摘 要：針對(duì)長(zhǎng)輸天然氣管道泄漏檢測(cè)及定位問(wèn)題，本次研究結(jié)合目前天然氣管道泄漏檢測(cè)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(duì)天然氣管道的泄漏檢測(cè)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(cè)技術(shù)主要包含傳感器檢測(cè)技術(shù)、漏磁探傷技術(shù)以及機(jī)器人檢測(cè)技術(shù)，基于軟件的泄漏檢測(cè)技術(shù)主要包括負(fù)壓波檢測(cè)技術(shù)、音波檢測(cè)技術(shù)、基于模型的檢測(cè)技術(shù)、基于支持向量機(jī)算法的檢測(cè)技術(shù)、基于相關(guān)性分析的檢測(cè)技術(shù)、基于小波理論的檢測(cè)技術(shù)以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的檢測(cè)技術(shù)等。

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

在進(jìn)行天然氣長(zhǎng)距離輸送的過(guò)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(lèi)型的缺陷，如果缺陷較為嚴(yán)重，則會(huì)出現(xiàn)天然氣泄漏問(wèn)題，天然氣泄漏問(wèn)題的出現(xiàn)不但會(huì)對(duì)管道運(yùn)營(yíng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益產(chǎn)生影響，還可能會(huì)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(wèn)題以及泄漏位置，并采取合理的措施對(duì)管道進(jìn)行保護(hù)十分重要[1]。目前，管道泄漏檢測(cè)技術(shù)相對(duì)較多，這給管道運(yùn)營(yíng)公司泄漏檢測(cè)技術(shù)的選擇造成了一定的困擾，針對(duì)此問(wèn)題，本次研究對(duì)目前常見(jiàn)的天然氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行深入介紹，為保障管道的運(yùn)營(yíng)安全奠定基礎(chǔ)。

1 基于硬件的長(zhǎng)輸天然氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)

1.1 傳感器檢測(cè)方法

傳感器檢測(cè)方法主要是通過(guò)在管道沿線(xiàn)安裝各種類(lèi)型傳感器設(shè)備的方式，在天然氣管道出現(xiàn)泄漏問(wèn)題以后，管道將產(chǎn)生輕微的振動(dòng)，傳感器接收到管道的輕微振動(dòng)信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)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(jiàn)的傳感器檢測(cè)方法為基于光纖干涉儀的泄漏檢測(cè)技術(shù)，該種類(lèi)型檢測(cè)技術(shù)主要是通過(guò)管道沿線(xiàn)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(duì)管道的振動(dòng)信息進(jìn)行檢測(cè)，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(guò)程中，將漏磁內(nèi)檢測(cè)設(shè)備放置于管道之中，在天然氣壓力的推動(dòng)下，漏磁內(nèi)檢測(cè)設(shè)備逐漸前進(jìn)，并對(duì)沿線(xiàn)的管道進(jìn)行磁化處理，通過(guò)漏磁內(nèi)檢測(cè)設(shè)備上的磁敏探頭，對(duì)管道沿線(xiàn)的漏磁信號(hào)進(jìn)行接收，然后工作人員對(duì)漏磁信號(hào)進(jìn)行處理以后即可發(fā)現(xiàn)管道沿線(xiàn)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(hào)會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)異常，如果管道沿線(xiàn)不存在缺陷，則漏磁信號(hào)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(cè)技術(shù)

機(jī)器人檢測(cè)技術(shù)就是在機(jī)械設(shè)備上安裝大量的傳感器、移動(dòng)設(shè)備以及無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，然后將機(jī)器人放置于管道之中，通過(guò)機(jī)器人的移動(dòng)，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(cè)技術(shù)的過(guò)程中，獲取到的信號(hào)較為穩(wěn)定，能夠及時(shí)的對(duì)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(duì)直管段進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)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(wèn)題。

2 基于軟件的長(zhǎng)輸天然氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)

2.1 負(fù)壓波檢測(cè)技術(shù)

在天然氣管道出現(xiàn)泄漏問(wèn)題以后，在泄漏位置處會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓波，負(fù)壓波將會(huì)沿著管道上下游傳遞，通過(guò)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(guò)對(duì)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(wèn)題以及泄漏位置信息。目前，國(guó)外天然氣管道運(yùn)營(yíng)公司對(duì)于該種技術(shù)的使用較為廣泛，在對(duì)該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究的過(guò)程中，如何對(duì)負(fù)壓波信號(hào)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(wèn)題。

2.2 音波檢測(cè)技術(shù)

在天然氣管道出現(xiàn)泄漏問(wèn)題以后，在泄漏位置處也會(huì)產(chǎn)生一定的音波，通過(guò)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(hào)，由此可見(jiàn)，音波接收裝置的靈敏度相對(duì)較高。與負(fù)壓波檢測(cè)技術(shù)相比，音波檢測(cè)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(shì)，這主要是因?yàn)楣艿纼?nèi)的音波信號(hào)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(cè)技術(shù)

基于模型的檢測(cè)技術(shù)主要是根據(jù)氣體流動(dòng)的質(zhì)量平衡以及動(dòng)量平衡等相關(guān)方程，建立管道運(yùn)行模型，通過(guò)管道沿線(xiàn)安裝的SCADA系統(tǒng)對(duì)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(duì)比，以此確定管道是否發(fā)生了泄漏問(wèn)題以及判斷泄漏位置，該種方法雖然可以對(duì)管道中的小泄漏問(wèn)題進(jìn)行檢測(cè)，但是管道沿線(xiàn)必須安裝有SCADA系統(tǒng)，同時(shí)，其檢測(cè)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(guò)程中也非常容易受到客觀(guān)因素的影響[3]。

2.4 基于支持向量機(jī)算法的檢測(cè)技術(shù)

在天然氣管道運(yùn)行的過(guò)程中，可以獲取到的管道泄漏問(wèn)題樣本數(shù)據(jù)相對(duì)較少，這給該領(lǐng)域智能算法的應(yīng)用帶來(lái)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(wèn)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(cè)領(lǐng)域，該種技術(shù)主要是使用支持向量機(jī)算法對(duì)傳感器中獲取的管道振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理，以此判斷管道是否出現(xiàn)了泄漏問(wèn)題，在應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)的過(guò)程中，如果對(duì)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(wèn)題，參數(shù)的選擇將會(huì)對(duì)最終的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生直接影響。

2.5 基于相關(guān)性分析的檢測(cè)技術(shù)

在天然氣管道出現(xiàn)泄漏問(wèn)題以后，管道沿線(xiàn)的傳感器必然會(huì)接收到各種類(lèi)型的信號(hào)，但是這些信號(hào)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(duì)于信號(hào)的處理以及泄漏問(wèn)題的檢測(cè)定位十分不利，針對(duì)這種情況，可以使用相關(guān)性分析方法，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行深度處理，進(jìn)而使得檢測(cè)定位精度可以得到提升。例如在管道出現(xiàn)泄漏問(wèn)題以后，管道兩道壓力傳感器所接受的信號(hào)具有互相關(guān)的關(guān)系，在對(duì)其進(jìn)行深度處理以后，壓力變動(dòng)異常位置就是存在泄漏問(wèn)題的位置。

2.6 基于小波理論的檢測(cè)技術(shù)

基于小波理論的方法主要是使用小波算法對(duì)獲取到的泄漏信號(hào)進(jìn)行去噪處理，然后對(duì)信號(hào)的各個(gè)特征進(jìn)行合理的提取，在壓力信號(hào)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(guò)程中，需要對(duì)小波基函數(shù)進(jìn)行合理的選擇。目前，我國(guó)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(hào)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(cè)技術(shù)

通過(guò)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的方式，對(duì)管道出現(xiàn)的泄漏問(wèn)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(duì)實(shí)際管道的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析。目前，我國(guó)天然氣管道在運(yùn)行的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)工況頻繁變化的情況，這使得泄漏檢測(cè)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(hào)情況，對(duì)泄漏問(wèn)題進(jìn)行判斷，由此可見(jiàn)，該種檢測(cè)方法相對(duì)較為先進(jìn)。

3 結(jié)論

通過(guò)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(duì)泄漏量進(jìn)行判斷對(duì)于保障管道的運(yùn)營(yíng)安全十分重要，目前常見(jiàn)的泄漏檢測(cè)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(lèi)型，每種泄漏檢測(cè)方法的原理不同，應(yīng)用過(guò)程中各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此，天然氣管道運(yùn)營(yíng)企業(yè)需要根據(jù)自身的實(shí)際情況對(duì)泄漏檢測(cè)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(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)方案對(duì)比[J].天然氣工業(yè)，2008，28（009）：101-104.

[2]楊德水.石油天然氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及定位措施研究[J].中國(guó)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(zhǎng)輸天然氣管道泄漏檢測(cè)與定位研究? [J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2016 （1）：147-151.

作者簡(jiǎn)介：

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