石油輸送管道泄漏檢測方法探討

單俊(中國石油化工股份有限公司管道儲運分公司南京輸油處大榭島油庫)

油氣管道完整性管理是近年來在發(fā)達(dá)國家油氣管道工業(yè)中迅速發(fā)展起來的現(xiàn)代安全管理體系。這些國家大量的油氣管道已使用多年，進入其設(shè)計壽命后期，存在不少事故隱患，需要加強安全管理。對油氣管道危險因素的各種檢測技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)可以使我們預(yù)先發(fā)現(xiàn)事故 苗頭及隱患，可以據(jù)此發(fā)出警告并采取防范措施，這也是安全技術(shù)的重要方面。

管道泄漏檢測主要有兩個目的：一是防止泄漏對人及環(huán)境造成危害和污染，二是防止管道輸送油品的泄漏損失。目前比較實用的管道泄漏監(jiān)測技術(shù)大致可分為直接檢測法和間接檢測法兩類。

（一）石油輸送管道泄漏直接檢測法

直接檢測法是測出泄漏的輸送液體在地表的痕跡或揮發(fā)氣體。如：利用檢漏電纜、檢漏光纖等測量泄漏后檢測元件的阻抗、電阻率等特性變化來檢測泄漏。或者采用人工巡線或機載儀器飛行巡線檢查泄漏。近年美國OILTON公司開發(fā)出一種機載紅外檢測技術(shù)，由直升飛機帶一高精度紅外攝像機沿管道飛行，通過分析輸送物質(zhì)與周圍土壤的細(xì)微溫差來確定管道是否泄漏。

（二）石油輸送管道泄漏簡介檢測法

間接檢測法是通過測量泄漏時管道系統(tǒng)的流量、壓力、壓力波等物理參數(shù)的 變化來檢測泄漏的方法。主要分為3種類型：

(1)實時模型法

實時模型法是研究得最多的一種方法，它應(yīng)用實時診斷系統(tǒng)與管道SCADA系統(tǒng)相結(jié)合，進行動態(tài)泄漏檢測。這種方法的關(guān)鍵是建立準(zhǔn)確的管道實時模型。定時取管道的一組實測參數(shù)作為邊界條件，由實時模型計算管道中流體的壓力、流量值，然后將這些計算值與實測值作比較，當(dāng)計算結(jié)果的偏差超過給定值時，即發(fā)出泄漏警報。現(xiàn)場實驗表明，目前用實時模型法能檢測出大于輸量4%的泄漏，定位精度較低，不足10%。

(2)質(zhì)量平衡法

基于質(zhì)量守恒原理，一條不泄漏的管道，流入與流出的質(zhì)量流量必相等。實時測出管道出口與入口流量，有一定的差值則表明管段內(nèi)可能發(fā)生泄漏。由于所測流量與流體的各種性質(zhì)(如溫度、壓力、密度、粘度)有關(guān)，從而使情況變得復(fù)雜，在實際應(yīng)用中需要進行修正。由于管道瞬態(tài)工況會影響流量變化及準(zhǔn)確測量，通常采用累計平均值來判斷，這使檢測時間增長并降低了檢測精度。故采用質(zhì)量平衡法檢漏時，常需配合使用其他方法。

(3)基于信號處理的方法

在管道沿線的關(guān)鍵點，SCADA系統(tǒng)通過傳感器測量流量、溫度、壓力等參 數(shù)對管道進行實時監(jiān)測，測量到的數(shù)據(jù)被送往中央控制中心，運用各種算法實時分析處理，以此進行泄漏檢測和定位。常用對泄漏前、后沿線壓力分布變化或負(fù)壓波傳播情況的分析來檢測泄漏及定位。這種方法包括壓力梯度法、負(fù)壓波法、壓力點分析法和統(tǒng)計分析法等。目前國內(nèi)輸油管道上應(yīng)用最多的是負(fù)壓波法。

兩類方法相比，泄漏直接檢測法敏感性好，定位精度高，誤報警率低，但對管道進行一次完整的檢測需要較長的時間；間接檢測法可以連續(xù)檢測泄漏，實現(xiàn)對管道的實時監(jiān)測，但敏感性和定位精度相對較低，誤報警率也較高。

（三）石油輸送管道泄漏負(fù)壓波檢測法

輸油管道發(fā)生泄漏時會導(dǎo)致該點壓力的下降，壓降沿管道向兩端擴散而形成負(fù)壓波，其傳輸速度與聲波在流體中的傳播速度相同。根據(jù)安裝在管道上、下游的傳感器檢測到的負(fù)壓波的時間差及負(fù)壓波的傳播速度，可確定泄漏的具體位置。

圖10-4為負(fù)壓波法檢漏定位的原理圖?？衫孟率接嬎愠鲂孤c的位置。x=L?a(t 2?t1)2式中x——泄漏點至上游站的距離，m；L——站間管道長度，m；t1,t2——負(fù)壓波傳播到上、下游站的時間，s；a——管輸介質(zhì)中負(fù)壓波的傳播速度，m/s。

影響泄漏點定位精度的兩個關(guān)鍵參數(shù)是：壓力波的傳播速度和負(fù)壓波傳播到 上、下游傳感器的時間差。壓力波的傳播速度與液體的密度和管材的彈性系數(shù)等 因素有關(guān)，而液體的密度是溫度的函數(shù)。上式中負(fù)壓波的速度作為常數(shù)，當(dāng)沿線 油流的溫度變化不很大時，可以如此處理，在油流的溫度變化大的加熱輸送管道上則需要進行修正。對負(fù)壓波傳播到上、下游傳感器的時間差有兩點要求：一是系統(tǒng)時間的一致和時標(biāo)的精度，即要求數(shù)據(jù)同步；二是在工業(yè)噪聲背景下準(zhǔn)確捕捉負(fù)壓波到達(dá)的相應(yīng)拐點，噪聲越小越好。目前，采用衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)統(tǒng)一各站的計算機的時間，可以保證時間同步。利用小波變換、模式識別等技術(shù)，可以在大量工業(yè)噪聲中正確判斷泄漏產(chǎn)生的較弱的負(fù)壓波。負(fù)壓波檢漏法的泄漏報警時間與管道站間長度和泄漏點位置有關(guān)，它至少應(yīng)等于壓力波從漏點傳到上下游傳感器所需的時間。對于存在不滿流的管段，或站間高點剩余壓力不大的情況，負(fù)壓波法檢漏可靠性比較差。因為低壓區(qū)若存在氣泡，壓力波前峰值和壓力波速會迅速衰減。由于泵與管道的調(diào)節(jié)操作時也可能會產(chǎn)生負(fù)壓波，有時不易判斷負(fù)壓波的來源。有的系統(tǒng)采用負(fù)壓波法與流量輸差檢漏相結(jié)合的方法，增加對流量變化的分析，提高了泄漏檢測的靈敏度，可以更及時、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)泄漏。近年來，這種用負(fù)壓波法自動進行泄漏檢測、定位及報警的系統(tǒng)已應(yīng)用在中洛線、秦京線、東臨線、華北油田至石家莊煉油廠等原油管道上。

由于單一的泄漏監(jiān)測方法往往有一定的局限性，很難完全滿足實際需要，在應(yīng)用中要考慮各種檢漏方法的特點，可以采用多種檢測方法配合使用，組成可靠性和經(jīng)濟性綜合效果最佳的泄漏監(jiān)測系統(tǒng)。