油氣管道泄漏檢測(cè)方法探討

陳天

摘要：國(guó)外從20世紀(jì)70年代就開始對(duì)管道泄露檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，我國(guó)對(duì)于管道泄露技術(shù)的研究起步較晚，但發(fā)展很快。目前，國(guó)際上已有多種長(zhǎng)輸管線泄漏檢測(cè)和定位方法，根據(jù)測(cè)量手段、測(cè)量媒介、檢測(cè)裝置所處位置和檢測(cè)對(duì)象的不同大體上可分為基于硬件及軟件的方法、直接檢測(cè)法與間接檢測(cè)法、內(nèi)部檢測(cè)法與外部檢測(cè)法、監(jiān)測(cè)管壁狀況和監(jiān)測(cè)內(nèi)部流體狀態(tài)的方法。近年來較常用的是基于硬件和軟件的方法，基于硬件的方法是指利用由各種不同的物理原理設(shè)計(jì)的硬件裝置，如基于視覺的紅外線溫度傳感器，基于聽覺的超聲波傳感器，基于嗅覺的碳氧檢測(cè)裝置等，將其攜帶或鋪設(shè)在管線上，以此來檢測(cè)管道的泄漏并定位；基于軟件的方法則是根據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（如SCADA系統(tǒng)）實(shí)時(shí)采集管道的流量、壓力、溫度及其他數(shù)據(jù)，利用流量或壓力的變化、物料或動(dòng)量平衡、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型、壓力梯度等原理，通過計(jì)算對(duì)泄漏進(jìn)行檢測(cè)和定位。

關(guān)鍵詞：管道泄露檢測(cè)技術(shù)

基于硬件的泄露檢測(cè)方法

1.直接觀察法

此種方法是依靠有經(jīng)驗(yàn)的管道工人或經(jīng)過訓(xùn)練的動(dòng)物巡查管道。通過看、聞、聽或其他方式來判斷是否有泄漏發(fā)生。近年美國(guó)OILTON公司開發(fā)出一種機(jī)載紅外檢測(cè)技術(shù)，由直升飛機(jī)攜帶一高精度紅外攝像機(jī)沿管道飛行，通過分析輸送物資與周圍土壤的細(xì)微溫差確定管道是否泄漏。這類方法不能對(duì)管線進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，因此發(fā)現(xiàn)泄漏的實(shí)時(shí)性差。

2.“管道豬”

（1）磁通豬：對(duì)管壁施加一個(gè)強(qiáng)的磁場(chǎng)來檢測(cè)鋼管金屬對(duì)磁場(chǎng)的損耗，用對(duì)泄漏磁通敏感的傳感器檢測(cè)局部金屬損耗引起的磁場(chǎng)擾動(dòng)所形成的漏磁。其使用方法簡(jiǎn)單、方便且費(fèi)用低，對(duì)管道內(nèi)流體不敏感，不論液體、氣體或氣液兩相流體均能檢測(cè)。但檢測(cè)精確度低，對(duì)管材敏感。由于其局限性和檢測(cè)要求的提高又出現(xiàn)了超聲管道豬。

（2）超聲豬：利用超聲波投射技術(shù)，即短脈沖之間的渡越時(shí)間被轉(zhuǎn)換為管壁的壁厚，當(dāng)有泄漏發(fā)生時(shí)，鋼管壁內(nèi)的渡越時(shí)間減少為零，據(jù)此可判斷泄漏的發(fā)生。超聲豬的出現(xiàn)在一定程度上彌補(bǔ)了磁通豬的缺點(diǎn)。其檢測(cè)精度高，能提供定量、絕對(duì)數(shù)據(jù)，并且很精確。但該方法使用比較復(fù)雜，費(fèi)用高。

3.探測(cè)球法

基于磁通、超聲、渦流、錄像等技術(shù)的探測(cè)球法是20世紀(jì)80年代末期發(fā)展起來的一項(xiàng)技術(shù)，將探測(cè)球沿管線內(nèi)進(jìn)行探測(cè)，利用超聲技術(shù)或漏磁技術(shù)采集大量數(shù)據(jù)，并將探測(cè)所得數(shù)據(jù)存在內(nèi)置的專用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中進(jìn)行事后分析，以判斷管道是否被腐蝕、穿孔等情況，即是否有泄漏點(diǎn)。該方法檢測(cè)準(zhǔn)確、精度較高，缺點(diǎn)是探測(cè)只能間斷進(jìn)行，易發(fā)生堵塞、停運(yùn)的事故，而且造價(jià)較高。

4.半滲透檢測(cè)管法

這種檢漏管埋設(shè)在管道上方，氣體可滲透進(jìn)入真空管，并被吸到監(jiān)控站進(jìn)行成分檢測(cè)。國(guó)謝夫隆管道公司在天然氣管道上安裝了這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（LASP）。LASP以擴(kuò)散原理為基礎(chǔ)，主要元件是一根半滲透的監(jiān)測(cè)管，內(nèi)有乙烯基醋酸酯（EVA）薄膜。這種膜的特點(diǎn)是對(duì)天然氣和石油氣具有很高的滲透率，但不透水。如果檢測(cè)管周圍存在油氣，會(huì)擴(kuò)散進(jìn)去。檢測(cè)管一端連有抽氣泵，持續(xù)地從管內(nèi)抽氣，并進(jìn)入烴類檢測(cè)器，如檢測(cè)到油氣，則說明有泄漏發(fā)生。但這種方法安裝和維修費(fèi)用相對(duì)較高，另外，土壤中自然產(chǎn)生的氣體（如沼氣）可能會(huì)造成假指示，容易引起誤報(bào)警。

5.檢漏電纜法

檢漏電纜多用于液態(tài)烴類燃料的泄漏檢測(cè)。電纜與管道平行鋪設(shè)，當(dāng)泄漏的烴類物質(zhì)滲入電纜后，會(huì)引起電纜特性的變化。目前研制出以下幾種。

（1）滲透性電纜：這種電纜與滲漏油接觸就會(huì)發(fā)生電纜間的阻抗變化，在管道一端通過對(duì)阻抗分布參數(shù)的測(cè)量，即可確定管道狀態(tài)及滲漏位置。

（2）油溶性電纜：是用非透水性但透油性材料制成的同軸電纜，沿管道鋪設(shè)。從電纜一端發(fā)射脈沖，脈沖碰到被油浸透的電纜處會(huì)反射脈沖，通過檢測(cè)反射脈沖信號(hào)，可檢測(cè)管道泄漏位置。

（3）碳?xì)浠衔锓植际絺鞲须娎|：這種電纜由報(bào)警模塊和傳感電纜兩大部分組成，傳感電纜包括一個(gè)具有導(dǎo)電作用的聚合體層和向內(nèi)壓縮的編織物保護(hù)層，當(dāng)有泄漏發(fā)生時(shí)，該聚合體層接觸到碳?xì)浠衔锶軇┖腿剂暇蜁?huì)膨脹，而外部的編織物保護(hù)層會(huì)限制膨脹，向內(nèi)壓縮，從而導(dǎo)致兩側(cè)傳感線接觸構(gòu)成回路，通過測(cè)得傳感導(dǎo)線回路電阻可確定泄漏

的位置。檢漏電纜法能夠快速而準(zhǔn)確地檢測(cè)管道的微小滲漏及其滲漏位置，但其必須沿管道鋪設(shè)，施工不方便，且發(fā)生一次泄漏后，電纜受到污染，在以后的使用中極易造成信號(hào)混亂，影響檢測(cè)精度，如果重新更換電纜，將是一個(gè)不小的工程。

6.檢漏光纖法

（1）塑料包覆硅光纖檢漏。這種光纖具有化學(xué)敏感性，因其使用了一種含有特定化學(xué)成分的可滲透硅質(zhì)包層，當(dāng)泄漏出的被監(jiān)測(cè)物質(zhì)與包層中的化學(xué)成分相遇時(shí)，即可發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使包層折射率改變，光線就會(huì)從中逸出。此時(shí)，只要沿光纖有規(guī)律地發(fā)射短的光脈沖，當(dāng)光脈沖遇到泄漏處時(shí)，一部分光線就會(huì)被反射回來，通過測(cè)量發(fā)射和反射脈沖間的時(shí)間差，即可確定泄漏地點(diǎn)。

（2）分布式光纖聲學(xué)傳感器法。該方法是利用Sagnac干涉儀測(cè)量泄漏所引起的聲輻射的相位變化來確定泄漏點(diǎn)的范圍，這種傳感器可以用于氣體或液體運(yùn)輸管道。這種方法是把光纖傳感器放在管道內(nèi)，通過接收到的泄漏液體或氣體的聲輻射，來確定泄漏和定位。由于是玻璃光纖，所以不會(huì)被分布沿線管道的高壓所影響，也不會(huì)影響管道內(nèi)液體的非傳導(dǎo)特性，而且光纖還不受腐蝕性化學(xué)物資的損害，壽命較長(zhǎng)。在理論上，10km管道定位精度能達(dá)到±5m，反應(yīng)也較靈敏及時(shí)，但成本較高。

7. GPS（全球定位系統(tǒng)）時(shí)間標(biāo)簽法

GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分———GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分———地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分———GPS信號(hào)接收機(jī)。GPS的基本定位原理是：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置、三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息。采用GPS同步時(shí)間脈沖信號(hào)是在負(fù)壓波的基礎(chǔ)上強(qiáng)化各傳感器數(shù)據(jù)采集的信號(hào)同步關(guān)系，通過采樣頻率與時(shí)間標(biāo)簽的換算分別確定管道泄漏點(diǎn)上游和下游的泄漏負(fù)壓波的速度，然后利用泄漏點(diǎn)上下游檢測(cè)到的泄漏特征信號(hào)的時(shí)間標(biāo)簽差就可以確定管道泄漏的位置。采用GPS進(jìn)行同步采集數(shù)據(jù)，泄漏定位精度可達(dá)到總管線長(zhǎng)度的1%之內(nèi)，比傳統(tǒng)方法精度提高近3倍。endprint