天然氣管道泄漏檢測

陳剛(中國石油西南油氣田分公司輸氣管理處合江作業(yè)區(qū)，四川 瀘州 646200）

天然氣管道泄漏檢測

陳剛(中國石油西南油氣田分公司輸氣管理處合江作業(yè)區(qū)，四川 瀘州 646200）

天然氣管道的安全運(yùn)行是管道企業(yè)努力的目標(biāo)，管道在運(yùn)行過程中，受管道質(zhì)量、地形、管道腐蝕等因素影響，引發(fā)天然氣泄漏，帶來嚴(yán)重后果。80年代，很多管道企業(yè)開始對管道泄漏進(jìn)行研究，尋找管線泄漏檢測的有效方法。但由于管道所處環(huán)境的多樣性，管道泄漏檢測和定位問題沒有一種通用的方法。因此探索高效的天然氣管道泄漏檢測技術(shù)，準(zhǔn)確定位報(bào)告事故發(fā)生信息具有重要的生產(chǎn)意義。

管道泄漏；檢測；壓力波；聲波；SCADA

1 天然氣管道泄漏的特點(diǎn)

（1）天然氣在較小泄漏時(shí)，不易檢測。

（2）天然氣含有硫化氫一氧化碳等有害物質(zhì)，泄漏對人畜傷害大。

2 管道泄漏檢測和定位的技術(shù)現(xiàn)狀

1、直接檢測法：直接在運(yùn)行的天然氣管道巡檢。在天然氣中加入加臭劑，員工在管線上巡回時(shí)；當(dāng)出現(xiàn)泄漏，加臭劑的味道被巡管員工察覺，可達(dá)到對泄漏點(diǎn)的定位。伴有泄漏檢測的電纜法和光纖法，就可以使用儀器輔助檢測。這就是天然氣管道企業(yè)常用直接檢測法。這種依賴員工敏感性、責(zé)任和經(jīng)驗(yàn)的方法，給泄漏檢測帶來很多不確定因素2、間接檢測法：利用管道流體的平衡性能檢測到管道泄漏問題，利用員工專業(yè)的技能知識(shí)，在運(yùn)行中及時(shí)判斷泄漏的發(fā)生和計(jì)算大致泄漏點(diǎn)，該檢測方法對大量泄漏能實(shí)現(xiàn)及時(shí)檢測，應(yīng)用性非常高。但該方法也存在著因?yàn)榱髁繑?shù)據(jù)不確定、管道剩余物質(zhì)的錯(cuò)誤估計(jì)等因素導(dǎo)致計(jì)算偏差。(3)管道泄漏自動(dòng)定位檢測技術(shù)隨著信息技術(shù)加速提升，計(jì)算機(jī)的普及，讓SCADA系統(tǒng)在天然氣管道運(yùn)輸?shù)膹V泛應(yīng)用，為能夠?qū)崿F(xiàn)泄漏檢測提供了保障。利用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和分析處理，為泄漏檢測提供了重要依據(jù)，石油天然氣管道泄漏檢測技術(shù)就建立這一基礎(chǔ)上。

3 天然氣管道泄漏檢測的技術(shù)方法

管道發(fā)生破裂時(shí)，天然氣因管道內(nèi)外的壓差使之噴出形成泄漏，造成管道內(nèi)流體能量釋放，產(chǎn)生瞬間聲波和負(fù)壓波傳播。我們可以通過傳播原理計(jì)算管道泄漏點(diǎn)位置。當(dāng)輸送管道發(fā)生泄漏時(shí)泄漏部分產(chǎn)生有物質(zhì)損失，漏失點(diǎn)管線壓力下降，流體密度減小，而管道流體的連續(xù)性使得流速不變，從而泄漏點(diǎn)形成壓力差，導(dǎo)致流體填充漏失區(qū)域，引發(fā)區(qū)域內(nèi)密度和壓力降低，在水力學(xué)上稱為負(fù)壓波。緣管道傳播的負(fù)壓波包含了泄漏的信息，在波導(dǎo)的作用下可以傳播數(shù)十公里以上的距離。我們用管道兩端的壓力傳感器收集到負(fù)壓波到達(dá)的時(shí)間差，從而定位出泄漏點(diǎn)。假設(shè)t1t2分別為負(fù)壓波從泄漏點(diǎn)傳到上下游變送器所消耗的時(shí)間(s)，v為傳播的速度（m∕s）,x是泄漏點(diǎn)到上游壓力變送器距離（m）L為管道上下游壓力變送器距離（m）.那么根據(jù)公式可知t1+t2=L∕v t1-t2=t x=t1v那么x=(L+t.v)∕2輔以流體流速v0對負(fù)壓波傳播進(jìn)行修正x=（l(v-v0)+(v2-v02）)∕2v，因此通過軟件對采集數(shù)據(jù)波形進(jìn)行分析準(zhǔn)確找到壓力降時(shí)間差，從而計(jì)算出泄漏點(diǎn)。1、管道泄漏引起的瞬間聲波震蕩，產(chǎn)生音波信號(hào)。該信號(hào)屬于連續(xù)發(fā)射信號(hào)并以管道介質(zhì)為載體向上下游傳播。在管道兩端安裝音波傳感器，根據(jù)上下游音波信號(hào)的時(shí)間差以及音波在介質(zhì)中的傳播速度就可以計(jì)算出泄漏位置設(shè)t1t2分別上下游檢測到的音波信號(hào)時(shí)刻，則t1-t2為兩者時(shí)間差T(s)，t上=x∕v t下=(l-x)∕v T=(2x-l)∕v x=(L+T.v)∕2=l+(t1-t2)∕2由此可見聲波傳輸?shù)缴舷聜鞲衅鞯臅r(shí)間差T以及波速v的準(zhǔn)確直接影響對泄漏點(diǎn)的定位，我們將流體流速u及采樣周期T上下游數(shù)據(jù)奇異點(diǎn)位置差N考慮到以上計(jì)算。V上=v-u V下=v+u 則x=l.(v-u)+(v2-u2)NT∕2V可以計(jì)算出泄漏點(diǎn)。2、天然氣具有很強(qiáng)的壓縮性，導(dǎo)致壓力密度等物理參數(shù)變化范圍大。信號(hào)傳播變化復(fù)雜，而且高壓天然氣密度大幅度變化造成能量快速衰減捕捉泄漏信號(hào)困難，同時(shí)泄漏聲波的多樣性信號(hào)的突發(fā)性和不確定性信號(hào)的傳播途徑環(huán)境噪聲等復(fù)雜因素，使得單一的檢測手段不能滿足于天然氣管線的泄漏檢測，根據(jù)忠武線檢測系統(tǒng)的運(yùn)用，利用成熟的SCADA系統(tǒng)可選擇聲波法和負(fù)壓波法共同對管道進(jìn)行泄漏檢測，用動(dòng)態(tài)壓力傳感器直接測量管道壓力的動(dòng)態(tài)變化盡可能反應(yīng)出管道泄漏引起的壓力動(dòng)態(tài)變化，雖然動(dòng)態(tài)壓力傳感的聲波管道泄漏檢測比給予壓力變送器管道泄漏檢測具有更高的靈敏度，但對于壓力變化緩慢的場所，采用壓力變送器可以檢測壓力改變，而動(dòng)態(tài)壓力傳感器則不一定起反應(yīng)。所以負(fù)壓波結(jié)合聲波的特點(diǎn)就是利用現(xiàn)有的壓力變送器于動(dòng)態(tài)壓力傳感器相結(jié)合，利用通訊傳輸，在中心站上位機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)合泄漏檢測和定位計(jì)算發(fā)現(xiàn)泄漏和定位點(diǎn)。

4 結(jié)語

由于管道安全運(yùn)行的重要性，在工程設(shè)計(jì)中，對故障出現(xiàn)的原因，位置以及后果都明確考慮，才能制定出科學(xué)應(yīng)對方式；采用負(fù)壓波和聲波檢測相結(jié)合的方式是基于目前現(xiàn)有的技術(shù)和設(shè)備采用的有效檢測手段。在設(shè)計(jì)和使用過程中與SCADA系統(tǒng)保持一致測試時(shí)在現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)基礎(chǔ)上安裝調(diào)試天然氣管道泄漏系統(tǒng)，為管道安全運(yùn)行加上一道安全鎖

[1]江秀漢，等長輸管道自動(dòng)化技術(shù)。西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社2000.

[2]吳愛國何信油氣長輸管道SCADA系統(tǒng)綜述油氣儲(chǔ)運(yùn)2000,19.

[3]趙竟奇管道水擊原因分析。油氣儲(chǔ)運(yùn)，1999.18（5）.