談長輸油氣管道的泄漏檢測和定位問題

楊楊

【摘 要】目前，我國經(jīng)濟正飛速發(fā)展，其中長輸油氣管道功不可沒。但油氣泄漏現(xiàn)象頻出，導致長輸油氣管道運輸行業(yè)無法持續(xù)健康發(fā)展。論文針對長輸油氣管道發(fā)生泄漏的情況進行研究，并給出科學的檢測方法與定位。

【Abstract】At present， China's economy is developing rapidly， and the long distance oil and gas pipeline plays an important role. However， the frequent occurrence of oil and gas leakage leads to the unsustainable and healthy development of long distance oil and gas pipeline transportation industry. This paper studies the leakage of long distance oil and gas pipeline， and gives scientific detection method and location.

【關鍵詞】長輸油氣管道;泄漏檢測;定位

【Keywords】long distance oil and gas pipeline; leakage detection; location

【中圖分類號】TE973? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2019）09-0191-02

1 引言

根據(jù)《2016-2022年中國油氣管道工程建設行業(yè)需求調研及“十三五”競爭戰(zhàn)略研究報告》可以發(fā)現(xiàn)，2017年我國長輸油氣管道發(fā)展勁頭良好，總長度達到了13.31萬千米，7.72萬千米是天然氣管道，2.72萬千米是成品油管道，原油管道占到2.87萬千米，因此，為我國經(jīng)濟繁榮作出了十分杰出的貢獻。一旦長輸油氣管道發(fā)生泄漏情況，將導致整個系統(tǒng)不能運營，那么會牽扯出更大的問題。所以，為了保障管道泄漏的檢測與定位問題，投入了許多人力資源。

2 長輸油氣管道的泄漏檢測方法

2.1 負壓波檢測法

一旦長輸油氣管道發(fā)生泄漏，該處負壓波和速度不變，并下上傳播。所以，利用管道中負壓波的傳播快慢和傳到管端的時間差，找出發(fā)生泄漏的位置。目前，成熟的經(jīng)驗一是獲取負壓波信號的奇異點，二是預算負壓波傳到管端的時間差，可以對長輸油氣管道的泄漏進行一定的研究。第一種經(jīng)驗，表現(xiàn)為管道實時檢測法，以視神經(jīng)網(wǎng)絡為技術基礎，利用實測數(shù)據(jù)信號的奇異點完成檢測[1]。那么第二種經(jīng)驗表現(xiàn)為自適應無偏差時延估計法，能夠更好地檢測出泄漏的具體位置。數(shù)據(jù)表明，第一種能夠準確檢測與定位瞬時泄漏量超過百分之三的管道泄漏。

2.2 音波檢測法

一旦發(fā)生泄漏，可以首先通過音波傳感器檢測音波信號，之后再對管道的定位泄漏點進行檢測，有一個定位公式，由泄漏處到管道首端與尾端的距離、管道中介質的平均流速、音速、泄漏音波傳到管道首端和尾端的時間等組成。管道中介質的壓力與溫度對音速產(chǎn)生影響，所以利用好管道音波速度的波動能夠非常精準地定位具體泄漏點。數(shù)據(jù)表明，泄漏時氣體的音波低頻信號頻率大概為10Hz，音波傳感器檢測不超過20Hz的次聲波信號，所以壓力變送器沒有音波傳感器反應靈敏。針對以上情況，通過音波法檢測來對輸氣管道進行定位，盡可能減少定位誤差。

2.3 小波分析檢測法

小波分析檢測法的應用原理是，壓力信號在現(xiàn)場采集，經(jīng)過去躁，提取信號特征，定位壓力信號的拐點。過程中必須科學選擇分解層數(shù)、閾值函數(shù)與小波基函數(shù)。研究時第一步通過二代小波變換，對管端的壓力信號進行預處理，再使定位壓力信號下降，然后用負壓波法定位[2]。另外，流體管道系統(tǒng)復雜，采集信號不易，常受外界噪音的影響。因此，雖然小波變換能夠在一定程度上消掉管端壓力信號的噪音，可對每一層分解獲得信號單支重構，對小波變換及小波基函數(shù)的分解尺度要求較高。

2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡檢測法

該種方法的應用原理是，首先通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡計算管端采集信號波動和管道泄漏之間的聯(lián)系，然后分析不同情況下提取信號的特征，輸入診斷模型，分析管道運行情況，判斷泄漏與否。這種方法的核心要求為提取泄漏信號的頻域和時域特征，輸入神經(jīng)網(wǎng)絡。因為要提取許多特征參數(shù)，所以樣本數(shù)據(jù)要保證準確完整。所以，為保證管道泄漏狀況的判斷準確，需要通過神經(jīng)網(wǎng)絡綜合其他方法，保障管道不泄漏。

2.5 基于模型的管道泄漏檢測方法

基于模型的管道泄漏檢測方法流程如下：首先創(chuàng)建管道模型，然后對比實測值和模型，根據(jù)差異值對管道泄漏進行檢測定位。該方法的研究內容具體如下：將管道空間定量劃分為一些長度分段，將狀態(tài)變量設定節(jié)點，輸出模型采用每一節(jié)點的泄漏量，通過自適應卡爾曼濾波預算管道狀態(tài)。該種方法要求過程噪音先于經(jīng)驗知識，即先驗知識，同時管道泄漏的檢測與定位結果與管道分段有關。管道多處發(fā)生泄漏，其中就有非線性模型，就是首先對模型進行正常的線性化處理，然后將狀態(tài)變量引入狀態(tài)空間，再用自適應卡爾曼濾波診斷輸出和實測的差異，最后預算管道的泄漏位置以及泄漏和摩擦系數(shù)。通過擴展卡爾曼濾波故障診斷泄漏的具體位置，在單點的泄漏量高于故障診斷的情況下，用觀測器估計管道的泄漏系數(shù)與位置，同時保存。然后創(chuàng)建一些擴展卡爾曼濾波觀測器，檢測管道的連續(xù)泄漏，一旦發(fā)生三個以上位置點的泄漏，那么管端流量是曲折的。綜合來說，管道泄漏檢測方法還是很有用的，但必須在管端安裝壓力變送器、溫度變送器、流量計等，提前了解管道模型的狀態(tài)空間及上文中提過的先驗知識等，然后再利用數(shù)學模型和硬件的準確性保證結果準確可靠。

3 結語

目前，我國原油無論是黏度還是含蠟量或凝點都很高，所以要結合實際情況采用適當?shù)男孤z測和定位方法。方法不會是單一的，也需要綜合采用，才能揚長避短，使結果更精確。

【參考文獻】

【1】紀虹，張高，趙恭宇，等.長輸天然氣管道泄漏擴散影響范圍的數(shù)值模擬研究[J].常州大學學報（自然科學版），2018，30（06）：31-40.

【2】胡文慶.油氣長輸管道風險分析及管道保護[J].化工管理，2018（30）：33-34.