輸油管道泄漏監(jiān)測探討

李保平，潘世豪，秦孝康

（1. 中國石化管道公司 聊城輸油處 河南省南陽市473000；2.鄭州大學(xué) 化工與能源學(xué)院 河南省平頂山市467000；3.鄭州大學(xué) 機械工程學(xué)院 河南省安陽市455000）

1、輸油管道監(jiān)測現(xiàn)狀

作為第五大運輸業(yè)的管道運輸在各國石油化工行業(yè)的油氣運輸中得到了廣泛應(yīng)用， 而相應(yīng)的輸油管道泄漏監(jiān)測技術(shù)在也受到了廣泛的重視。 西方發(fā)達國家的管道輸送與管道泄漏監(jiān)測起步早、發(fā)展快，我國與發(fā)達國家相比，管道運輸起步較晚，自動化管理水平較低,運行監(jiān)測系統(tǒng)不夠完善,與此同時，我國供油網(wǎng)絡(luò)管道綿長，許多為無人區(qū),如管道受破壞,進行修復(fù)將花費大量人力物力,如未及時發(fā)現(xiàn),將造成重大財產(chǎn)損失，并且會對環(huán)境造成污染。 因此,輸油管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的研究不可忽視。

2、管道監(jiān)測技術(shù)分類

國內(nèi)外管道泄漏監(jiān)測的主要方法有壓力梯度法、 負壓力波法、音波法、超聲波檢測法、光纖傳感、瞬變流法、統(tǒng)計分析法等方法。 這些方法的適用場合和特點各不相同,依據(jù)其測量手段的不同,可以將其分為三類：生物方法、硬件方法和軟件方法。

2.1、生物方法

生物檢測也稱直觀檢測,是傳統(tǒng)的泄漏檢測方法,主要是在管道的輸送介質(zhì)中添加硫化物類臭味劑如四氫噻吩等,利用人或經(jīng)過訓(xùn)練的動物(狗)沿管線分段巡視，聞管道中釋放出的氣味或聽異常聲響等。 這種方法簡單易行、直接準確,但靈敏度低、實時性差、耗費大量人力。

2.2、硬件方法

2.2.1 溫度檢測器

該方法利用溫度傳感器測定管線各處的溫度變化。 如將多傳感器電纜鋪設(shè)在管線的附近， 油氣泄漏時將影響周圍土壤溫度，通過采樣各處溫度變化并對比歸納確知各處油氣泄露與否。

2.2.2 聲學(xué)檢測器

其原理是當管道某處發(fā)生泄漏時，該處局部流體密度減小，瞬態(tài)壓力突降，形成一個負壓波。 同時，油品外泄與管壁摩擦，產(chǎn)生寬頻帶聲波信號。該負壓波和音波信號向管道兩端傳播。經(jīng)若干時間上下游壓力傳感器捕捉到特定的瞬態(tài)壓力波形， 然后結(jié)合信號分析、小波變換、模式識別等技術(shù)即可實現(xiàn)泄漏判斷。 根據(jù)上下游壓力傳感器接收到壓力信號的時間差， 由負壓波在介質(zhì)中的傳播速度就可以確定泄漏點。 該方法的定位準確度取決于各站點計算機系統(tǒng)時鐘的一致程度。

美國休斯頓聲學(xué)系統(tǒng)公司(ASI)是聲學(xué)檢測技術(shù)在管道領(lǐng)域的應(yīng)用先驅(qū)，其聲學(xué)檢漏產(chǎn)品波敏系統(tǒng)(wavealert),以實時管道監(jiān)控為特色， 缺點是受檢測范圍的限制必須沿管道安裝很多聲音傳感器。

2.2.3 光纖檢測器

該方法以光通信技術(shù)和信號處理技術(shù)為依托， 為一種新型傳感器技術(shù)，或?qū)⒊蔀槲磥碛蜌夤艿腊踩O(jiān)測的主要發(fā)展方向。較早運用干涉式分布光纖傳感技術(shù)的是澳大利亞的FFT 公司。干涉式光纖傳感技術(shù)采用普通通信光纜作為傳感原件， 利用光纖長度、 折射率等特性易受溫度、 壓力或振動等因素影響的特性。 通過分析光纖中光的改變得知物理場的變化,這樣就實現(xiàn)了隱蔽、實時、可精確定位管道檢測。 FFT 的監(jiān)測技術(shù)能夠在外界對管道造成破壞之前預(yù)測告警，爭取一定的防范時間，這給扭轉(zhuǎn)當前管道泄漏監(jiān)測的被動局面帶來了希望。

2.2.4 氣體檢測器

原理是通過檢測有無可燃性氣體來確定是否發(fā)生了油氣泄漏， 一般使用基于接觸燃燒熱原理的便攜式氣體采樣器沿管道行走對空氣進行檢測。 其檢測儀器主要有火焰電離子檢測器和可燃性氣體檢測器。 該方法靈敏度高、不易受影響、定位準確，但無法實現(xiàn)長距離連續(xù)檢測，而且設(shè)備費用昂貴，通常作為輔助手段來使用。

2.3、軟件方法

采用由數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)提供的流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)，通過對這些參數(shù)的跟蹤測量，利用動力模型和壓力點分析軟件來檢測泄漏。 此方法的先驅(qū)為殼牌公司的專利產(chǎn)品ATMOS Pipe 管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)。 ATMOS Pipe 通過對流體的流量、壓力等參數(shù)的測量，利用模式識別及統(tǒng)計分析技術(shù)，運用軟件計算管道是否泄漏、 位置和大小。 基于軟件方法的ATMOS Pipe 系統(tǒng)具有靈敏度高，可靠性高，經(jīng)濟安全，易于安裝維護等優(yōu)勢。

3、管道檢測的發(fā)展

目前來說上述方法對人工依賴性仍很高， 很多處于自然環(huán)境惡劣、 交通不便地區(qū)的站場仍無法設(shè)計成完全無人或者少人值守的自動操作方式，這給企業(yè)增加很大的運行成本。

在網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)字化的大趨勢下，以網(wǎng)絡(luò)為依托，以數(shù)字處理技術(shù)為核心，綜合利用光電液壓等傳感器、數(shù)字化圖像處理、嵌入式計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、自動控制和人工智能等技術(shù)對石油管道進行自動化數(shù)字化的監(jiān)測將會使管道監(jiān)測更加準確有效。 在這種自動化監(jiān)測模式下，沿輸油管道設(shè)立中心站、遠程子站和泵站即可。 子站或泵站利用RTU 作為遠端檢測控制單元裝置，對現(xiàn)場的物理信號及設(shè)備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控，通過網(wǎng)絡(luò)與中心站實現(xiàn)通信。 中心站進行信息匯總和數(shù)據(jù)處理，管理人員可以進行記錄查詢、視頻監(jiān)控等操作，真正做到了遠程、實時、集中、全面的掌握。

4、結(jié)束語

隨著對石油需求不斷增加， 我們應(yīng)積極采用經(jīng)濟有效的管道泄漏監(jiān)測技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)泄漏，迅速采取措施，將事故的發(fā)生機會降到最低， 將事故的損失降到最低， 為我國經(jīng)濟的穩(wěn)健發(fā)展，社會的穩(wěn)定做出貢獻。

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