常青

摘 要：管道運輸在石油、天然氣等流體輸送中具有獨特的優(yōu)勢，已成為繼鐵路、公路、水路、航空運輸之后的第五大運輸工具。由于不可避免的老化、腐蝕及打孔盜油等原因，管道泄漏時有發(fā)生，嚴(yán)重干擾了正常生產(chǎn)，造成了巨大的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染。所以，加強管道泄漏監(jiān)測和定位技術(shù)的探究和應(yīng)用，對于發(fā)現(xiàn)管道泄漏，打擊盜油行為，保護環(huán)境，減少企業(yè)經(jīng)濟損失，提高企業(yè)的自動化管理水平具有非常重要的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：油氣管道;泄露檢測;技術(shù)

1 ?引言

國外從上個世紀(jì)70年代就開始對油氣管道泄漏檢測技術(shù)進(jìn)行了研究。早在1976年德國學(xué)者就提出以輸入輸出的流量和壓力信號經(jīng)過處理后進(jìn)行分析的泄漏檢測方法。我國長距離油氣管道泄漏監(jiān)測技術(shù)的研究從上世紀(jì)90年代開始已有了相關(guān)文獻(xiàn)報道，只是近幾年才取得真正突破，在生產(chǎn)中發(fā)揮作用。目前，國內(nèi)長距離輸油管道大都沒有安裝泄漏自動檢測系統(tǒng)，主要靠原始的人工沿管線巡視，根據(jù)管線運行數(shù)據(jù)進(jìn)行人工讀取，這種情況使得管道的安全運行系數(shù)低于國外發(fā)展水平。

管道發(fā)生泄漏的原因多種多樣，但大致可以分為：

（1）管道腐蝕：防護層老化、陰極保護失效，以及腐蝕性介質(zhì)對管道外壁造成的腐蝕和傳輸介質(zhì)的腐蝕成分對管道內(nèi)壁造成的腐蝕。

（2）自然破壞：由于地震、滑坡等自然災(zāi)害以及氣候變化使管道發(fā)生翹曲變形導(dǎo)致應(yīng)力破壞。

（3）第三方破壞：不法分子的盜竊破壞，施工人員違章操作，野蠻施工造成的破壞。

（4）管道自身缺陷：包括管道焊接質(zhì)量缺陷、管道連接部位密封不良、未設(shè)計管道伸縮節(jié)、材料等原因。

管道泄漏不僅給生產(chǎn)、運營單位造成巨大的經(jīng)濟損失，而且會對環(huán)境造成破壞，嚴(yán)重影響沿線居民的身體健康和生命安全。

2 ?泄露檢測技術(shù)

對于泄露檢測技術(shù)的分類，現(xiàn)在沒有統(tǒng)一的規(guī)定。根據(jù)檢測過程中所使用的測量手段不同，分為基于件和軟件的方法;根據(jù)測量分析的媒介不同，可分為直接檢測法與間接檢測法。本文對國內(nèi)外近幾十年來發(fā)展起來的泄漏檢測和定位的主要方法進(jìn)行簡單介紹。

2.1 ?流量檢測法

在管道正常運行狀態(tài)下，管道輸入和輸出流量相等的，泄漏必然導(dǎo)致流量差，這種方法是最基本的泄露檢測方法，可靠性較高。然而由于管道本身具有很強的彈性及流體性質(zhì)變化等多種因素影響，首末兩端的流量變化有一個明顯過渡過程，因此，這種方法響應(yīng)速度緩慢。同時，油品流量計的精度通常在0.2～0.5之間，實際的計量精度由于諸多因素的影響，以及溫度、壓力的測量誤差，導(dǎo)致整個計量系統(tǒng)的精度通常不會高于1.0，也就是說1.0%誤差內(nèi)的流量偏差是檢測不出來的，也不能確定泄漏點的具體位置。目前一些輸油管通實裝使用了該系統(tǒng)，將超聲波流量計夾合在管道外進(jìn)行測量、然后根據(jù)管道壓力溫度變化，計算出管道內(nèi)總量，一旦出現(xiàn)不平衡，就表明出現(xiàn)泄漏。雖然流量差法不夠靈敏，但是可靠性很高，可以大大減小報警的失誤率。該方法不需要增加太多的儀表和通信要求，不需要詳細(xì)的管道模擬仿真，在油品管線上具有一定的經(jīng)濟適用性。

2.2 ?負(fù)壓波法

當(dāng)泄漏發(fā)生時，泄漏處因流體物質(zhì)損失而引起局部流體密度減小，產(chǎn)生瞬時壓力降低和速度差，該瞬時的壓力下降以聲速向泄漏點的上下游傳播。當(dāng)以泄漏前的壓力作為參考標(biāo)準(zhǔn)時，泄漏時產(chǎn)生的減壓波就稱為負(fù)壓波。該波以一定速度自泄漏點向兩端傳播，經(jīng)若干時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)壓力降的波形就可進(jìn)行泄漏判斷，根據(jù)上下游壓力傳感器接收到此壓力信號的時間差和負(fù)壓波的傳播速度就可以定出泄漏點。

2.3 ?檢漏電纜法

檢漏電纜法多用于液態(tài)烴類燃料的泄漏檢測。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，會引起電纜特性的變化。目前已研制的有滲透性電纜、油溶性電纜和碳?xì)浠衔锓植际絺鞲须娎|。這種方法能夠快速而準(zhǔn)確地檢測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混亂，影響檢測精度。如果重新更換電纜，將是一個不小的工程。

2.4 ?光纜檢測法

光纜檢測技術(shù)是比較有前途的泄露檢測技術(shù)之一。光纖可以通過檢測泄露產(chǎn)生的物理和化學(xué)特性參數(shù)進(jìn)行泄露時間的識別和定位，通常采用的是光纖波譜中對溫度敏感的拉曼散射進(jìn)行監(jiān)測。光纜檢測泄露技術(shù)有以下幾個方面的應(yīng)用：

（1）通過溫度監(jiān)測探測泄露：這種方法通常是將光纜平行于管道安裝，以便于建立管道沿線的溫度圖一旦泄露發(fā)生，高壓氣體泄露會帶來泄漏點周圍的急劇溫降。這個特性會被光纜捕捉并識別出來。

（2）通過微小的形變探測泄露：這種方法是通過泄漏檢測發(fā)生時，由于高壓介質(zhì)噴射帶來的振動對光纜性的微小形變來確定和識別泄露。

3）分布式的光纜化學(xué)探測器：這種方法通過光纜傳感器對化氫碳合物的識別來識別和定位泄露。

這種技術(shù)在目前的應(yīng)用中依然存在缺陷，因為采用整條光纜作為傳感器，在建立溫度圖譜時，光纜越長，需要分析的反射波就越多，此時系統(tǒng)的計算能力就受到了局限，同時對于長輸管線來說，通常距離越長，而散射波的可傳輸距離越短。因此，對于長輸管線的使用也有一定的局限性。但仍存在以下優(yōu)點：獨立于管線，無需在管線上開孔安裝，不受管線操作模式的影響，對于短距離管線響應(yīng)迅速、定位準(zhǔn)確。

2.5 ?實時模型法

實時模型法是近年來國際上著力研究的檢測管道泄漏的方法?；舅枷胧歉鶕?jù)瞬變流的水力模型和熱力模型考慮管線內(nèi)流體的速度、壓力、密度及黏度等參數(shù)的變化，建立管道的實時模型，在一定的邊界條件求解管內(nèi)流場，然后將計算值與管端的實測值相比較。當(dāng)實測值與計算值的偏差大于一定范圍時，即認(rèn)為發(fā)生了泄漏。在泄漏定位中使用穩(wěn)態(tài)模型，根據(jù)管道內(nèi)的壓力梯度變化可確定泄漏點的位置[1]。

2.6 ?放射性示蹤劑檢測法

放射性示蹤劑檢測法是將放射性示蹤劑加到管道內(nèi)，隨輸送介質(zhì)一起流動，遇到管道的泄漏處，放射示蹤劑便會從泄漏處漏到管道外面，并附著于泥土中。示蹤劑檢漏儀放于管道內(nèi)部，在輸送介質(zhì)的推動下行走。行走過程中，指向管壁的多個傳感器可隨時對管壁進(jìn)行監(jiān)測。經(jīng)過泄漏處時，示蹤劑檢漏儀便可感受到泄漏到管外的示蹤劑的放射性，并記錄下來。根據(jù)記錄，可確定管道的泄漏部位。該方法優(yōu)點是靈敏度高。

3 ?檢漏方法性能指標(biāo)

3.1 ?泄漏檢測性能指標(biāo)

一個高效可靠的管道泄漏檢測與定位系統(tǒng)，必須在微小的泄漏發(fā)生時，在最短的時間內(nèi)，正確地報警，準(zhǔn)確地指出泄漏位置，并較好地估計出泄漏量，而且對工況的變化適應(yīng)性要強，泄漏檢測與定位系統(tǒng)誤報率、漏報率低，魯棒性強，當(dāng)然還應(yīng)便于維護。

3.2 ?診斷性能指標(biāo)

（1）正常工序操作和泄漏的分離能力：對正常的起/停泵、調(diào)閥、倒罐等情況和管道泄漏情況的區(qū)分能力。這種區(qū)分能力越強，誤報率越低。

（2）泄漏辨識的準(zhǔn)確性：泄漏檢測系統(tǒng)對泄漏的大小及其時變特性的估計的準(zhǔn)確程度。對于泄漏時變特性的準(zhǔn)確估計，不僅可識別泄漏的程度，而且可對老化、腐蝕的管道進(jìn)行預(yù)測并給出一個合理的處理方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]靳世久 ?原油管道泄露檢測與定位，儀器儀表學(xué)報.1997，18（4）：343～348.

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[3]苗承武 ?輸油管道設(shè)計和管理.北京：石油工業(yè)出版社.2001.

[4]王錫鈺 ?油氣管道泄漏檢測方法的研究及運用 ?當(dāng)代化工2015年5月