王靜

【摘 要】油氣管道泄漏檢測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，泄漏檢測(cè)方法很多，一條輸油管道適用哪種檢測(cè)方法，需要根據(jù)管道的設(shè)計(jì)參數(shù)、輸送介質(zhì)參數(shù)、設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性綜合選擇，沒有適用于所有管道的泄漏監(jiān)測(cè)方法。當(dāng)管道參數(shù)（如輸量、運(yùn)行壓力、介質(zhì)屬性）發(fā)生較大變化時(shí)，還應(yīng)及時(shí)對(duì)管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

【關(guān)鍵詞】油氣管道;泄漏;監(jiān)測(cè)技術(shù);分析

近年來，國內(nèi)外涌現(xiàn)出許多好的安全監(jiān)測(cè)和泄漏診斷方法，但總體來說，根據(jù)測(cè)量手段、測(cè)量媒介、檢測(cè)裝置所處位置和檢測(cè)對(duì)象的不同，這些方法大體上可按以下方式分類：直接檢測(cè)法與間接檢測(cè)法;基于硬件與軟件的檢測(cè)法;內(nèi)部檢測(cè)法與外部檢測(cè)法。較常用的分類方法為外部檢測(cè)法和內(nèi)部檢測(cè)法。

一、油氣管道的泄漏檢測(cè)技術(shù)與方法

根據(jù)檢測(cè)過程中所使用的測(cè)量手段不同，分為基于硬件和軟件的方法;根據(jù)測(cè)量分析的媒介不同，可分為直接檢測(cè)法與間接檢測(cè)法;根據(jù)檢測(cè)過程中檢測(cè)裝置所處位置不同，可分為內(nèi)部檢測(cè)法與外部檢測(cè)法;根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同，可分為檢測(cè)管壁狀況和檢測(cè)內(nèi)部流體狀態(tài)的方法。

1、聲發(fā)射技術(shù)法。當(dāng)油氣管道發(fā)生泄漏時(shí)，流體（氣體）通過裂紋或者腐蝕孔向外噴射形成聲源，然后通過和管道相互作用，聲源向外輻射能量形成聲波，這就是管道泄漏聲發(fā)射現(xiàn)象。對(duì)這些因泄漏引起的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行采集和分析處理，就可以對(duì)泄漏以及其位置進(jìn)行判斷。

2、GPS時(shí)間標(biāo)簽法。采用GPS同步時(shí)間脈沖信號(hào)是在負(fù)壓波的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化各傳感器數(shù)據(jù)采集的信號(hào)同步關(guān)系，通過采樣頻率與時(shí)間標(biāo)簽的換算，分別確定管道泄漏點(diǎn)上游和下游的泄漏負(fù)壓波的速度，然后利用泄漏點(diǎn)上下游檢測(cè)到的泄漏特征信號(hào)的時(shí)間標(biāo)簽差，就可以確定管道泄漏的位置。采用GPS進(jìn)行同步采集數(shù)據(jù)，泄漏定位精度可達(dá)到總管線長度的1%之內(nèi)，比傳統(tǒng)方法精度提高近3倍。

3、負(fù)壓波法。當(dāng)管道發(fā)生泄漏事故時(shí)，在泄漏處立即有物質(zhì)損失，并引起局部密度減小，進(jìn)而造成壓力降低。泄漏時(shí)產(chǎn)生的減壓波被稱為負(fù)壓波。設(shè)置在泄漏點(diǎn)兩端的傳感器根據(jù)壓力信號(hào)的變化和泄漏產(chǎn)生的負(fù)壓波傳播到上下游的時(shí)間差，就可以確定泄漏位置。該方法靈敏準(zhǔn)確，無需建立管線的數(shù)學(xué)模型，原理簡單，適用性很強(qiáng)。但它要求泄漏的發(fā)生是快速突發(fā)性的，對(duì)微小緩慢泄漏不是很有效。

根據(jù)這一科學(xué)原理，在對(duì)小波變換法和分析法充分利用，便可對(duì)泄漏點(diǎn)加以定位和檢測(cè)。這種方法需要對(duì)沿線設(shè)置進(jìn)行連續(xù)性的測(cè)流、測(cè)壓、測(cè)溫，將其進(jìn)行記錄并遠(yuǎn)傳到主控室中，同時(shí)其對(duì)傳輸電路、傳感器精度、計(jì)算機(jī)和相關(guān)的仿真軟件都有很高要求。利用壓力波方式對(duì)漏法進(jìn)行檢測(cè)的主要特點(diǎn)是能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏量較少的點(diǎn)。

4、管道平衡法?；趦x表的測(cè)量方法決定了輸入和輸出測(cè)量值之間的不平衡，這種不平衡在選定的時(shí)間間隔內(nèi)（時(shí)間窗口）與預(yù)先設(shè)定的報(bào)警閾值不一致。不平衡由一系列的時(shí)間周期或窗口來監(jiān)視，從而探測(cè)不同大小的管道泄漏。管道平衡法可分為流量平衡法、質(zhì)量平衡法、體積平衡法、改進(jìn)型體積法和補(bǔ)償型質(zhì)量平衡法。

5、實(shí)時(shí)瞬態(tài)模型法。為了設(shè)計(jì)特定管道的RTTM，需要了解管道的配置，包括管道的物理參數(shù)（管長、管徑、壁厚、管道構(gòu)成、路線走向、粗糙度、泵、閥門、設(shè)備位置等）及流體物性（精確的體積模量、黏度等）。根據(jù)邊界條件和實(shí)時(shí)瞬態(tài)水力模型對(duì)整個(gè)管道系統(tǒng)的流體動(dòng)態(tài)特征值進(jìn)行模擬。將模擬結(jié)果與測(cè)量數(shù)據(jù)（壓力和流量）進(jìn)行比較，根據(jù)平衡原理判斷管道是否存在泄漏。。

6、狀態(tài)估計(jì)法。該方法根據(jù)質(zhì)量平衡方程、動(dòng)量平衡方程、能量平衡方程及狀態(tài)方程等機(jī)理建模。得到一個(gè)非線性的分布式參數(shù)系統(tǒng)模型， 通?？刹捎貌罘址ɑ蛱卣骶€法等方法將其線性化。設(shè)計(jì)狀態(tài)估計(jì)器對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，將估計(jì)值作為泄漏檢測(cè)的依據(jù)，這就是基于狀態(tài)估計(jì)的方法的基本原理。其中估計(jì)器可以是觀測(cè)器，也可以是Kalman濾波器。根據(jù)建立模型的方法，狀態(tài)估計(jì)法可分為不包含故障的模型法和包含故障的模型法。

7、統(tǒng)計(jì)分析法。統(tǒng)計(jì)分析法的應(yīng)用程度隨所使用的統(tǒng)計(jì)分析方法不同而有較大差別。復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)方法需要計(jì)算管道泄漏概率及非管道泄漏的概率，對(duì)管道沿線的壓力和流量輸入數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)，來判斷是否發(fā)生各種不同模式的泄漏，用概率值表示是否發(fā)生泄漏。

8、音波/負(fù)壓波法。音波/負(fù)壓波技術(shù)利用管道內(nèi)液體撞擊泄漏口形成的壓力變化檢測(cè)泄漏。當(dāng)管道泄漏時(shí)，泄漏點(diǎn)處壓力突然下降，因而產(chǎn)生音波/負(fù)壓波，分別向上下游傳播。在該類型管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，高響應(yīng)速率/中等精度的壓力傳感器安裝在管道選定位置，連續(xù)不斷地檢測(cè)壓力波動(dòng)。系統(tǒng)將壓力的突降和恢復(fù)狀況報(bào)告給控制中心，在控制中心對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來確認(rèn)是否發(fā)出報(bào)警。

9、壓力梯度法。當(dāng)管道正常輸送時(shí)，站間管道的壓力坡降呈斜直線，當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)，漏點(diǎn)前后的壓力坡降呈折線狀，折點(diǎn)即為泄漏點(diǎn)，據(jù)此可算出實(shí)際泄漏位置。壓力梯度法只需要在管道兩端安裝壓力傳感器，簡單、直觀，不僅可以檢測(cè)泄漏，而且可確定泄漏點(diǎn)的位置。但因?yàn)楣艿涝趯?shí)際運(yùn)行中，沿線壓力梯度呈非線性分布，因此壓力梯度法的定位精度較差，而且儀表測(cè)量對(duì)定位結(jié)果有很大影響。所以壓力梯度法定位可以作為一個(gè)輔助手段。

二、油氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前管道企業(yè)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，所以在管道泄漏方面的檢測(cè)技術(shù)也有了很大的提高，通過對(duì)管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研制和開發(fā)，可以使得泄漏定位、檢測(cè)精確度、靈敏度、可靠性得到提升，當(dāng)前管道在泄漏檢測(cè)方面主要有以下發(fā)展趨勢(shì)：

1、采用軟硬件相結(jié)合的方法來進(jìn)行輸油管道的泄漏檢測(cè)，在檢測(cè)過程中應(yīng)以軟件方法為主，而硬件方法為輔

近些年來，控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、模式識(shí)別、信號(hào)處理、人工智能等學(xué)科獲得了很大發(fā)展，這些技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了輸油管線泄漏檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，這種以軟件為主的檢測(cè)方法能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)問題時(shí)迅速發(fā)出報(bào)警信號(hào)。所以，這種檢測(cè)技術(shù)以成為研究的趨勢(shì)和熱點(diǎn)，同時(shí)對(duì)于非線性的管道系統(tǒng)，在檢測(cè)和定位的過程中自動(dòng)適應(yīng)思想具有重要作用。但是因?yàn)榛谟布椒ù嬖诙ㄎ痪确矫孑^高和在誤報(bào)警率方面較低，所以將硬件方法和軟件方法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，就能夠促進(jìn)管道泄漏檢測(cè)的技術(shù)發(fā)展。

2、實(shí)現(xiàn)SCADA系統(tǒng)和泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合

SCADA系統(tǒng)能夠?yàn)樾孤z測(cè)系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)源，同時(shí)能夠監(jiān)管管道運(yùn)行狀況，這是管道檢測(cè)自動(dòng)化的主要發(fā)展方向。因?yàn)闄z漏系統(tǒng)的單一性不利于經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)，所以泄漏檢測(cè)系統(tǒng)將和SCADA系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，對(duì)SCADA系統(tǒng)中的功能加以充分利用，并使其成為SCADA系統(tǒng)的重要組成部分。

三、結(jié)束語

油氣管道泄漏檢測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，泄漏檢測(cè)方法很多，一條輸油管道適用哪種檢測(cè)方法，需要根據(jù)管道的設(shè)計(jì)參數(shù)、輸送介質(zhì)參數(shù)、設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性綜合選擇，沒有適用于所有管道的泄漏監(jiān)測(cè)方法。當(dāng)管道參數(shù)（如輸量、運(yùn)行壓力、介質(zhì)屬性）發(fā)生較大變化時(shí)，還應(yīng)及時(shí)對(duì)管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。無論采用何種方法，都要提高對(duì)微小的緩慢泄漏量檢測(cè)的靈敏度，以及對(duì)泄漏點(diǎn)定位的精度。在現(xiàn)有條件下，要按照科學(xué)的最佳管道泄漏檢測(cè)與定位方法技術(shù)組合的方案，在現(xiàn)場運(yùn)用中考慮各種檢漏方法的特點(diǎn)，繼續(xù)開發(fā)運(yùn)用新型高效管道泄漏檢測(cè)和定位的自動(dòng)化技術(shù)方法，迅速、準(zhǔn)確、及時(shí)地采用恰當(dāng)措施發(fā)現(xiàn)、控制和解決險(xiǎn)情，更好地保護(hù)和改善環(huán)境，保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

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