輸油管道泄漏內部檢測技術評價

郝帥

摘 要 管道檢測技術是保障石油天然氣長輸管道的安全運行的重要手段，本文介紹了常見的管道內部泄漏檢測方法，并對其優缺點進行分析，最后對管道泄漏檢測技術的前景做出了展望。

關鍵詞 油氣管道;泄漏檢測;內部檢測

引言

油氣管道作在輸送石油、天然氣等化工產品方面具有高效、安全、能耗低等顯著優勢。GlobalData公司最新的報告中指出，截至2019年9月，全球共有3807條油氣管線，總長約188萬公里[1]。由于油氣管道輸送的介質具有易燃易爆的性質，泄漏不僅會造成經濟損失和環境問題，也容易引發火災、中毒、爆炸，甚至人身事故。因此，可靠的管道泄漏檢測技術是油氣安全保障的重要內容。

美國，德國和加拿大的標準規范中已經明確要求對管道進行泄漏檢測。美國石油協會出版的API-1130，API-1149和API-1155（后并入API-1130）已經成為輸油管道泄漏檢測系統最為權威的應用指導。

1檢測技術分類

API 1130將管道泄漏檢測系統分為外部檢測和內部檢測，常見的外部檢測手段包括光纖、感應電纜、氣體探頭、圖像檢測，以及人工巡線等檢測方法;內部檢測包括物料平衡法、瞬態模型法、統計決策法和負壓波/聲波檢測法。外部檢測手段，除了人工巡線外，均需要在管道沿線額外敷設感應電纜、光纖或聲波傳感器等，對于絕大部分已建管道而言，這些方法造價過高且施工極為復雜。因此，內部檢測仍然是管道泄漏檢測的主要手段。

API-1130中對泄漏檢測系統提出4個考核指標：可靠性，即系統的誤報率;靈敏性，即系統可檢測出的最小泄漏量;準確性，即泄漏點定位的準確性、響應時間和泄漏量估計得準確性;和穩健性，即管道內參數發生變化甚至缺失部分數據的情況下，泄漏檢測系統是否能繼續工作。不同的泄漏檢測手段有不同的優缺點，因此實踐中，一個可靠的泄漏檢測系統往往是將幾種檢測手段綜合使用。本文將從以上幾個方面對內部泄漏檢測方法進行簡要的評價。

2物料平衡法

物料平衡法是應用最廣泛的泄漏檢測手段，早在20世紀70年代管道運行管理引用計算機技術開始就已經在發揮作用。物料平衡法就是依靠計算管輸介質的流入、流出和管道內流體存量的變化之間的關系來檢驗是否存在泄漏。

優點：最小可測量1%管道流量的泄漏，測試和維護都很方便，造價極低。

缺點：停輸管道及存在不滿流的管道不適用;較小的泄漏需要很長時間才能檢測到;無法定位泄漏點;穩健性一般;誤報較多[2]。

3壓力/流量監測法

壓力/流量監測法就是利用計算機來監測管道沿線的壓力流量是否出現異常下降，與傳統的人工監測方法類似。對于有多個分輸點和中間站的復雜長輸管線而言，這一方法可以彌補傳統人機界面處理不及時、不全面的問題。

優點：最小可測量5%管道流量的泄漏;泄漏響應非常快;停輸期間發生的泄漏也可以檢測;易于測試及調整參數。

缺點：對于不滿流的管道不適用;對已存在的泄漏無法檢測;泄漏定位誤差較大;誤報較多;穩健性一般。

4統計決策法

統計決策檢測法是利用管道的壓力、溫度、流量數據建立一個管道正常運行狀態下的模型，再依靠實時采集數據計算管道發生泄漏的概率及未發生泄漏的概率，以判斷當前是否存在泄漏[3]。

優點：最小可測量1%管道流量的泄漏;停輸期間的泄漏也可以檢測;誤報較少;參數調校方便;穩健性較高。

缺點：對于不滿流的管道不適用;無法估算泄漏量;造價較高。

5瞬態模型法

瞬態模型法利用管道的參數（長度、管徑、壁厚、粗糙度以及沿程的水力坡降等）以及管內流體的參數（分子量、黏度等）對管道的運行情況進行模擬，并建立一個瞬態模型，并將模型計算出的壓力、流量值與SCADA系統實時采集的管道壓力、流量進行對比，從而判斷是否發生泄漏。

優點：最小可測量1%管道流量的泄漏;泄漏響應非常快;泄漏量可以估計;定位泄漏點的范圍在管長的1%～2%之間;停輸、不滿流、開關閥門等瞬態情況下的泄漏均可檢測。

缺點：已存在的泄漏點無法檢測;參數的調校非常困難;該系統的學習和維護成本較高。

6負壓波/聲波檢測法

該方法是利用管道發生泄漏時，會在泄漏處產生一個瞬態低壓，這個負壓會沿著管道向上下游傳播。通過對負壓波的波形的捕捉以及負壓波到達上下游時間差，可以判斷發生泄漏并確定泄漏點。同樣，泄漏發生時，管內介質向管外流動將引起管壁振動并形成聲波，通過管內介質向上下游傳播。通過對聲波的捕捉、去噪等處理后，也可以確定泄漏位置。

優點：最小可測量1%管道流量的泄漏;泄漏定位非常精確;穩健性高。

缺點：響應速度較快;對信號分析技術要求極高;對長輸管線而言可能需要額外架設多個傳感器來滿足檢測需求;對跨越多個場站的管線效果較差;造價較高。

7結束語

管道作為石油天然氣產品的運輸手段，具有高效、經濟、安全、可靠等諸多優點。然而隨著現有管道的逐漸老化，腐蝕、磨損及人為原因導致的管道泄漏事故時有發生。精確、及時地發現并定位管道泄漏，對于保證生產安全、減少經濟損失和維護環境都有重要意義。以計算機技術為基礎的內部泄漏檢測手段作為最基礎的檢測方式，應該得到足夠重視，特別是對于已運行多年的老管道，更應在有限的條件下選擇合適的泄漏檢測手段，以保障油氣運輸的安全。

參考文獻

[1] 佚名.Global Pipeline Transportation Industry [ED/OL]. https：//www.reportlinker.com/p03646057/Global-Pipeline-Transportation-Industry.html，2019-05-04.

[2] M.F. Sulaima，F. Abdullah，W.M. Bukhari，etc. Oil and Gas Offshore Pipeline Leak Dection System：A Feasibility Study[J]. Applied Mechanics and Materials，2015，699（11）：891-896.

[3] 夏海波，張來斌，王朝輝.國內外油氣管道泄漏檢測技術的發展現狀[J].油氣儲運，2001，20（1）：1-5.