段進行檢測，對于含有變徑管和分支管的管道而言，使用該項技術容易出現卡阻問題。

2 基于軟件的長輸天然氣管道泄漏檢測技術

2.1 負壓波檢測技術

在天然氣管道出現泄漏問題以后，在泄漏位置處會出現負壓波，負壓波將會沿著管道上下游傳遞，通過在管道兩端安裝負壓波接收裝置的方式，依據負壓波的傳播速度，通過對負壓波到達兩端接收裝置的時間進行統計，即可得知管道內是否出現了泄漏問題以及泄漏位置信息。目前，國外天然氣管道運營公司對于該種技術的使用較為廣泛，在對該項技術進行研究的過程中，如何對負壓波信號進行高效的處理，同時，如何消除管道噪聲的影響，這是該項技術面臨的重大問題。

2.2 音波檢測技術

在天然氣管道出現泄漏問題以后，在泄漏位置處也會產生一定的音波，通過安裝在管道兩端的音波接收裝置，就可以得到管道的泄漏位置信息，一般情況下，在泄漏位置處產生的音波頻率小于10Hz，音波接收裝置可以接收20Hz以下的音波信號，由此可見，音波接收裝置的靈敏度相對較高。與負壓波檢測技術相比，音波檢測技術在定位精度以及響應速度方面都具有很強的應用優勢，這主要是因為管道內的音波信號與管道內的介質具有一定的關系，管道內介質的存在使得定位精度得到了提升。

2.3 基于模型的檢測技術

基于模型的檢測技術主要是根據氣體流動的質量平衡以及動量平衡等相關方程，建立管道運行模型，通過管道沿線安裝的SCADA系統對管道不同位置處的溫度、壓力以及流速等信息進行提取，與模型中的數據進行對比，以此確定管道是否發生了泄漏問題以及判斷泄漏位置，該種方法雖然可以對管道中的小泄漏問題進行檢測，但是管道沿線必須安裝有SCADA系統，同時，其檢測定位的精度主要與模型的先進性以及精度有關，該種方式在使用的過程中也非常容易受到客觀因素的影響[3]。

2.4 基于支持向量機算法的檢測技術

在天然氣管道運行的過程中，可以獲取到的管道泄漏問題樣本數據相對較少，這給該領域智能算法的應用帶來了一定的困擾，而支持向量機算法是一種適用于小樣本問題的算法，同時，該種算法還具有很強的泛化能力，因此，可以將該項技術應用到天然氣管道的泄漏檢測領域，該種技術主要是使用支持向量機算法對傳感器中獲取的管道振動信號進行處理，以此判斷管道是否出現了泄漏問題，在應用該項技術的過程中，如果對支持向量機算法中的各項參數進行合理的選擇是一項重大問題，參數的選擇將會對最終的檢測結果產生直接影響。

2.5 基于相關性分析的檢測技術

在天然氣管道出現泄漏問題以后，管道沿線的傳感器必然會接收到各種類型的信號，但是這些信號非常容易受到外界因素的影響，進而產生大量的噪聲，噪聲的存在對于信號的處理以及泄漏問題的檢測定位十分不利，針對這種情況，可以使用相關性分析方法，對接收到的信號進行深度處理，進而使得檢測定位精度可以得到提升。例如在管道出現泄漏問題以后，管道兩道壓力傳感器所接受的信號具有互相關的關系，在對其進行深度處理以后，壓力變動異常位置就是存在泄漏問題的位置。

2.6 基于小波理論的檢測技術

基于小波理論的方法主要是使用小波算法對獲取到的泄漏信號進行去噪處理，然后對信號的各個特征進行合理的提取，在壓力信號出現拐點的位置就是管道泄漏位置。在使用小波分析方法的過程中，需要對小波基函數進行合理的選擇。目前，我國天然氣管道的復雜程度逐漸提升，可以接收到的泄漏信號必然受到大量因素的干擾，在這一背景下，由于小波分析方法具有很強的去噪效果，因此需要加強該種方法的推廣及應用。

2.7 基于神經網絡算法的檢測技術

通過使用神經網絡算法的方式，對管道出現的泄漏問題與管道兩端各項數據變化之間的關系進行深入分析，以此了解不同泄漏工況前提下管道兩端數據的變化情況，最終對實際管道的運行狀況進行分析。目前，我國天然氣管道在運行的過程中可能會出現工況頻繁變化的情況，這使得泄漏檢測的難度增加，而神經網絡方法是根據不同工況的信號情況，對泄漏問題進行判斷，由此可見，該種檢測方法相對較為先進。

3 結論

通過本次研究可以發現，及時發現天然氣管道的泄漏位置并對泄漏量進行判斷對于保障管道的運營安全十分重要，目前常見的泄漏檢測方法主要可以分為基于硬件的方法和基于軟件的方法兩種類型，每種泄漏檢測方法的原理不同，應用過程中各有優缺點，因此，天然氣管道運營企業需要根據自身的實際情況對泄漏檢測技術進行合理的選擇，以此保障天然氣管道的安全運行。

參考文獻：

[1]李玉星，彭紅偉，唐建峰，等.天然氣長輸管道泄漏檢測方案對比[J].天然氣工業，2008，28（009）：101-104.

[2]楊德水.石油天然氣長輸管道泄漏檢測及定位措施研究[J].中國石油和化工標準與質量，2013（3）：17.

[3]張洪銘，陳先鋒，劉杰，等.基于LabVIEW的長輸天然氣管道泄漏檢測與定位研究? [J].安全與環境學報，2016 （1）：147-151.

作者簡介：

鞏玉良（1976- ），男，甘肅平涼人，畢業于中國石油大學（華東）油氣儲運工程專業，助理工程師，從事長輸油氣管道保護及管理工作。