淺論油氣管道泄露檢測技術

常青

摘 要：管道運輸在石油、天然氣等流體輸送中具有獨特的優勢，已成為繼鐵路、公路、水路、航空運輸之后的第五大運輸工具。由于不可避免的老化、腐蝕及打孔盜油等原因，管道泄漏時有發生，嚴重干擾了正常生產，造成了巨大的經濟損失和環境污染。所以，加強管道泄漏監測和定位技術的探究和應用，對于發現管道泄漏，打擊盜油行為，保護環境，減少企業經濟損失，提高企業的自動化管理水平具有非常重要的現實意義。

關鍵詞：油氣管道;泄露檢測;技術

1 ?引言

國外從上個世紀70年代就開始對油氣管道泄漏檢測技術進行了研究。早在1976年德國學者就提出以輸入輸出的流量和壓力信號經過處理后進行分析的泄漏檢測方法。我國長距離油氣管道泄漏監測技術的研究從上世紀90年代開始已有了相關文獻報道，只是近幾年才取得真正突破，在生產中發揮作用。目前，國內長距離輸油管道大都沒有安裝泄漏自動檢測系統，主要靠原始的人工沿管線巡視，根據管線運行數據進行人工讀取，這種情況使得管道的安全運行系數低于國外發展水平。

管道發生泄漏的原因多種多樣，但大致可以分為：

（1）管道腐蝕：防護層老化、陰極保護失效，以及腐蝕性介質對管道外壁造成的腐蝕和傳輸介質的腐蝕成分對管道內壁造成的腐蝕。

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

（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：包括管道焊接質量缺陷、管道連接部位密封不良、未設計管道伸縮節、材料等原因。

管道泄漏不僅給生產、運營單位造成巨大的經濟損失，而且會對環境造成破壞，嚴重影響沿線居民的身體健康和生命安全。

2 ?泄露檢測技術

對于泄露檢測技術的分類，現在沒有統一的規定。根據檢測過程中所使用的測量手段不同，分為基于件和軟件的方法;根據測量分析的媒介不同，可分為直接檢測法與間接檢測法。本文對國內外近幾十年來發展起來的泄漏檢測和定位的主要方法進行簡單介紹。

2.1 ?流量檢測法

在管道正常運行狀態下，管道輸入和輸出流量相等的，泄漏必然導致流量差，這種方法是最基本的泄露檢測方法，可靠性較高。然而由于管道本身具有很強的彈性及流體性質變化等多種因素影響，首末兩端的流量變化有一個明顯過渡過程，因此，這種方法響應速度緩慢。同時，油品流量計的精度通常在0.2～0.5之間，實際的計量精度由于諸多因素的影響，以及溫度、壓力的測量誤差，導致整個計量系統的精度通常不會高于1.0，也就是說1.0%誤差內的流量偏差是檢測不出來的，也不能確定泄漏點的具體位置。目前一些輸油管通實裝使用了該系統，將超聲波流量計夾合在管道外進行測量、然后根據管道壓力溫度變化，計算出管道內總量，一旦出現不平衡，就表明出現泄漏。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，不需要詳細的管道模擬仿真，在油品管線上具有一定的經濟適用性。

2.2 ?負壓波法

當泄漏發生時，泄漏處因流體物質損失而引起局部流體密度減小，產生瞬時壓力降低和速度差，該瞬時的壓力下降以聲速向泄漏點的上下游傳播。當以泄漏前的壓力作為參考標準時，泄漏時產生的減壓波就稱為負壓波。該波以一定速度自泄漏點向兩端傳播，經若干時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壓力降的波形就可進行泄漏判斷，根據上下游壓力傳感器接收到此壓力信號的時間差和負壓波的傳播速度就可以定出泄漏點。

2.3 ?檢漏電纜法

檢漏電纜法多用于液態烴類燃料的泄漏檢測。電纜與管道平行鋪設，當泄漏的烴類物質滲入電纜后，會引起電纜特性的變化。目前已研制的有滲透性電纜、油溶性電纜和碳氫化合物分布式傳感電纜。這種方法能夠快速而準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，施工不方便，且發生一次泄漏后，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。

2.4 ?光纜檢測法

光纜檢測技術是比較有前途的泄露檢測技術之一。光纖可以通過檢測泄露產生的物理和化學特性參數進行泄露時間的識別和定位，通常采用的是光纖波譜中對溫度敏感的拉曼散射進行監測。光纜檢測泄露技術有以下幾個方面的應用：

（1）通過溫度監測探測泄露：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生，高壓氣體泄露會帶來泄漏點周圍的急劇溫降。這個特性會被光纜捕捉并識別出來。

（2）通過微小的形變探測泄露：這種方法是通過泄漏檢測發生時，由于高壓介質噴射帶來的振動對光纜性的微小形變來確定和識別泄露。

3）分布式的光纜化學探測器：這種方法通過光纜傳感器對化氫碳合物的識別來識別和定位泄露。

這種技術在目前的應用中依然存在缺陷，因為采用整條光纜作為傳感器，在建立溫度圖譜時，光纜越長，需要分析的反射波就越多，此時系統的計算能力就受到了局限，同時對于長輸管線來說，通常距離越長，而散射波的可傳輸距離越短。因此，對于長輸管線的使用也有一定的局限性。但仍存在以下優點：獨立于管線，無需在管線上開孔安裝，不受管線操作模式的影響，對于短距離管線響應迅速、定位準確。

2.5 ?實時模型法

實時模型法是近年來國際上著力研究的檢測管道泄漏的方法。基本思想是根據瞬變流的水力模型和熱力模型考慮管線內流體的速度、壓力、密度及黏度等參數的變化，建立管道的實時模型，在一定的邊界條件求解管內流場，然后將計算值與管端的實測值相比較。當實測值與計算值的偏差大于一定范圍時，即認為發生了泄漏。在泄漏定位中使用穩態模型，根據管道內的壓力梯度變化可確定泄漏點的位置[1]。

2.6 ?放射性示蹤劑檢測法

放射性示蹤劑檢測法是將放射性示蹤劑加到管道內，隨輸送介質一起流動，遇到管道的泄漏處，放射示蹤劑便會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部，在輸送介質的推動下行走。行走過程中，指向管壁的多個傳感器可隨時對管壁進行監測。經過泄漏處時，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。根據記錄，可確定管道的泄漏部位。該方法優點是靈敏度高。

3 ?檢漏方法性能指標

3.1 ?泄漏檢測性能指標

一個高效可靠的管道泄漏檢測與定位系統，必須在微小的泄漏發生時，在最短的時間內，正確地報警，準確地指出泄漏位置，并較好地估計出泄漏量，而且對工況的變化適應性要強，泄漏檢測與定位系統誤報率、漏報率低，魯棒性強，當然還應便于維護。

3.2 ?診斷性能指標

（1）正常工序操作和泄漏的分離能力：對正常的起/停泵、調閥、倒罐等情況和管道泄漏情況的區分能力。這種區分能力越強，誤報率越低。

（2）泄漏辨識的準確性：泄漏檢測系統對泄漏的大小及其時變特性的估計的準確程度。對于泄漏時變特性的準確估計，不僅可識別泄漏的程度，而且可對老化、腐蝕的管道進行預測并給出一個合理的處理方法。

參考文獻：

[1]靳世久 ?原油管道泄露檢測與定位，儀器儀表學報.1997，18（4）：343～348.

[2]陳憂先 ?化工測量及儀表.第三版.北京：化學工業出版社.2010.

[3]苗承武 ?輸油管道設計和管理.北京：石油工業出版社.2001.

[4]王錫鈺 ?油氣管道泄漏檢測方法的研究及運用 ?當代化工2015年5月