輸油管道泄漏檢測(cè)方法探究

劉麗麗+++樊延虎+++李新林+++周美麗

摘 要：有效的輸油管道泄漏檢測(cè)技術(shù)，才能夠預(yù)防管道泄漏。文章介紹了負(fù)壓波檢測(cè)法、流量平衡檢測(cè)法，音波檢測(cè)法，但它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，鑒于它們有著互相可以彌補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)，文章將以負(fù)壓力波法為主，音波測(cè)漏法和流量平衡法為輔的檢測(cè)系統(tǒng)作為研究對(duì)象進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：輸油管道；泄漏檢測(cè)；方法

1 管道泄漏的檢測(cè)方法

管道泄漏的檢測(cè)方法比較多，大多數(shù)情況下，運(yùn)用一種檢測(cè)方法是不夠的，需要綜合運(yùn)用多種技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸油管道泄漏的檢測(cè)以及準(zhǔn)確定位。下面介紹幾種常用的檢測(cè)方法。

1.1 負(fù)壓波檢測(cè)法

管道發(fā)生泄漏時(shí)，由于管道內(nèi)外有壓力差，泄漏的地方流體迅速流失，壓力下降，泄漏點(diǎn)液體由于壓差而向泄漏點(diǎn)處補(bǔ)充，這一過(guò)程依次向上下游傳遞，相當(dāng)于一個(gè)泄漏點(diǎn)處產(chǎn)生了一個(gè)以一定傳播速度的負(fù)壓力波。要求安裝在泄漏點(diǎn)兩側(cè)的傳感器能準(zhǔn)確捕捉到包含有泄漏信息的負(fù)壓力波，再根據(jù)壓力波的幅值變化梯度和泄漏產(chǎn)生的瞬時(shí)壓力波傳到上下游傳感器的時(shí)間差，就可以確定泄漏量和泄漏點(diǎn)。負(fù)壓波法有較好的檢測(cè)速度和定位準(zhǔn)確度，但是容易受管道運(yùn)行工況的影響，在壓力波動(dòng)較小的情況下，傳到傳感器的信息能量很低，經(jīng)常會(huì)被噪聲淹沒(méi)而分辨不出有用信號(hào)，所以負(fù)壓波法對(duì)于管道中出現(xiàn)的小泄漏（如滲漏等）很難檢測(cè)。

1.2 流量平衡法

流量平衡法是根據(jù)質(zhì)量守恒理論，當(dāng)管道沒(méi)有發(fā)生泄漏時(shí)，管道入口的流量理論上等于管道出口的流量，但實(shí)際上，輸入量和輸出量會(huì)有一個(gè)差值，在沒(méi)有發(fā)生泄漏時(shí)這個(gè)差值幅度會(huì)比較穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)生泄漏后，管道入口的流量和管道出口的流量會(huì)有一個(gè)明顯的流量差。用實(shí)時(shí)監(jiān)控差值的方法，如果差值的穩(wěn)定狀態(tài)破壞了，比如差值幅度明顯上升，就可以斷定管道出現(xiàn)異常情況，并且可以準(zhǔn)確計(jì)算出泄漏量。流量平衡法優(yōu)點(diǎn)是成本較低、靈敏度高、安裝方便、設(shè)備簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是不能發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)的位置。

1.3 音波泄漏檢測(cè)

音波泄漏檢測(cè)的原理是利用音波傳感器檢測(cè)管道內(nèi)介質(zhì)傳播的音波信號(hào)，然后進(jìn)行泄漏信號(hào)的檢測(cè)和泄漏點(diǎn)的定位。當(dāng)管道破裂時(shí)，會(huì)有泄漏壓力，這將影響流體并產(chǎn)生一短暫音波，音波以管內(nèi)的流體為傳輸介質(zhì)，并利用管道內(nèi)壁為反射體向管道兩端擴(kuò)散，安裝在管道兩端的數(shù)據(jù)采集處理器會(huì)立刻接收管道內(nèi)流體介質(zhì)泄漏瞬間所產(chǎn)生的音波震蕩，通過(guò)比較數(shù)據(jù)庫(kù)中的模型來(lái)確定管道是否發(fā)生了泄漏，以及泄漏量等；同時(shí)利用管道兩端的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集處理器來(lái)傳送信號(hào)時(shí)差，從而判斷泄漏位置。安裝在監(jiān)測(cè)管道兩端的音波傳感器不斷地將接收到的信號(hào)傳送到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集處理器中，而這些信號(hào)與安裝在現(xiàn)場(chǎng)的GPS接收器的時(shí)間信號(hào)對(duì)應(yīng)；在管道正常運(yùn)行的情況下，音波傳感器接收的信號(hào)處理為背景噪音。當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏音波信號(hào)和管道正常情況下的背景噪音一同傳到音波傳感器，經(jīng)音波測(cè)漏系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)將迅速根據(jù)捕捉到的微小震動(dòng)信號(hào)判斷管道的泄漏孔徑和泄漏位置，同時(shí)報(bào)警，以保證管道輸送的安全。音波測(cè)漏法是通過(guò)對(duì)產(chǎn)生的噪音進(jìn)行檢測(cè)，但在穩(wěn)定的噪音分析上并不敏感。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

以上幾種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，負(fù)壓力波法是在泄漏的瞬間捕獲泄漏的相關(guān)信息，音波測(cè)漏法是通過(guò)泄漏時(shí)產(chǎn)生的噪音進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的是一個(gè)聲音信號(hào)。前者只能對(duì)管道泄漏量較大的情況報(bào)警，而且不能對(duì)泄漏進(jìn)行預(yù)防；后者是對(duì)泄漏音波進(jìn)行檢測(cè)，正好彌補(bǔ)了負(fù)壓波法的不足。基于以上的理論，文章采用流量平衡法、負(fù)壓波法和音波法聯(lián)合來(lái)進(jìn)行泄漏檢測(cè)和定位，從而做到有效的預(yù)防和及時(shí)的報(bào)警。

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。由監(jiān)控中心、信號(hào)采集系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等組成，信號(hào)采集系統(tǒng)完成對(duì)管道壓力，流量，音波等狀態(tài)參數(shù)的采集，這些模擬量通過(guò)采集系統(tǒng)傳入RTU轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。在信號(hào)被采集后，需要在數(shù)據(jù)中加入由GPS系統(tǒng)提供的時(shí)間信息，以便在進(jìn)行泄漏檢測(cè)和定位時(shí)，其數(shù)據(jù)起始點(diǎn)能夠保持一致。由于中心監(jiān)控機(jī)具有強(qiáng)大的運(yùn)算功能和數(shù)據(jù)處理能力，因此，它是這個(gè)系統(tǒng)的核心。各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信號(hào)采集系統(tǒng)采集到的管道狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過(guò)電臺(tái)將管道端采集到的壓力、流量，音波等信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。中心監(jiān)控機(jī)使用音波，壓力，流量聯(lián)合判別法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。當(dāng)判斷管道發(fā)生泄漏時(shí)，首先運(yùn)用小波對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，然后再運(yùn)用互相關(guān)法確定其差值，其后，運(yùn)用泄漏的基本原理公式計(jì)算出管道泄漏點(diǎn)的位置。報(bào)警信息及泄漏點(diǎn)信息將顯示于中心監(jiān)控機(jī)軟件界面上。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著管道工業(yè)的發(fā)展，對(duì)管道泄漏檢測(cè)與定位的要求也越來(lái)越高，單一的檢測(cè)與定位方法已不能滿足生產(chǎn)需要。本系統(tǒng)采用基于負(fù)壓波、流量平衡、音波聯(lián)合判別泄漏的檢測(cè)方法，結(jié)合了小波變換、RTU傳輸、GPS等先進(jìn)技術(shù)，編寫(xiě)可視化監(jiān)控軟件，克服了常規(guī)管道泄漏監(jiān)測(cè)方法的一些缺點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。此系統(tǒng)有以下一些特點(diǎn)：（1）能可靠地監(jiān)控輸油管道運(yùn)行、顯示管道實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和波形圖，并能及時(shí)準(zhǔn)確定位泄漏點(diǎn)。可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)保存，方便操作人員查詢和綜合分析來(lái)診斷事故。（2）在輸油管道泄漏檢測(cè)與定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，也可應(yīng)用于城市供水、供氣等領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]王立坤.原油管道泄漏檢測(cè)若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].天津大學(xué)，2003.

[2]李瑾.輸氣管線泄漏檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].勝利油田職工大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，21（2）：74-75+78.

[3]別沁，鄭云萍，付敏，等.國(guó)內(nèi)外油氣輸送管道泄漏檢測(cè)技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)[J].石油工程建設(shè)，2007，33（3）：19-23.

[4]陳浩.流體運(yùn)輸管道泄漏負(fù)壓波模擬與信號(hào)處理研究[D].東北石油大學(xué)，2012.

[5]董璇.基于多參數(shù)分析的輸油管道泄漏檢測(cè)與定位方法研究[D].燕山大學(xué)，2012.

[6]景曉斐.輸氣管道音波泄漏檢測(cè)技術(shù)研究[D].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2006.

[7]牛樹(shù)偉.音波測(cè)漏技術(shù)在長(zhǎng)輸管道上的實(shí)現(xiàn).科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2008（15）：84.

作者簡(jiǎn)介：劉麗麗，延安大學(xué)，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向信號(hào)與信息處理。

樊延虎，延安大學(xué)，教授，碩士研究生導(dǎo)師。

李新林，延長(zhǎng)石油集團(tuán)管道運(yùn)輸公司，碩士，工程師，主要研究方向信號(hào)與信息處理。

周美麗，延安大學(xué)，碩士，講師，主要研究方向信號(hào)與信息處理。endprint