長輸天然氣管道泄漏檢測技術(shù)探討

摘 要：針對長輸天然氣管道泄漏檢測及定位問題，本次研究結(jié)合目前天然氣管道泄漏檢測定位技術(shù)的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，從基于硬件的方法和基于軟件的方法兩個(gè)角度出發(fā)，對天然氣管道的泄漏檢測定位技術(shù)進(jìn)行深入研究，為保障天然氣的輸送安全奠定基礎(chǔ)。研究表明：基于硬件的泄漏檢測技術(shù)主要包含傳感器檢測技術(shù)、漏磁探傷技術(shù)以及機(jī)器人檢測技術(shù)，基于軟件的泄漏檢測技術(shù)主要包括負(fù)壓波檢測技術(shù)、音波檢測技術(shù)、基于模型的檢測技術(shù)、基于支持向量機(jī)算法的檢測技術(shù)、基于相關(guān)性分析的檢測技術(shù)、基于小波理論的檢測技術(shù)以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的檢測技術(shù)等。

關(guān)鍵詞：長輸天然氣管道;泄漏檢測;硬件;軟件;技術(shù)探討

在進(jìn)行天然氣長距離輸送的過程中，受到內(nèi)部介質(zhì)以及外界環(huán)境的影響，管道非常容易出現(xiàn)各種類型的缺陷，如果缺陷較為嚴(yán)重，則會出現(xiàn)天然氣泄漏問題，天然氣泄漏問題的出現(xiàn)不但會對管道運(yùn)營企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益產(chǎn)生影響，還可能會引發(fā)火災(zāi)爆炸事故，因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道的泄漏問題以及泄漏位置，并采取合理的措施對管道進(jìn)行保護(hù)十分重要[1]。目前，管道泄漏檢測技術(shù)相對較多，這給管道運(yùn)營公司泄漏檢測技術(shù)的選擇造成了一定的困擾，針對此問題，本次研究對目前常見的天然氣管道泄漏檢測技術(shù)進(jìn)行深入介紹，為保障管道的運(yùn)營安全奠定基礎(chǔ)。

1 基于硬件的長輸天然氣管道泄漏檢測技術(shù)

1.1 傳感器檢測方法

傳感器檢測方法主要是通過在管道沿線安裝各種類型傳感器設(shè)備的方式，在天然氣管道出現(xiàn)泄漏問題以后，管道將產(chǎn)生輕微的振動，傳感器接收到管道的輕微振動信號，然后對信號進(jìn)行一定的處理，最終得到天然氣的泄漏情況以及泄漏位置信息。目前，常見的傳感器檢測方法為基于光纖干涉儀的泄漏檢測技術(shù)，該種類型檢測技術(shù)主要是通過管道沿線敷設(shè)的光纖，使得多條光纖共同構(gòu)成了分布式的傳感器，對管道的振動信息進(jìn)行檢測，其定位誤差在300m左右。

1.2 漏磁探傷技術(shù)

在使用漏磁探傷技術(shù)的過程中，將漏磁內(nèi)檢測設(shè)備放置于管道之中，在天然氣壓力的推動下，漏磁內(nèi)檢測設(shè)備逐漸前進(jìn)，并對沿線的管道進(jìn)行磁化處理，通過漏磁內(nèi)檢測設(shè)備上的磁敏探頭，對管道沿線的漏磁信號進(jìn)行接收，然后工作人員對漏磁信號進(jìn)行處理以后即可發(fā)現(xiàn)管道沿線存在的缺陷情況，一般情況下，在管道內(nèi)壁存在缺陷的位置處，漏磁信號會出現(xiàn)波動異常，如果管道沿線不存在缺陷，則漏磁信號較為平順，該種方法還可以確定管道中缺陷的形狀以及大小[2]。

1.3 機(jī)器人檢測技術(shù)

機(jī)器人檢測技術(shù)就是在機(jī)械設(shè)備上安裝大量的傳感器、移動設(shè)備以及無損檢測設(shè)備，然后將機(jī)器人放置于管道之中，通過機(jī)器人的移動，工作人員可以及時(shí)掌握管道內(nèi)的圖像信息，同時(shí)，該種方法也可以獲取到管道內(nèi)缺陷的形狀以及大小等信息。在使用該種檢測技術(shù)的過程中，獲取到的信號較為穩(wěn)定，能夠及時(shí)的對管道內(nèi)的泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位，目前，該種技術(shù)主要是對直管段進(jìn)行檢測，對于含有變徑管和分支管的管道而言，使用該項(xiàng)技術(shù)容易出現(xiàn)卡阻問題。

2 基于軟件的長輸天然氣管道泄漏檢測技術(shù)

2.1 負(fù)壓波檢測技術(shù)

在天然氣管道出現(xiàn)泄漏問題以后，在泄漏位置處會出現(xiàn)負(fù)壓波，負(fù)壓波將會沿著管道上下游傳遞，通過在管道兩端安裝負(fù)壓波接收裝置的方式，依據(jù)負(fù)壓波的傳播速度，通過對負(fù)壓波到達(dá)兩端接收裝置的時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即可得知管道內(nèi)是否出現(xiàn)了泄漏問題以及泄漏位置信息。目前，國外天然氣管道運(yùn)營公司對于該種技術(shù)的使用較為廣泛，在對該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究的過程中，如何對負(fù)壓波信號進(jìn)行高效的處理，同時(shí)，如何消除管道噪聲的影響，這是該項(xiàng)技術(shù)面臨的重大問題。

2.2 音波檢測技術(shù)

在天然氣管道出現(xiàn)泄漏問題以后，在泄漏位置處也會產(chǎn)生一定的音波，通過安裝在管道兩端的音波接收裝置，就可以得到管道的泄漏位置信息，一般情況下，在泄漏位置處產(chǎn)生的音波頻率小于10Hz，音波接收裝置可以接收20Hz以下的音波信號，由此可見，音波接收裝置的靈敏度相對較高。與負(fù)壓波檢測技術(shù)相比，音波檢測技術(shù)在定位精度以及響應(yīng)速度方面都具有很強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢，這主要是因?yàn)楣艿纼?nèi)的音波信號與管道內(nèi)的介質(zhì)具有一定的關(guān)系，管道內(nèi)介質(zhì)的存在使得定位精度得到了提升。

2.3 基于模型的檢測技術(shù)

基于模型的檢測技術(shù)主要是根據(jù)氣體流動的質(zhì)量平衡以及動量平衡等相關(guān)方程，建立管道運(yùn)行模型，通過管道沿線安裝的SCADA系統(tǒng)對管道不同位置處的溫度、壓力以及流速等信息進(jìn)行提取，與模型中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以此確定管道是否發(fā)生了泄漏問題以及判斷泄漏位置，該種方法雖然可以對管道中的小泄漏問題進(jìn)行檢測，但是管道沿線必須安裝有SCADA系統(tǒng)，同時(shí)，其檢測定位的精度主要與模型的先進(jìn)性以及精度有關(guān)，該種方式在使用的過程中也非常容易受到客觀因素的影響[3]。

2.4 基于支持向量機(jī)算法的檢測技術(shù)

在天然氣管道運(yùn)行的過程中，可以獲取到的管道泄漏問題樣本數(shù)據(jù)相對較少，這給該領(lǐng)域智能算法的應(yīng)用帶來了一定的困擾，而支持向量機(jī)算法是一種適用于小樣本問題的算法，同時(shí)，該種算法還具有很強(qiáng)的泛化能力，因此，可以將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到天然氣管道的泄漏檢測領(lǐng)域，該種技術(shù)主要是使用支持向量機(jī)算法對傳感器中獲取的管道振動信號進(jìn)行處理，以此判斷管道是否出現(xiàn)了泄漏問題，在應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的過程中，如果對支持向量機(jī)算法中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行合理的選擇是一項(xiàng)重大問題，參數(shù)的選擇將會對最終的檢測結(jié)果產(chǎn)生直接影響。

2.5 基于相關(guān)性分析的檢測技術(shù)

在天然氣管道出現(xiàn)泄漏問題以后，管道沿線的傳感器必然會接收到各種類型的信號，但是這些信號非常容易受到外界因素的影響，進(jìn)而產(chǎn)生大量的噪聲，噪聲的存在對于信號的處理以及泄漏問題的檢測定位十分不利，針對這種情況，可以使用相關(guān)性分析方法，對接收到的信號進(jìn)行深度處理，進(jìn)而使得檢測定位精度可以得到提升。例如在管道出現(xiàn)泄漏問題以后，管道兩道壓力傳感器所接受的信號具有互相關(guān)的關(guān)系，在對其進(jìn)行深度處理以后，壓力變動異常位置就是存在泄漏問題的位置。

2.6 基于小波理論的檢測技術(shù)

基于小波理論的方法主要是使用小波算法對獲取到的泄漏信號進(jìn)行去噪處理，然后對信號的各個(gè)特征進(jìn)行合理的提取，在壓力信號出現(xiàn)拐點(diǎn)的位置就是管道泄漏位置。在使用小波分析方法的過程中，需要對小波基函數(shù)進(jìn)行合理的選擇。目前，我國天然氣管道的復(fù)雜程度逐漸提升，可以接收到的泄漏信號必然受到大量因素的干擾，在這一背景下，由于小波分析方法具有很強(qiáng)的去噪效果，因此需要加強(qiáng)該種方法的推廣及應(yīng)用。

2.7 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的檢測技術(shù)

通過使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的方式，對管道出現(xiàn)的泄漏問題與管道兩端各項(xiàng)數(shù)據(jù)變化之間的關(guān)系進(jìn)行深入分析，以此了解不同泄漏工況前提下管道兩端數(shù)據(jù)的變化情況，最終對實(shí)際管道的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析。目前，我國天然氣管道在運(yùn)行的過程中可能會出現(xiàn)工況頻繁變化的情況，這使得泄漏檢測的難度增加，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法是根據(jù)不同工況的信號情況，對泄漏問題進(jìn)行判斷，由此可見，該種檢測方法相對較為先進(jìn)。

3 結(jié)論

通過本次研究可以發(fā)現(xiàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)天然氣管道的泄漏位置并對泄漏量進(jìn)行判斷對于保障管道的運(yùn)營安全十分重要，目前常見的泄漏檢測方法主要可以分為基于硬件的方法和基于軟件的方法兩種類型，每種泄漏檢測方法的原理不同，應(yīng)用過程中各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此，天然氣管道運(yùn)營企業(yè)需要根據(jù)自身的實(shí)際情況對泄漏檢測技術(shù)進(jìn)行合理的選擇，以此保障天然氣管道的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]李玉星，彭紅偉，唐建峰，等.天然氣長輸管道泄漏檢測方案對比[J].天然氣工業(yè)，2008，28（009）：101-104.

[2]楊德水.石油天然氣長輸管道泄漏檢測及定位措施研究[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2013（3）：17.

[3]張洪銘，陳先鋒，劉杰，等.基于LabVIEW的長輸天然氣管道泄漏檢測與定位研究? [J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2016 （1）：147-151.

作者簡介：

鞏玉良（1976- ），男，甘肅平?jīng)鋈?，畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）油氣儲運(yùn)工程專業(yè)，助理工程師，從事長輸油氣管道保護(hù)及管理工作。