輸油管道泄漏檢測技術(shù)研究與應(yīng)用

呂君達(dá)(北京中航油工程建設(shè)有限公司 北京 100621)

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種石油產(chǎn)品的不斷更新，極大的提高了石油管道的自動化水平，石油管道泄漏檢測的應(yīng)用環(huán)境也在不斷成熟。對管道泄漏檢測技術(shù)的要求也越來越高，如何找到靈敏度更高和泄漏位置更加準(zhǔn)確定位的檢測技術(shù)，如何全面的應(yīng)用自動控制系統(tǒng)，如何不斷創(chuàng)新多種檢測手段和方法，最終實(shí)現(xiàn)石油管道運(yùn)輸?shù)娜孀詣訖z測，已越來越成為石油管道檢測工作者的關(guān)注點(diǎn)。石油管道泄漏檢測的理論研究和實(shí)際應(yīng)用在不斷的更新和發(fā)展。

一、原油輸送管道泄漏過程分析

原油輸送管道內(nèi)液體的流動狀態(tài)可分為穩(wěn)定和不穩(wěn)定兩大類，穩(wěn)定流動是管道流一動的基本狀態(tài)，不穩(wěn)定流動是由于穩(wěn)定流動受到破壞而引起的，例如開閥和關(guān)閥、起泵和停泵、調(diào)節(jié)閥和安全閥動作、動力故障等各種原因引起管內(nèi)壓力波動，同時這種壓力波動會沿管向上下游傳播，引起整個管道內(nèi)流體的瞬變流動。工程上的不穩(wěn)定流可能引起的管道超壓、噪聲、抽空和振動，比起南穩(wěn)定流分析所得的結(jié)果要嚴(yán)重的多。水流的不穩(wěn)定現(xiàn)象稱為水擊。突發(fā)性的泄漏也是一種管道的流動瞬變現(xiàn)象。泄漏發(fā)生時，也會產(chǎn)生沿管道向上、下游傳播的水擊波，并且能在管道系統(tǒng)的邊界點(diǎn)處如泵出口、閥門、下游儲罐以及泄漏孔處等發(fā)生反射，得以繼續(xù)傳播。由于沿程摩阻和管線充裝作用，水擊波在傳播過程中會不斷衰減。管道從發(fā)生瞬變過渡到新穩(wěn)態(tài)的過程就是水擊波傳播、反射、疊加、衰減的過程，所以從理論上深入研究不同情況下水擊波的傳播過程及給管線壓力、流量所帶來的變化，有助于理解負(fù)壓波的規(guī)律，對于泄漏的判別和識別也有指導(dǎo)意義。

二、石油管道泄漏檢測的性能評價

1.準(zhǔn)確性。輸油管道發(fā)生泄漏以后，泄漏檢測系統(tǒng)應(yīng)能準(zhǔn)確地確定檢測泄漏事故的產(chǎn)生，而且還需具有減低的報(bào)警率、較高的可靠性。

2.靈敏性。對于管道泄漏的檢測，需能夠確定泄漏量的范圍，能檢測到最小泄漏量時，能發(fā)正確的出出報(bào)警指示。

3.泄漏定位準(zhǔn)確性。輸油管道發(fā)生泄漏以后，不僅要準(zhǔn)確地檢測到管道泄漏，而且還要把泄漏點(diǎn)提供給檢測者，與實(shí)際的泄漏點(diǎn)的無償盡可能的銷。

4.實(shí)時性。從泄漏發(fā)生至檢測人員獲得泄漏信息的時間間隔要盡可能短，使檢測人員能夠?qū)崟r的掌握泄漏事故的情況，便于采取及時有效地措施，將由此帶來的損失減少到最低。

5.自適應(yīng)性。檢測系統(tǒng)還應(yīng)具有一定的通用性，即在各種檢測環(huán)境、不同輸送流體的狀況下，仍能適應(yīng)。

6.易維護(hù)性。如果系統(tǒng)發(fā)生故障，應(yīng)方便維護(hù)人員進(jìn)行調(diào)整、維修。

7.性價比高。檢測系統(tǒng)的性能與花費(fèi)在建立系統(tǒng)、操作運(yùn)行以及后續(xù)維護(hù)的成本比值高。

三、輸油管道泄漏檢測技術(shù)與應(yīng)用

1.基于硬件的測漏方法

（1）直接觀察法

直接觀察法借助管道工人的肉眼和經(jīng)驗(yàn)，或利用訓(xùn)練過的動物來巡查管道。一般通過看、聞、聽、摸等方式來判斷是否有泄漏的發(fā)生。這是最原始的管道檢測方法，時至今日，我們很多時候仍然在利用這種方式對管道進(jìn)行檢測。近年來，類似的檢測方式出現(xiàn)了新的形勢，OILTON公司開發(fā)出了全新的機(jī)載紅外檢測技術(shù)。利用直升機(jī)的優(yōu)勢，加載一臺高精度的紅外攝像機(jī)沿著管道飛行，通過采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用輸送物資與周圍環(huán)境的細(xì)微溫差來檢測管道是否泄漏，這種方式能檢測出較小的泄漏位置，但對于埋地較深的管線并不適用。

（2）超聲波法

超聲波測定流量的檢漏比較經(jīng)濟(jì)、方便，且易于安裝維護(hù)。它是將管道先分成若干段，然后裝上超聲波流量測定裝置，通過檢測管道流進(jìn)流出的體積流量以及管道溫度、環(huán)境溫度、聲波的傳播速度等參數(shù)。然后錄入計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行模型處理各部分參數(shù)的測定結(jié)果來比較，從而檢測漏點(diǎn)位置和泄漏量的技術(shù)。該技術(shù)具有漏點(diǎn)定位能力，能及時的為修補(bǔ)管道提供決策指導(dǎo)，應(yīng)用較為普遍。

（3）光纖檢漏法

目前，輸油管道檢測技術(shù)中的準(zhǔn)分布式光纖檢漏法己較成熟。這一方法主要以棱鏡、光發(fā)與光收裝置構(gòu)成傳感器的核心部件。一旦棱鏡底面接觸不同種類的液體時，光線在棱鏡中的傳輸損耗就會發(fā)生變化。檢測人員可以根據(jù)光探測器接收的光強(qiáng)，來確定輸油管道的泄漏情況。光纖檢漏法不能檢測石油不接觸棱鏡的情況，所以存在一定的局限性。

（4）放射性示蹤劑檢漏法

放射性示蹤劑檢漏法就是將放射性示蹤劑(如碘131)輸入到輸油管道中，并隨著輸送物質(zhì)一起運(yùn)動。一旦輸油管道出現(xiàn)泄漏，放射性跟蹤劑就會流出輸油管道外，并附著在土壤中。示蹤劑檢漏儀置于管道內(nèi)部，設(shè)備中指向管壁的諸多傳感器可以對管道壁進(jìn)行360度的監(jiān)測，如監(jiān)測出泄漏到管外的放射性跟蹤劑，便進(jìn)行記錄以確定管道的泄漏點(diǎn)。這種方法可以準(zhǔn)確的進(jìn)行泄漏點(diǎn)檢測，但是檢測周期比較長，不適合實(shí)施檢測。

（5）光纖溫度傳感器檢漏

輸油管道中輸送天然氣、粘油和原油等介質(zhì)，能引起周圍環(huán)境的溫度變化。分布式光纖溫度傳感器可以對輸油管道周圍溫度進(jìn)行持續(xù)檢測，進(jìn)而了解輸油管道的泄漏情況。據(jù)報(bào)道，Y0RK公司的DTS系統(tǒng)(分布式光纖溫度傳感系統(tǒng))，一個光電處理單元可連接幾根溫度傳感光纜，長度達(dá)25km，對于溫度的變化可在幾秒鐘內(nèi)反應(yīng)。DTS可設(shè)定溫度報(bào)警界限，當(dāng)沿管道的溫度變化超出這個界限時，會發(fā)出報(bào)警信號。

2.基于軟件的檢漏法

（1）質(zhì)量平衡檢漏法

質(zhì)量平衡檢漏法的理論基礎(chǔ)是質(zhì)量守恒，流體在管道傳輸過程中流入質(zhì)量等于流出質(zhì)量。一旦管道出現(xiàn)泄漏就會造成流入質(zhì)量和流出質(zhì)量之間的誤差。輸油管道多點(diǎn)位置進(jìn)行流入質(zhì)量和流出質(zhì)量檢測，并將所有數(shù)據(jù)繪制成流入質(zhì)量和流出質(zhì)量平衡圖。相關(guān)技術(shù)人員對流量平衡圖進(jìn)行觀察，可找出輸送管道的泄漏點(diǎn)。質(zhì)量平衡檢漏法具有簡單、直觀的特點(diǎn)。同時，在進(jìn)行管道泄漏檢測時，流量計(jì)的精度和管道油品存余量的估計(jì)誤差是質(zhì)量平衡檢漏技術(shù)中的兩個要素。動態(tài)流量平衡法需要建立動態(tài)模型，以此來確定輸油管道的泄漏點(diǎn)。質(zhì)量平衡檢漏法不能檢測出少量泄漏，所以其必須與其他方法進(jìn)行聯(lián)合使用。

（2）壓力點(diǎn)分析法

壓力點(diǎn)分析法就是利用壓力波進(jìn)行輸油管道檢漏的方法。壓力點(diǎn)分析法是依據(jù)能量和動量平衡原理進(jìn)行泄漏點(diǎn)檢測的方法，其依據(jù)某一檢測點(diǎn)來獲取數(shù)據(jù)。相關(guān)人員在檢測點(diǎn)安裝壓力傳感器，泄漏點(diǎn)產(chǎn)生的負(fù)壓波就會向檢測點(diǎn)傳導(dǎo)，導(dǎo)致壓力發(fā)生變化。相關(guān)人員對檢測點(diǎn)數(shù)據(jù)與正常數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以確定泄漏點(diǎn)位置。

（3）負(fù)壓波法

一旦輸油管道發(fā)生泄漏，其泄漏點(diǎn)的局部液體密度減小，即出現(xiàn)瞬時低壓。減壓波通過管線和流體向泄漏點(diǎn)的上下游進(jìn)行傳導(dǎo)，就會產(chǎn)生負(fù)壓波。安裝在泄漏點(diǎn)兩端的傳感器通過檢測負(fù)壓波的強(qiáng)度，就可以確定泄漏點(diǎn)位置。負(fù)壓波法可以準(zhǔn)確確定泄漏點(diǎn)，也不必建立數(shù)學(xué)模型，具有很強(qiáng)的適用性。然而，負(fù)壓波法不能處理突發(fā)泄漏事件，也不能處理緩慢泄漏事件。

（4）壓力分布圖法

在輸油管道截?cái)嚅y處，技術(shù)人員可以放置壓力傳感器，并將各種壓力信號傳送到檢測中心。檢測中心將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，并繪制輸油管道壓力分布圖，幫助技術(shù)人員了解壓力梯度特征和拐點(diǎn)位置，以便更加容易的找到泄漏位置。輸油管道為了適應(yīng)生產(chǎn)和環(huán)境，必須采取復(fù)雜的鋪設(shè)工藝。在輸油管道無泄漏的情況下，也可能產(chǎn)生異常壓力分布圖，并出現(xiàn)誤報(bào)警現(xiàn)象。工作人員通常考察壓力分布圖中的積分反應(yīng)，延長報(bào)警時間，以此克服管道瞬變流產(chǎn)生的非正常壓力圖。

（5）實(shí)時模型法

實(shí)時模型法既能檢測少量泄漏，又能進(jìn)行準(zhǔn)確定位。實(shí)時模型法的工作原理就是組建精確輸油管道實(shí)時模型，以此模擬輸油管道中的流體運(yùn)動，保持模型與實(shí)際管道運(yùn)行的同步進(jìn)行。技術(shù)人員定時獲取管道上的數(shù)值，如壓力、流量和測量值，然后對這些估計(jì)值和實(shí)測值進(jìn)行對比來發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)。模型中的方程主要包括質(zhì)量平衡、動量平衡、能量平衡和流體狀態(tài)等。相關(guān)技術(shù)人員在輸油管道的出口和入口安裝傳感系統(tǒng)，以此獲取管道壓力和流體流量。監(jiān)測點(diǎn)數(shù)量越多，監(jiān)測結(jié)果越準(zhǔn)確。

總之，對于石油管道泄漏檢測技術(shù)的研究和應(yīng)用，國內(nèi)外已有很長的歷史，但是由于石油管道輸送介質(zhì)的多樣性、泄漏形式的多樣性、輸送管道環(huán)境的多樣性的造成石油管道檢測變得極其復(fù)雜，使得目前還沒有一種通用的方法能夠完全滿足各種不同管道泄漏檢測的要求。所以，在實(shí)際的應(yīng)用中，可以結(jié)合管道泄漏的不同實(shí)際情況，采用多種檢測方法相結(jié)合的手段，一些作為輔助檢測方法，一些作為主要檢測方法，互相彌補(bǔ)不足，則可以取得良好的檢測效果。

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