李保平，潘世豪，秦孝康

（1. 中國(guó)石化管道公司 聊城輸油處 河南省南陽(yáng)市473000；2.鄭州大學(xué) 化工與能源學(xué)院 河南省平頂山市467000；3.鄭州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院 河南省安陽(yáng)市455000）

1、輸油管道監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

作為第五大運(yùn)輸業(yè)的管道運(yùn)輸在各國(guó)石油化工行業(yè)的油氣運(yùn)輸中得到了廣泛應(yīng)用， 而相應(yīng)的輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)在也受到了廣泛的重視。 西方發(fā)達(dá)國(guó)家的管道輸送與管道泄漏監(jiān)測(cè)起步早、發(fā)展快，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，管道運(yùn)輸起步較晚，自動(dòng)化管理水平較低,運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不夠完善,與此同時(shí)，我國(guó)供油網(wǎng)絡(luò)管道綿長(zhǎng)，許多為無(wú)人區(qū),如管道受破壞,進(jìn)行修復(fù)將花費(fèi)大量人力物力,如未及時(shí)發(fā)現(xiàn),將造成重大財(cái)產(chǎn)損失，并且會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。 因此,輸油管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究不可忽視。

2、管道監(jiān)測(cè)技術(shù)分類

國(guó)內(nèi)外管道泄漏監(jiān)測(cè)的主要方法有壓力梯度法、 負(fù)壓力波法、音波法、超聲波檢測(cè)法、光纖傳感、瞬變流法、統(tǒng)計(jì)分析法等方法。 這些方法的適用場(chǎng)合和特點(diǎn)各不相同,依據(jù)其測(cè)量手段的不同,可以將其分為三類：生物方法、硬件方法和軟件方法。

2.1、生物方法

生物檢測(cè)也稱直觀檢測(cè),是傳統(tǒng)的泄漏檢測(cè)方法,主要是在管道的輸送介質(zhì)中添加硫化物類臭味劑如四氫噻吩等,利用人或經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的動(dòng)物(狗)沿管線分段巡視，聞管道中釋放出的氣味或聽(tīng)異常聲響等。 這種方法簡(jiǎn)單易行、直接準(zhǔn)確,但靈敏度低、實(shí)時(shí)性差、耗費(fèi)大量人力。

2.2、硬件方法

2.2.1 溫度檢測(cè)器

該方法利用溫度傳感器測(cè)定管線各處的溫度變化。 如將多傳感器電纜鋪設(shè)在管線的附近， 油氣泄漏時(shí)將影響周圍土壤溫度，通過(guò)采樣各處溫度變化并對(duì)比歸納確知各處油氣泄露與否。

2.2.2 聲學(xué)檢測(cè)器

其原理是當(dāng)管道某處發(fā)生泄漏時(shí)，該處局部流體密度減小，瞬態(tài)壓力突降，形成一個(gè)負(fù)壓波。 同時(shí)，油品外泄與管壁摩擦，產(chǎn)生寬頻帶聲波信號(hào)。該負(fù)壓波和音波信號(hào)向管道兩端傳播。經(jīng)若干時(shí)間上下游壓力傳感器捕捉到特定的瞬態(tài)壓力波形， 然后結(jié)合信號(hào)分析、小波變換、模式識(shí)別等技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)泄漏判斷。 根據(jù)上下游壓力傳感器接收到壓力信號(hào)的時(shí)間差， 由負(fù)壓波在介質(zhì)中的傳播速度就可以確定泄漏點(diǎn)。 該方法的定位準(zhǔn)確度取決于各站點(diǎn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘的一致程度。

美國(guó)休斯頓聲學(xué)系統(tǒng)公司(ASI)是聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)在管道領(lǐng)域的應(yīng)用先驅(qū)，其聲學(xué)檢漏產(chǎn)品波敏系統(tǒng)(wavealert),以實(shí)時(shí)管道監(jiān)控為特色， 缺點(diǎn)是受檢測(cè)范圍的限制必須沿管道安裝很多聲音傳感器。

2.2.3 光纖檢測(cè)器

該方法以光通信技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)為依托， 為一種新型傳感器技術(shù)，或?qū)⒊蔀槲磥?lái)油氣管道安全監(jiān)測(cè)的主要發(fā)展方向。較早運(yùn)用干涉式分布光纖傳感技術(shù)的是澳大利亞的FFT 公司。干涉式光纖傳感技術(shù)采用普通通信光纜作為傳感原件， 利用光纖長(zhǎng)度、 折射率等特性易受溫度、 壓力或振動(dòng)等因素影響的特性。 通過(guò)分析光纖中光的改變得知物理場(chǎng)的變化,這樣就實(shí)現(xiàn)了隱蔽、實(shí)時(shí)、可精確定位管道檢測(cè)。 FFT 的監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠在外界對(duì)管道造成破壞之前預(yù)測(cè)告警，爭(zhēng)取一定的防范時(shí)間，這給扭轉(zhuǎn)當(dāng)前管道泄漏監(jiān)測(cè)的被動(dòng)局面帶來(lái)了希望。

2.2.4 氣體檢測(cè)器

原理是通過(guò)檢測(cè)有無(wú)可燃性氣體來(lái)確定是否發(fā)生了油氣泄漏， 一般使用基于接觸燃燒熱原理的便攜式氣體采樣器沿管道行走對(duì)空氣進(jìn)行檢測(cè)。 其檢測(cè)儀器主要有火焰電離子檢測(cè)器和可燃性氣體檢測(cè)器。 該方法靈敏度高、不易受影響、定位準(zhǔn)確，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離連續(xù)檢測(cè)，而且設(shè)備費(fèi)用昂貴，通常作為輔助手段來(lái)使用。

2.3、軟件方法

采用由數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)提供的流量、壓力、溫度等數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)這些參數(shù)的跟蹤測(cè)量，利用動(dòng)力模型和壓力點(diǎn)分析軟件來(lái)檢測(cè)泄漏。 此方法的先驅(qū)為殼牌公司的專利產(chǎn)品ATMOS Pipe 管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 ATMOS Pipe 通過(guò)對(duì)流體的流量、壓力等參數(shù)的測(cè)量，利用模式識(shí)別及統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，運(yùn)用軟件計(jì)算管道是否泄漏、 位置和大小。 基于軟件方法的ATMOS Pipe 系統(tǒng)具有靈敏度高，可靠性高，經(jīng)濟(jì)安全，易于安裝維護(hù)等優(yōu)勢(shì)。

3、管道檢測(cè)的發(fā)展

目前來(lái)說(shuō)上述方法對(duì)人工依賴性仍很高， 很多處于自然環(huán)境惡劣、 交通不便地區(qū)的站場(chǎng)仍無(wú)法設(shè)計(jì)成完全無(wú)人或者少人值守的自動(dòng)操作方式，這給企業(yè)增加很大的運(yùn)行成本。

在網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)字化的大趨勢(shì)下，以網(wǎng)絡(luò)為依托，以數(shù)字處理技術(shù)為核心，綜合利用光電液壓等傳感器、數(shù)字化圖像處理、嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)控制和人工智能等技術(shù)對(duì)石油管道進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)字化的監(jiān)測(cè)將會(huì)使管道監(jiān)測(cè)更加準(zhǔn)確有效。 在這種自動(dòng)化監(jiān)測(cè)模式下，沿輸油管道設(shè)立中心站、遠(yuǎn)程子站和泵站即可。 子站或泵站利用RTU 作為遠(yuǎn)端檢測(cè)控制單元裝置，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的物理信號(hào)及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與中心站實(shí)現(xiàn)通信。 中心站進(jìn)行信息匯總和數(shù)據(jù)處理，管理人員可以進(jìn)行記錄查詢、視頻監(jiān)控等操作，真正做到了遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、集中、全面的掌握。

4、結(jié)束語(yǔ)

隨著對(duì)石油需求不斷增加， 我們應(yīng)積極采用經(jīng)濟(jì)有效的管道泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏，迅速采取措施，將事故的發(fā)生機(jī)會(huì)降到最低， 將事故的損失降到最低， 為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)健發(fā)展，社會(huì)的穩(wěn)定做出貢獻(xiàn)。

[1]孫俊若.胡貴池.越野輸油管道防漏盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 儀表技術(shù)與傳感器2003(10)

[2] 王俊武. 輸油管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)研究與開發(fā)[J]. 自動(dòng)化儀表. 2006(S1)

[3] 孫利民，李建中，朱紅松，等．無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M]．北京：清華大學(xué)出版杜．2005．