淺析天然氣長輸管線泄漏檢測的方法

文/高飛

采用適當方法對天然氣長輸管線泄漏進行檢測，可延長長輸管線的使用壽命——長輸管道的安全已成為國家和長輸管道運營單位重點關注的問題之一。采用適當方法對天然氣長輸管線泄漏進行檢測，降低泄漏風險，可延長長輸管線的使用壽命，同時也能降低環境污染的風險和減少經濟損失。

長輸管線是天然氣的主流運輸工具， 由于運輸距離較長，受環境及人為因素影響，導致在運輸過程中時常會有泄漏事件的發生。為了及時發現天然氣泄露事故，減少油氣損失，保障人們的生活安全，維護管道的正常運轉，必須要在一定程度上加強維護和檢修工作，加強管理措施。

目前泄漏檢測的常見技術

長輸管道泄漏檢測的常用方法有負壓波檢測、聲波檢測、地面間接檢測以及光纖傳感器檢測等。

負壓波檢測

在管道突然發生泄漏時，由于泄漏部位會產生向上下游傳播的減壓波，稱之為負壓波。如果在管道兩端設置壓力傳感器檢測到負壓波，就可以判斷泄漏，并通過計算管道兩端壓力傳感器接收到負壓波的時間差，就可以對泄漏點進行定位。

聲波檢測

當管道發生泄漏時，在泄漏點處會產生噪聲。通過管道兩端設置好的聲波傳感器可以接受到這種聲波，從而檢測泄漏，并通過管道兩端聲波傳感器接受信號的時間差來定位泄漏點的位置。

地面間接檢測

地面間接檢測主要有熱紅外成像、探地雷達等幾種方法。

光纖傳感器檢測

光纖傳感器檢測管道泄漏的方法是根據管道中輸送的熱物質泄漏會引起周圍環境溫度的變化，利用分布式光纖溫度傳感器連續測量沿管道的溫度分布，當沿管道的溫度變化超過一定的范圍，就可以判斷發生了泄漏。

管道泄漏檢測方法的對比

負壓波檢測

當管道發生泄漏時，泄漏處由于管道內介質外泄造成管道壓力突然下降，在流體中產生一個瞬間負壓波，負壓波沿管道上下游傳播，由于管道的波導作用，負壓波可以傳播數10 km，根據負壓波到達上下游測量點的時間差以及負壓波在管道中的傳播速度，可以計算泄漏位置，由于負壓波有效距離長、安裝簡單以及成本較低，目前在過國內應用較為廣泛。但負壓波檢測也有其自身缺陷：對泄漏量要求很大，負壓波能迅速檢測出泄漏量河大的泄漏，對小泄漏量的檢測沒有效果。此外負壓波檢測無法應用在天然氣管道上，原因是天然氣管道上，如果發生泄漏，泄漏處的壓縮氣體迅速擴張，不產生可以檢測到的負壓波，因此無法檢測天然氣管線的泄漏。

聲波檢測

當管道發生泄漏時，在泄漏點處會產生噪聲，噪聲沿管道向兩端傳播，通過在管道兩端設置好的傳感器可以接受這種聲波，從而探測泄漏，同時根據傳感器接受到聲波的時間差可對泄漏點進行定位。管道聲波泄漏監測系統具有快速高效、反應靈敏、定位精確、誤報率極低、操作簡便以及安裝便利等顯著特點，相比負壓波技術，聲波技術成熟且先進，比如在氣體管道、海底管道、多相流管道上負壓波法不能解決問題或者效果很差，但聲波技術可以輕松解決任何介質的壓力管道；即使是面對液體（原油成品油）管道，聲波的指標也明顯領先，定位精度約為100 m內，誤報率約為負壓波的1/10。另一方面，在少數復雜的工況下聲波法結合負壓波技術優于單一的聲波法，如針對于某些工況下的緩慢泄漏。

地面間接檢測

地面間接檢測主要利用圖像分析或泄漏物敏感材料制成傳感器檢測管道外是否有泄漏物。探地雷達是一種主動檢測方法，將脈沖信號發射到地下介質中，通過接受反射信號探測管道是否發生泄漏。紅外成像法是一種被動檢測方法，不需要發射探測信號，需接收來自被測對象的信號，例如利用機載或星載精密紅外攝像裝置記錄泄漏物在空中形成的氣團或管道周圍的地熱輻射效應，通過光譜分析發現泄漏，由于長輸管線點多線長，周圍地址結構差異很大，探地雷達和紅外成像檢測不適合管道泄漏的實時檢測。

光纖傳感器檢測

分布式光纖傳感器是近年來伴隨光纖通信技術快速發展而出現的一種新型傳感器，它具有同時獲取在傳感光纖區域內隨時間和空間變化的被測量分布信息的能力。由于使用光纖和光信號，特別適合易燃易爆的石油和天然氣管道的在線監測，沿油氣管線鋪設一條光纜，用光纖做傳感器，檢測管線周圍的壓力和振動信號，可以對油氣泄漏、附近的機械施工和人為破壞等時間進行迅速判斷和準確定位，預報和發現泄漏隱患。由于光纜需要沿管道進行敷設，因此只適用于新建管線在敷設管道時隨管道一同安裝。

綜上所述，負壓波發無法檢測天然氣管道的泄漏，地面間接檢測不具備長輸管線實時檢測的能力，光纖傳感器檢測適用于新建長輸管線，結合目前已建成的大部分天然氣長輸管道工程的實際情況，采用聲波檢測的方案，既能起到穩定檢測管線泄露的作用，同時改造的費用也較低。

典型的聲波檢測方案

管道聲波泄漏監測系統主要由：安裝在管道站場和閥室的分站和安裝在調度中心的主站組成。分站包括聲波傳感器、現場數據采集處理器、北斗/GPS雙模天線等硬件模塊；主站包括中心匯集處理器（運行核心數據模型處理軟件)、系統控制主機（運行系統監控軟件）。

當管道發生破裂時，管道內輸送介質在泄漏瞬間產生具有一定特征的聲波，并沿管道內介質向兩端傳播；現場數據采集處理終端接收聲波信號，與北斗/GPS授時時鐘一起通過網絡傳輸給泄漏監測定位服務器；泄漏監測定位服務器進行實時識別處理，確定管道是否發生泄漏，同時利用管段兩端接收到信號的時差，判斷泄漏發生位置。在每個環節利用人工智能技術過濾干擾，最終降低誤報率，提高監控精度。用聲紋識別方法檢測管道泄漏引起的聲波信號。通過自適應信號去噪、泄漏信號重構、聲紋特征提取和診斷模型，可以實現對泄漏信號的識別和診斷。根據泄漏聲波到達管道兩端的時間差及測算的聲速，計算泄漏點的位置。系統原理圖如圖1所示。

圖1 音波管道泄漏檢測系統原理圖

結論

隨著天然氣長輸管線的不斷建設，管道泄漏造成的安全隱患必將成為社會和企業關注的重點。目前針對管道泄漏檢測的方法較多，且已有部分管道泄漏檢測設備服役。但存在檢測準確度低和投資費用昂貴等問題。企業根據自身生產實際，選擇合適的檢測方法，將成為企業提高生產效率，降低安全風險的發展趨勢。 ●