成品油長輸管道泄漏檢測方案對比分析

許　亮，楊鵬飛，袁　泉

（中國石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

成品油長輸管道泄漏檢測方案對比分析

許亮，楊鵬飛，袁泉

（中國石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

長輸管道的在線實時泄漏檢測和定位技術(shù)可以及早地發(fā)現(xiàn)泄漏點并采取應(yīng)對措施。文章基于成品油長輸管道為基礎(chǔ)，對比分析現(xiàn)有的各種內(nèi)部泄漏檢測技術(shù)方案，通過分析得出負壓波法和體積平衡法相結(jié)合的方法，能夠滿足成品油長輸管道對于泄漏檢測的要求。

泄漏檢測；成品油長輸管道；負壓波法；體積平衡法

近年來，隨著中國陸上長輸管道里程的增多，人們對于管道所帶來的安全風險也日益關(guān)注。尤其是多起輸油管道泄漏事故的發(fā)生，泄漏原油污染對當?shù)氐纳鷳B(tài)造成嚴重影響，環(huán)境污染在短時間內(nèi)難以自然凈化。當事故發(fā)生時為了能第一時間發(fā)現(xiàn)泄漏點，這種長輸管道的在線實時泄漏檢測和定位技術(shù)就顯得異常重要。這種技術(shù)可以使運維人員及早發(fā)現(xiàn)泄漏點并作出應(yīng)對措施，把安全、環(huán)境風險降到最低，減小經(jīng)濟損失。目前國內(nèi)在天然氣長輸管道和原油長輸管道實時在線泄漏檢測的應(yīng)用有較多實例［1］。這主要因為天然氣長輸管道和原油長輸管道的管輸介質(zhì)單一，介質(zhì)密度基本穩(wěn)定。而成品油長輸管道輸送油品介質(zhì)不盡相同，其密度的變化也會使正常輸送時壓力產(chǎn)生一定的變化，檢測難度較大。國內(nèi)在長輸成品油管道應(yīng)用泄漏檢測方法的還不多，本文主要對成品油管道泄漏檢測技術(shù)的方案進行對比，作出最優(yōu)選擇。

1　內(nèi)部泄漏檢測主要采用的方法及原理

1.1 體積（或質(zhì)量）平衡法

體積平衡法基于測量管道中流入和流出的流體體積（或質(zhì)量）平衡的原理。主要利用流量檢測儀表和相關(guān)軟件進行判斷，當管段實際流出量與流入量的體積（質(zhì)量）出現(xiàn)差異時，就可以判定已經(jīng)出現(xiàn)泄漏。

1.2 實時瞬態(tài)模型法（Real Time Transient Modeling，RTTM）

實時瞬態(tài)模型法利用計算機使用先進的流體力學和水力模型來模擬實際管道運行，動態(tài)平衡、能量平衡以及流量平衡都在RTTM中進行計算。通過測量實際管道數(shù)據(jù)與預(yù)期的模型條件進行比較，RTTM軟件可以判斷泄漏量和位置。

1.3 統(tǒng)計分析法

統(tǒng)計分析法根據(jù)管道出入口的流量和壓力， 連續(xù)計算壓力和流量之間關(guān)系的變化。當泄漏發(fā)生時，流量和壓力之間的關(guān)系就會變化。它使用概率的方法和模式識別技術(shù)對實測的壓力、流量值進行分析，連續(xù)計算發(fā)生泄漏的概率，并進行泄漏點定位。

1.4 負壓波法

基于負壓波法的泄漏檢測系統(tǒng)的工作原理是［2］：負壓波以一定速度自泄漏點向兩端傳播，經(jīng)若干時間后分別傳到上下游的壓力傳感器，壓力傳感器捕捉到特定的瞬態(tài)壓降的波形就可以進行泄漏判斷；另外，根據(jù)上下游壓力傳感器接收到此壓力信號的時間差和負壓波的傳播速度即可反推出泄漏點的位置。

1.5 音波法（次聲波法）

當管道發(fā)生破裂時，管道內(nèi)外的巨大壓差使管內(nèi)流體通過泄漏孔由內(nèi)向外形成泄漏。泄漏時流體與流體和流體與漏孔壁之間產(chǎn)生摩擦，產(chǎn)生音波（次聲波信號或可理解為微弱振動信號）。該信號屬于連續(xù)聲發(fā)射信號，并以管內(nèi)介質(zhì)以及管壁為載體向上下游傳播。泄漏引起的音波信號具有很寬的頻率范圍，包括次聲波段、可聞聲波段和超聲波段，但高頻部分在縱向傳輸過程中會快速衰減掉，只有低頻部分才能進行遠距離傳輸，該部分信號通常稱為音波。通過檢測介質(zhì)中音波信號傳播到上、下游傳感器的時間差，結(jié)合音波在管內(nèi)流體中的傳播速度，即可定位泄漏源。

2　內(nèi)部檢測法對比分析

體積（或質(zhì)量）平衡法需要在管道干線上安裝流量計，考慮到清管作業(yè)的需要，可選的流量計的結(jié)構(gòu)形式有一定的限制。該方法的可靠性取決于流量計的準確度和重復(fù)性，目前長輸管道多采用外夾式超聲波流量計，理論上其準確度應(yīng)達到±0.5%，但從實際的應(yīng)用情況500m3/h管輸流量，其精度普遍在1%～5%之間。因此該方法能檢測的泄漏量準確度低，但該方法可以給出泄漏量的多少，同時由于其可利用管道現(xiàn)有外夾式超聲波流量即工程改造量小，也被廣泛地應(yīng)用于國內(nèi)外輸油管道中，此方法可作為泄漏檢測的方法之一。

實時瞬態(tài)模型法同樣在國內(nèi)外管道中有一定應(yīng)用，該方法主要檢測兩方面的內(nèi)容：偏差分析：從管道上SCADA系統(tǒng)中取得的一系列測量結(jié)果可以與RTTM計算的仿真值比較，如果出現(xiàn)較大的偏差則可以給出泄漏報警。此方法實際的應(yīng)用效果往往不理想，主要原因有：該方法的有效性較大地依賴仿真模型與實際管道系統(tǒng)的相符程度，而數(shù)學模型的建立受限于模型的求解方法，模型的求解往往需要忽略和簡化某些因素的影響，這直接導致了仿真模型與實際系統(tǒng)的偏差。

統(tǒng)計分析法使用統(tǒng)計決策論的觀點較好地解決了瞬變模型中誤報警的問題，而且不用建立復(fù)雜的管道模型，降低了計算上的復(fù)雜性。統(tǒng)計泄漏檢測系統(tǒng)還具有在線學習能力，可以適應(yīng)管道參數(shù)的變化。該方法的主要優(yōu)點是原理簡單，維護方便，適應(yīng)性好，缺點是檢漏準確度受儀表精度影響比較大，定位準確度較差。

綜上分析，質(zhì)量平衡法、實時模型法、統(tǒng)計分析法都有廣泛的應(yīng)用實例，各自都有各自的優(yōu)點，共同的優(yōu)點主要是可以判斷泄漏量，同時共同的缺點為：泄漏檢測系統(tǒng)的響應(yīng)時間過長（30～40min），其次是靈敏度差（1%流量以上）、定位效果不好甚至不能定位，因此質(zhì)量平衡法、實時模型法、統(tǒng)計分析法都可以作為管道泄漏檢測的方法之一，但不獨立使用，應(yīng)與其他原理的泄漏檢測方法共同使用。

負壓波法實時性較好，對于大流量泄漏檢測效果明顯，負壓波法具有誤報率較低、響應(yīng)時間短、定位較準的優(yōu)點。但此方法也存在缺點，它僅對較大泄漏、壓力產(chǎn)生變化明顯的場合檢測效果好，對于小泄漏、緩慢泄漏出現(xiàn)壓力波不明顯的情況應(yīng)用效果不佳，且當管道正常運行出現(xiàn)壓力波動（如輸油泵和閥門正常操作產(chǎn)生的負壓波等）容易影響泄漏識別而產(chǎn)生誤報。另外對于油品不同，其密度的變化也會使正常輸送時壓力產(chǎn)生一定的變化，需結(jié)合站場在線密度計，對混油段的位置進行判斷或進行相應(yīng)的信號處理，在檢漏系統(tǒng)中作一個綜合算法上的考慮，作為對泄漏判斷的綜合條件之一，以減少誤報的發(fā)生。

音波（次聲波）法為了減少誤報，需要建立各類噪聲數(shù)據(jù)庫，將檢測到的音波與數(shù)據(jù)庫中各種已知的音波進行比對，以便確認是否產(chǎn)生泄漏。音波法所需的噪音數(shù)據(jù)庫需不斷完善。目前音波技術(shù)尚不成熟，誤報率相對較高，而建立完備的噪聲庫也需要一定時間，因此暫不推薦音波法。

3　結(jié)語

通過對泄漏檢測方法的研究及對比分析，成品油長輸管道工程檢測方案推薦采用多種泄漏檢測技術(shù)冗余設(shè)計，以管道已有的條件為前提，選擇質(zhì)量平衡法為基礎(chǔ)，此外結(jié)合技術(shù)成熟的負壓波法共同組建泄漏檢測系統(tǒng)方案。

［1］李玉星，彭紅偉，唐建偉，等.天然氣長輸管道泄漏檢測方案對比［J］.天然氣工業(yè)，2008 （9）：101-104.

［2］張鑫.壓電式動態(tài)壓力變送器及其在管道泄漏檢測中的應(yīng)用研究［D］.北京：北京化工大學，2007.

Comparative analysis on leak detection scheme for product oil long-distance pipeline

Xu Liang， Yang Pengfei， Yuan Quan
（China Petroleum Pipeline Engineering Corporation（CPPE）， Langfang 065000， China）

Online real-time leak detection and location technology on long-distance pipeline can fnd the leak as soon as possible and take measures to solve this problem. The article is on the basis of product oil long-distance pipeline， compares and analyzes the existing various inside leak detection technology scheme， through analysis， concludes the way of combining negative pressure wave method with volume balance method， which can meet the requirements of the product oil long-distance pipeline leak detection.

leak detection； product long-distance pipeline； negative pressure wave method； volume balance method

許亮（1984— ），男，河南濮陽，工程師；研究方向：長輸油氣管道儀表自動化設(shè)計。