淺論油氣管道泄露檢測(cè)技術(shù)

常青

摘 要：管道運(yùn)輸在石油、天然氣等流體輸送中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，已成為繼鐵路、公路、水路、航空運(yùn)輸之后的第五大運(yùn)輸工具。由于不可避免的老化、腐蝕及打孔盜油等原因，管道泄漏時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重干擾了正常生產(chǎn)，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染。所以，加強(qiáng)管道泄漏監(jiān)測(cè)和定位技術(shù)的探究和應(yīng)用，對(duì)于發(fā)現(xiàn)管道泄漏，打擊盜油行為，保護(hù)環(huán)境，減少企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失，提高企業(yè)的自動(dòng)化管理水平具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：油氣管道;泄露檢測(cè);技術(shù)

1 ?引言

國(guó)外從上個(gè)世紀(jì)70年代就開(kāi)始對(duì)油氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了研究。早在1976年德國(guó)學(xué)者就提出以輸入輸出的流量和壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后進(jìn)行分析的泄漏檢測(cè)方法。我國(guó)長(zhǎng)距離油氣管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究從上世紀(jì)90年代開(kāi)始已有了相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，只是近幾年才取得真正突破，在生產(chǎn)中發(fā)揮作用。目前，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)距離輸油管道大都沒(méi)有安裝泄漏自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，主要靠原始的人工沿管線巡視，根據(jù)管線運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行人工讀取，這種情況使得管道的安全運(yùn)行系數(shù)低于國(guó)外發(fā)展水平。

管道發(fā)生泄漏的原因多種多樣，但大致可以分為：

（1）管道腐蝕：防護(hù)層老化、陰極保護(hù)失效，以及腐蝕性介質(zhì)對(duì)管道外壁造成的腐蝕和傳輸介質(zhì)的腐蝕成分對(duì)管道內(nèi)壁造成的腐蝕。

（2）自然破壞：由于地震、滑坡等自然災(zāi)害以及氣候變化使管道發(fā)生翹曲變形導(dǎo)致應(yīng)力破壞。

（3）第三方破壞：不法分子的盜竊破壞，施工人員違章操作，野蠻施工造成的破壞。

（4）管道自身缺陷：包括管道焊接質(zhì)量缺陷、管道連接部位密封不良、未設(shè)計(jì)管道伸縮節(jié)、材料等原因。

管道泄漏不僅給生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)單位造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞，嚴(yán)重影響沿線居民的身體健康和生命安全。

2 ?泄露檢測(cè)技術(shù)

對(duì)于泄露檢測(cè)技術(shù)的分類(lèi)，現(xiàn)在沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定。根據(jù)檢測(cè)過(guò)程中所使用的測(cè)量手段不同，分為基于件和軟件的方法;根據(jù)測(cè)量分析的媒介不同，可分為直接檢測(cè)法與間接檢測(cè)法。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的泄漏檢測(cè)和定位的主要方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

2.1 ?流量檢測(cè)法

在管道正常運(yùn)行狀態(tài)下，管道輸入和輸出流量相等的，泄漏必然導(dǎo)致流量差，這種方法是最基本的泄露檢測(cè)方法，可靠性較高。然而由于管道本身具有很強(qiáng)的彈性及流體性質(zhì)變化等多種因素影響，首末兩端的流量變化有一個(gè)明顯過(guò)渡過(guò)程，因此，這種方法響應(yīng)速度緩慢。同時(shí)，油品流量計(jì)的精度通常在0.2～0.5之間，實(shí)際的計(jì)量精度由于諸多因素的影響，以及溫度、壓力的測(cè)量誤差，導(dǎo)致整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)的精度通常不會(huì)高于1.0，也就是說(shuō)1.0%誤差內(nèi)的流量偏差是檢測(cè)不出來(lái)的，也不能確定泄漏點(diǎn)的具體位置。目前一些輸油管通實(shí)裝使用了該系統(tǒng)，將超聲波流量計(jì)夾合在管道外進(jìn)行測(cè)量、然后根據(jù)管道壓力溫度變化，計(jì)算出管道內(nèi)總量，一旦出現(xiàn)不平衡，就表明出現(xiàn)泄漏。雖然流量差法不夠靈敏，但是可靠性很高，可以大大減小報(bào)警的失誤率。該方法不需要增加太多的儀表和通信要求，不需要詳細(xì)的管道模擬仿真，在油品管線上具有一定的經(jīng)濟(jì)適用性。

2.2 ?負(fù)壓波法

當(dāng)泄漏發(fā)生時(shí)，泄漏處因流體物質(zhì)損失而引起局部流體密度減小，產(chǎn)生瞬時(shí)壓力降低和速度差，該瞬時(shí)的壓力下降以聲速向泄漏點(diǎn)的上下游傳播。當(dāng)以泄漏前的壓力作為參考標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，泄漏時(shí)產(chǎn)生的減壓波就稱為負(fù)壓波。該波以一定速度自泄漏點(diǎn)向兩端傳播，經(jīng)若干時(shí)間后分別傳到上下游的壓力傳感器，壓力傳感器捕捉到特定的瞬態(tài)壓力降的波形就可進(jìn)行泄漏判斷，根據(jù)上下游壓力傳感器接收到此壓力信號(hào)的時(shí)間差和負(fù)壓波的傳播速度就可以定出泄漏點(diǎn)。

2.3 ?檢漏電纜法

檢漏電纜法多用于液態(tài)烴類(lèi)燃料的泄漏檢測(cè)。電纜與管道平行鋪設(shè)，當(dāng)泄漏的烴類(lèi)物質(zhì)滲入電纜后，會(huì)引起電纜特性的變化。目前已研制的有滲透性電纜、油溶性電纜和碳?xì)浠衔锓植际絺鞲须娎|。這種方法能夠快速而準(zhǔn)確地檢測(cè)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(hào)混亂，影響檢測(cè)精度。如果重新更換電纜，將是一個(gè)不小的工程。

2.4 ?光纜檢測(cè)法

光纜檢測(cè)技術(shù)是比較有前途的泄露檢測(cè)技術(shù)之一。光纖可以通過(guò)檢測(cè)泄露產(chǎn)生的物理和化學(xué)特性參數(shù)進(jìn)行泄露時(shí)間的識(shí)別和定位，通常采用的是光纖波譜中對(duì)溫度敏感的拉曼散射進(jìn)行監(jiān)測(cè)。光纜檢測(cè)泄露技術(shù)有以下幾個(gè)方面的應(yīng)用：

（1）通過(guò)溫度監(jiān)測(cè)探測(cè)泄露：這種方法通常是將光纜平行于管道安裝，以便于建立管道沿線的溫度圖一旦泄露發(fā)生，高壓氣體泄露會(huì)帶來(lái)泄漏點(diǎn)周?chē)募眲亟怠＿@個(gè)特性會(huì)被光纜捕捉并識(shí)別出來(lái)。

（2）通過(guò)微小的形變探測(cè)泄露：這種方法是通過(guò)泄漏檢測(cè)發(fā)生時(shí)，由于高壓介質(zhì)噴射帶來(lái)的振動(dòng)對(duì)光纜性的微小形變來(lái)確定和識(shí)別泄露。

3）分布式的光纜化學(xué)探測(cè)器：這種方法通過(guò)光纜傳感器對(duì)化氫碳合物的識(shí)別來(lái)識(shí)別和定位泄露。

這種技術(shù)在目前的應(yīng)用中依然存在缺陷，因?yàn)椴捎谜麠l光纜作為傳感器，在建立溫度圖譜時(shí)，光纜越長(zhǎng)，需要分析的反射波就越多，此時(shí)系統(tǒng)的計(jì)算能力就受到了局限，同時(shí)對(duì)于長(zhǎng)輸管線來(lái)說(shuō)，通常距離越長(zhǎng)，而散射波的可傳輸距離越短。因此，對(duì)于長(zhǎng)輸管線的使用也有一定的局限性。但仍存在以下優(yōu)點(diǎn)：獨(dú)立于管線，無(wú)需在管線上開(kāi)孔安裝，不受管線操作模式的影響，對(duì)于短距離管線響應(yīng)迅速、定位準(zhǔn)確。

2.5 ?實(shí)時(shí)模型法

實(shí)時(shí)模型法是近年來(lái)國(guó)際上著力研究的檢測(cè)管道泄漏的方法。基本思想是根據(jù)瞬變流的水力模型和熱力模型考慮管線內(nèi)流體的速度、壓力、密度及黏度等參數(shù)的變化，建立管道的實(shí)時(shí)模型，在一定的邊界條件求解管內(nèi)流場(chǎng)，然后將計(jì)算值與管端的實(shí)測(cè)值相比較。當(dāng)實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的偏差大于一定范圍時(shí)，即認(rèn)為發(fā)生了泄漏。在泄漏定位中使用穩(wěn)態(tài)模型，根據(jù)管道內(nèi)的壓力梯度變化可確定泄漏點(diǎn)的位置[1]。

2.6 ?放射性示蹤劑檢測(cè)法

放射性示蹤劑檢測(cè)法是將放射性示蹤劑加到管道內(nèi)，隨輸送介質(zhì)一起流動(dòng)，遇到管道的泄漏處，放射示蹤劑便會(huì)從泄漏處漏到管道外面，并附著于泥土中。示蹤劑檢漏儀放于管道內(nèi)部，在輸送介質(zhì)的推動(dòng)下行走。行走過(guò)程中，指向管壁的多個(gè)傳感器可隨時(shí)對(duì)管壁進(jìn)行監(jiān)測(cè)。經(jīng)過(guò)泄漏處時(shí)，示蹤劑檢漏儀便可感受到泄漏到管外的示蹤劑的放射性，并記錄下來(lái)。根據(jù)記錄，可確定管道的泄漏部位。該方法優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高。

3 ?檢漏方法性能指標(biāo)

3.1 ?泄漏檢測(cè)性能指標(biāo)

一個(gè)高效可靠的管道泄漏檢測(cè)與定位系統(tǒng)，必須在微小的泄漏發(fā)生時(shí)，在最短的時(shí)間內(nèi)，正確地報(bào)警，準(zhǔn)確地指出泄漏位置，并較好地估計(jì)出泄漏量，而且對(duì)工況的變化適應(yīng)性要強(qiáng)，泄漏檢測(cè)與定位系統(tǒng)誤報(bào)率、漏報(bào)率低，魯棒性強(qiáng)，當(dāng)然還應(yīng)便于維護(hù)。

3.2 ?診斷性能指標(biāo)

（1）正常工序操作和泄漏的分離能力：對(duì)正常的起/停泵、調(diào)閥、倒罐等情況和管道泄漏情況的區(qū)分能力。這種區(qū)分能力越強(qiáng)，誤報(bào)率越低。

（2）泄漏辨識(shí)的準(zhǔn)確性：泄漏檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)泄漏的大小及其時(shí)變特性的估計(jì)的準(zhǔn)確程度。對(duì)于泄漏時(shí)變特性的準(zhǔn)確估計(jì)，不僅可識(shí)別泄漏的程度，而且可對(duì)老化、腐蝕的管道進(jìn)行預(yù)測(cè)并給出一個(gè)合理的處理方法。

參考文獻(xiàn)：

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[4]王錫鈺 ?油氣管道泄漏檢測(cè)方法的研究及運(yùn)用 ?當(dāng)代化工2015年5月