輸油管道泄漏檢測定位技術(shù)及其應(yīng)用

王勃 盧星辛 李福然（長慶油田分公司第三輸油處 寧夏 銀川 750006）

引言

管道運(yùn)輸作為與公路、鐵路、水運(yùn)、航空并駕齊驅(qū)的五大運(yùn)輸行業(yè)之一，已成為現(xiàn)代化工業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)的命脈，尤其是進(jìn)行原油、天然氣運(yùn)輸?shù)拈L輸管道，其地位顯得更加重要。

目前，在國內(nèi)外各大油田企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中，大部分運(yùn)輸管道均處于野外環(huán)境中，且運(yùn)輸長度動(dòng)輒成百上千公里，傳統(tǒng)的人力沿線巡查無法保障緊急情況下的應(yīng)急反應(yīng)，沿線排查的處置只會(huì)造成損失的進(jìn)一步擴(kuò)大。隨著工業(yè)自控技術(shù)與通訊網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，即時(shí)的泄漏檢測與定位技術(shù)已成功應(yīng)用于管道運(yùn)輸?shù)谋Ｕ?，并在?shí)際應(yīng)用過程中不斷完善，成為預(yù)警管道泄漏的第一道防線。

一、泄漏檢測技術(shù)現(xiàn)狀

在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，存在多種多樣的泄漏檢測方法，從簡單的人工巡檢到復(fù)雜的軟硬件相結(jié)合的基于知識的方法，從陸地檢測到海底檢測，甚至利用飛機(jī)或衛(wèi)星遙感檢測大范圍管網(wǎng)等，方式不同且技術(shù)差別很大，通常而言，可從以下幾個(gè)方面對現(xiàn)有的泄漏檢測技術(shù)進(jìn)行歸納分類：

1.泄漏介質(zhì)檢測法

利用傳輸介質(zhì)本身的特點(diǎn)或向傳輸介質(zhì)中添加一些特殊性質(zhì)的液體以便于發(fā)現(xiàn)泄漏，比較典型的是添加臭味劑，如硫化物，這樣管線一旦發(fā)生泄漏很容易的被巡線工人或其他人員發(fā)現(xiàn)。

也可利用油溶性電纜或分布式傳感電纜來檢測，將電纜與管道平行鋪設(shè)，管道發(fā)生泄漏后，管道露出的介質(zhì)滲入電纜，引起電纜特性的變化。

2.管壁參數(shù)檢測法

通過檢測管壁缺陷來判斷是否有泄漏發(fā)生，通常是將管道內(nèi)探測器從被檢管線的一端放入，令其沿著管線前進(jìn)，檢測管道內(nèi)壁的腐蝕情況、缺陷及焊接的狀況等。該方法雖能獲得被檢管線詳細(xì)的質(zhì)量報(bào)告，但該方法的檢測設(shè)備及檢測費(fèi)用昂貴，對管道的要求高，而且無法做到實(shí)時(shí)連續(xù)檢測。

3.光纖傳感檢測法

利用分布式光纖溫度傳感器檢測管線周圍的溫度變化或利用光纖振動(dòng)所產(chǎn)生的信號折射差異率化來感知管線是否發(fā)生泄漏。

4.聲學(xué)原理檢測法

這是一種基于聲學(xué)原理的方法，管線破裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生高頻的振動(dòng)噪聲，這種噪聲會(huì)以波的形式沿管壁傳播，通過安裝在管線上的傳感器來捕捉該信號。

負(fù)壓波法是一種廣泛使用的方法，具有靈敏、準(zhǔn)確、無需建立管道的數(shù)學(xué)模型，原理簡單，適用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

5.基于軟件的檢測法

隨著計(jì)算機(jī)、信號處理、模式識別等技術(shù)的發(fā)展，基于軟件的檢測方法逐漸成為主流和趨勢，該類方法是對實(shí)時(shí)采集的壓力、流量、溫度等信號進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理。以此來判斷泄漏和定位。如質(zhì)量-流量平衡法、壓力梯度法、相關(guān)分析法、實(shí)時(shí)模型法等。

6.基于知識的檢測法

主要是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模式識別的方法。

隨著檢測技術(shù)的不斷完善和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在一套泄漏檢測系統(tǒng)中可能融合了多種檢測方法。從目前國內(nèi)實(shí)際應(yīng)用情況來看，以負(fù)壓波為主、流量平衡為輔的方式應(yīng)用最為廣泛。

二、基于瞬態(tài)負(fù)壓波技術(shù)的泄漏檢測定位系統(tǒng)

1.瞬態(tài)負(fù)壓波法原理

輸油管道一旦發(fā)生泄漏，泄漏處會(huì)因流體物質(zhì)損失而引起局部流體密度減小，從而產(chǎn)生瞬時(shí)壓力降低，這個(gè)瞬時(shí)的壓降則以聲速向泄漏點(diǎn)上、下游同時(shí)傳播，當(dāng)以泄漏前的壓力作為參考標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，泄漏產(chǎn)生的減壓波就成為了負(fù)壓波。

通過在管段兩端安裝壓力變送器采樣壓力信號，利用負(fù)壓波通過上、下游測量點(diǎn)的時(shí)間差（Δt）以及負(fù)壓波在管線中的傳播速度（a），可以確定泄漏點(diǎn)的位置（X）。

2.泄漏檢測定位系統(tǒng)

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需求，國內(nèi)某油田企業(yè)下屬輸油公司建設(shè)了基于瞬態(tài)負(fù)壓波技術(shù)的泄漏檢測與定位系統(tǒng)，所建管線泄漏檢測定位系統(tǒng)主要由如下幾方面組成：

⑴現(xiàn)場儀表：羅斯蒙特3051型壓力變送器，防砂型腰輪流量計(jì)，PT 100型溫度變送器。

⑵數(shù)據(jù)采集：AB M icrologic1400 RT U控制器。

⑶通訊鏈路：有線光纖通訊與無線3G通訊混合組成。

⑷泄漏軟件及定位軟件：管道泄漏檢測及定位系統(tǒng)PLF 3.1（PiperLeakF inder3.1）,施耐德電氣VijeoCitect7.1.

通過現(xiàn)場設(shè)備安裝及控制中心的軟件編程，該輸油公司完成了泄漏檢測與定位系統(tǒng)的建設(shè)，并已投入正常生產(chǎn)。

三、泄漏檢測定位系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

系統(tǒng)建設(shè)完成后，為檢測系統(tǒng)的泄漏響應(yīng)時(shí)間、泄漏定位準(zhǔn)確度，確保系統(tǒng)起到正常的防護(hù)預(yù)警作用，經(jīng)生產(chǎn)協(xié)調(diào)，該公司進(jìn)行了一系列的泄漏試驗(yàn)，通過選取各管段具有代表性的閥室進(jìn)行了人工放油測試，共測試13次。系統(tǒng)設(shè)定檢測閥值為瞬時(shí)3立方米/小時(shí)，當(dāng)現(xiàn)場放油達(dá)到該值后1～3分鐘內(nèi)系統(tǒng)即可發(fā)出泄漏報(bào)警，且總體定位精度在實(shí)際操作點(diǎn)±500米之內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)檢測到泄漏報(bào)警后即停止試驗(yàn)，每次放油約0.5立方米。通過測試結(jié)果表明該公司泄漏檢測系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

結(jié)束語

基于瞬態(tài)負(fù)壓波技術(shù)的管線泄漏檢測與定位系統(tǒng)的建設(shè)，非常成功的解決了傳統(tǒng)巡線模式下應(yīng)對泄漏事件反應(yīng)速度過慢、漏點(diǎn)不易確定等問題，通過實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測壓力波動(dòng)，智能分析壓力曲線，能夠在泄漏事件發(fā)生，及時(shí)預(yù)警、準(zhǔn)確定位，極大的提高了應(yīng)急處理的響應(yīng)時(shí)間，從根本上將泄漏造成的損失降至最低，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也為社會(huì)減少環(huán)境污染成本的支出做出了很大貢獻(xiàn)。

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【2】王雪競，蘇欣，楊偉.油氣管道泄漏檢測技術(shù)綜述.天然氣與石油，2007，25(3)：19.23.

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【4】馬小林，王澤根，謝靜文.負(fù)壓波在管道泄漏檢測與定位中的應(yīng)用.2013,03.