許　亮，楊鵬飛，袁　泉

（中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

成品油長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)方案對(duì)比分析

許亮，楊鵬飛，袁泉

（中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

長(zhǎng)輸管道的在線實(shí)時(shí)泄漏檢測(cè)和定位技術(shù)可以及早地發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)并采取應(yīng)對(duì)措施。文章基于成品油長(zhǎng)輸管道為基礎(chǔ)，對(duì)比分析現(xiàn)有的各種內(nèi)部泄漏檢測(cè)技術(shù)方案，通過(guò)分析得出負(fù)壓波法和體積平衡法相結(jié)合的方法，能夠滿足成品油長(zhǎng)輸管道對(duì)于泄漏檢測(cè)的要求。

泄漏檢測(cè)；成品油長(zhǎng)輸管道；負(fù)壓波法；體積平衡法

近年來(lái)，隨著中國(guó)陸上長(zhǎng)輸管道里程的增多，人們對(duì)于管道所帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)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(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)造成嚴(yán)重影響，環(huán)境污染在短時(shí)間內(nèi)難以自然凈化。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)為了能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)，這種長(zhǎng)輸管道的在線實(shí)時(shí)泄漏檢測(cè)和定位技術(shù)就顯得異常重要。這種技術(shù)可以使運(yùn)維人員及早發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)并作出應(yīng)對(duì)措施，把安全、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)降到最低，減小經(jīng)濟(jì)損失。目前國(guó)內(nèi)在天然氣長(zhǎng)輸管道和原油長(zhǎng)輸管道實(shí)時(shí)在線泄漏檢測(cè)的應(yīng)用有較多實(shí)例［1］。這主要因?yàn)樘烊粴忾L(zhǎng)輸管道和原油長(zhǎng)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(zhǎng)輸管道輸送油品介質(zhì)不盡相同，其密度的變化也會(huì)使正常輸送時(shí)壓力產(chǎn)生一定的變化，檢測(cè)難度較大。國(guó)內(nèi)在長(zhǎng)輸成品油管道應(yīng)用泄漏檢測(cè)方法的還不多，本文主要對(duì)成品油管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的方案進(jìn)行對(duì)比，作出最優(yōu)選擇。

1　內(nèi)部泄漏檢測(cè)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(cè)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(cè)儀表和相關(guān)軟件進(jìn)行判斷，當(dāng)管段實(shí)際流出量與流入量的體積（質(zhì)量）出現(xiàn)差異時(shí)，就可以判定已經(jīng)出現(xiàn)泄漏。

1.2 實(shí)時(shí)瞬態(tài)模型法（Real Time Transient Modeling，RTTM）

實(shí)時(shí)瞬態(tài)模型法利用計(jì)算機(jī)使用先進(jìn)的流體力學(xué)和水力模型來(lái)模擬實(shí)際管道運(yùn)行，動(dòng)態(tài)平衡、能量平衡以及流量平衡都在RTTM中進(jìn)行計(jì)算。通過(guò)測(cè)量實(shí)際管道數(shù)據(jù)與預(yù)期的模型條件進(jìn)行比較，RTTM軟件可以判斷泄漏量和位置。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析法

統(tǒng)計(jì)分析法根據(jù)管道出入口的流量和壓力， 連續(xù)計(jì)算壓力和流量之間關(guān)系的變化。當(dāng)泄漏發(fā)生時(shí)，流量和壓力之間的關(guān)系就會(huì)變化。它使用概率的方法和模式識(shí)別技術(shù)對(duì)實(shí)測(cè)的壓力、流量值進(jìn)行分析，連續(xù)計(jì)算發(fā)生泄漏的概率，并進(jìn)行泄漏點(diǎn)定位。

1.4 負(fù)壓波法

基于負(fù)壓波法的泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理是［2］：負(fù)壓波以一定速度自泄漏點(diǎn)向兩端傳播，經(jīng)若干時(shí)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(jìn)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(hào)的時(shí)間差和負(fù)壓波的傳播速度即可反推出泄漏點(diǎn)的位置。

1.5 音波法（次聲波法）

當(dāng)管道發(fā)生破裂時(shí)，管道內(nèi)外的巨大壓差使管內(nèi)流體通過(guò)泄漏孔由內(nèi)向外形成泄漏。泄漏時(shí)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(hào)或可理解為微弱振動(dòng)信號(hào)）。該信號(hào)屬于連續(xù)聲發(fā)射信號(hào)，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(hào)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(guò)程中會(huì)快速衰減掉，只有低頻部分才能進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，該部分信號(hào)通常稱(chēng)為音波。通過(guò)檢測(cè)介質(zhì)中音波信號(hào)傳播到上、下游傳感器的時(shí)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(cè)法對(duì)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(jì)，考慮到清管作業(yè)的需要，可選的流量計(jì)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(jì)的準(zhǔn)確度和重復(fù)性，目前長(zhǎng)輸管道多采用外夾式超聲波流量計(jì)，理論上其準(zhǔn)確度應(yīng)達(dá)到±0.5%，但從實(shí)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(cè)的泄漏量準(zhǔn)確度低，但該方法可以給出泄漏量的多少，同時(shí)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(guó)內(nèi)外輸油管道中，此方法可作為泄漏檢測(cè)的方法之一。

實(shí)時(shí)瞬態(tài)模型法同樣在國(guó)內(nèi)外管道中有一定應(yīng)用，該方法主要檢測(cè)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(cè)量結(jié)果可以與RTTM計(jì)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(bào)警。此方法實(shí)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(lài)仿真模型與實(shí)際管道系統(tǒng)的相符程度，而數(shù)學(xué)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(jiǎn)化某些因素的影響，這直接導(dǎo)致了仿真模型與實(shí)際系統(tǒng)的偏差。

統(tǒng)計(jì)分析法使用統(tǒng)計(jì)決策論的觀點(diǎn)較好地解決了瞬變模型中誤報(bào)警的問(wèn)題，而且不用建立復(fù)雜的管道模型，降低了計(jì)算上的復(fù)雜性。統(tǒng)計(jì)泄漏檢測(cè)系統(tǒng)還具有在線學(xué)習(xí)能力，可以適應(yīng)管道參數(shù)的變化。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，適應(yīng)性好，缺點(diǎn)是檢漏準(zhǔn)確度受儀表精度影響比較大，定位準(zhǔn)確度較差。

綜上分析，質(zhì)量平衡法、實(shí)時(shí)模型法、統(tǒng)計(jì)分析法都有廣泛的應(yīng)用實(shí)例，各自都有各自的優(yōu)點(diǎn)，共同的優(yōu)點(diǎn)主要是可以判斷泄漏量，同時(shí)共同的缺點(diǎn)為：泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（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(shí)時(shí)模型法、統(tǒng)計(jì)分析法都可以作為管道泄漏檢測(cè)的方法之一，但不獨(dú)立使用，應(yīng)與其他原理的泄漏檢測(cè)方法共同使用。

負(fù)壓波法實(shí)時(shí)性較好，對(duì)于大流量泄漏檢測(cè)效果明顯，負(fù)壓波法具有誤報(bào)率較低、響應(yīng)時(shí)間短、定位較準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)。但此方法也存在缺點(diǎn)，它僅對(duì)較大泄漏、壓力產(chǎn)生變化明顯的場(chǎng)合檢測(cè)效果好，對(duì)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(dāng)管道正常運(yùn)行出現(xiàn)壓力波動(dòng)（如輸油泵和閥門(mén)正常操作產(chǎn)生的負(fù)壓波等）容易影響泄漏識(shí)別而產(chǎn)生誤報(bào)。另外對(duì)于油品不同，其密度的變化也會(huì)使正常輸送時(shí)壓力產(chǎn)生一定的變化，需結(jié)合站場(chǎng)在線密度計(jì)，對(duì)混油段的位置進(jìn)行判斷或進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)處理，在檢漏系統(tǒng)中作一個(gè)綜合算法上的考慮，作為對(duì)泄漏判斷的綜合條件之一，以減少誤報(bào)的發(fā)生。

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

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)泄漏檢測(cè)方法的研究及對(duì)比分析，成品油長(zhǎng)輸管道工程檢測(cè)方案推薦采用多種泄漏檢測(cè)技術(shù)冗余設(shè)計(jì)，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(fù)壓波法共同組建泄漏檢測(cè)系統(tǒng)方案。

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

［2］張?chǎng)?壓電式動(dòng)態(tài)壓力變送器及其在管道泄漏檢測(cè)中的應(yīng)用研究［D］.北京：北京化工大學(xué)，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(yáng)，工程師；研究方向：長(zhǎng)輸油氣管道儀表自動(dòng)化設(shè)計(jì)。