談長(zhǎng)輸油氣管道的泄漏檢測(cè)和定位問(wèn)題

楊楊

（錦州輸油氣分公司盤錦壓氣站，遼寧 盤錦124000）

1 引言

根據(jù)《2016-2022年中國(guó)油氣管道工程建設(shè)行業(yè)需求調(diào)研及“十三五”競(jìng)爭(zhēng)戰(zhàn)略研究報(bào)告》可以發(fā)現(xiàn)，2017年我國(guó)長(zhǎng)輸油氣管道發(fā)展勁頭良好，總長(zhǎng)度達(dá)到了13.31 萬(wàn)千米，7.72 萬(wàn)千米是天然氣管道，2.72 萬(wàn)千米是成品油管道，原油管道占到2.87 萬(wàn)千米，因此，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)繁榮作出了十分杰出的貢獻(xiàn)。一旦長(zhǎng)輸油氣管道發(fā)生泄漏情況，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不能運(yùn)營(yíng)，那么會(huì)牽扯出更大的問(wèn)題。所以，為了保障管道泄漏的檢測(cè)與定位問(wèn)題，投入了許多人力資源。

2 長(zhǎng)輸油氣管道的泄漏檢測(cè)方法

2.1 負(fù)壓波檢測(cè)法

一旦長(zhǎng)輸油氣管道發(fā)生泄漏，該處負(fù)壓波和速度不變，并下上傳播。所以，利用管道中負(fù)壓波的傳播快慢和傳到管端的時(shí)間差，找出發(fā)生泄漏的位置。目前，成熟的經(jīng)驗(yàn)一是獲取負(fù)壓波信號(hào)的奇異點(diǎn)，二是預(yù)算負(fù)壓波傳到管端的時(shí)間差，可以對(duì)長(zhǎng)輸油氣管道的泄漏進(jìn)行一定的研究。第一種經(jīng)驗(yàn)，表現(xiàn)為管道實(shí)時(shí)檢測(cè)法，以視神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為技術(shù)基礎(chǔ)，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)的奇異點(diǎn)完成檢測(cè)[1]。那么第二種經(jīng)驗(yàn)表現(xiàn)為自適應(yīng)無(wú)偏差時(shí)延估計(jì)法，能夠更好地檢測(cè)出泄漏的具體位置。數(shù)據(jù)表明，第一種能夠準(zhǔn)確檢測(cè)與定位瞬時(shí)泄漏量超過(guò)百分之三的管道泄漏。

2.2 音波檢測(cè)法

一旦發(fā)生泄漏，可以首先通過(guò)音波傳感器檢測(cè)音波信號(hào)，之后再對(duì)管道的定位泄漏點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，有一個(gè)定位公式，由泄漏處到管道首端與尾端的距離、管道中介質(zhì)的平均流速、音速、泄漏音波傳到管道首端和尾端的時(shí)間等組成。管道中介質(zhì)的壓力與溫度對(duì)音速產(chǎn)生影響，所以利用好管道音波速度的波動(dòng)能夠非常精準(zhǔn)地定位具體泄漏點(diǎn)。數(shù)據(jù)表明，泄漏時(shí)氣體的音波低頻信號(hào)頻率大概為10Hz，音波傳感器檢測(cè)不超過(guò)20Hz 的次聲波信號(hào)，所以壓力變送器沒(méi)有音波傳感器反應(yīng)靈敏。針對(duì)以上情況，通過(guò)音波法檢測(cè)來(lái)對(duì)輸氣管道進(jìn)行定位，盡可能減少定位誤差。

2.3 小波分析檢測(cè)法

小波分析檢測(cè)法的應(yīng)用原理是，壓力信號(hào)在現(xiàn)場(chǎng)采集，經(jīng)過(guò)去躁，提取信號(hào)特征，定位壓力信號(hào)的拐點(diǎn)。過(guò)程中必須科學(xué)選擇分解層數(shù)、閾值函數(shù)與小波基函數(shù)。研究時(shí)第一步通過(guò)二代小波變換，對(duì)管端的壓力信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，再使定位壓力信號(hào)下降，然后用負(fù)壓波法定位[2]。另外，流體管道系統(tǒng)復(fù)雜，采集信號(hào)不易，常受外界噪音的影響。因此，雖然小波變換能夠在一定程度上消掉管端壓力信號(hào)的噪音，可對(duì)每一層分解獲得信號(hào)單支重構(gòu)，對(duì)小波變換及小波基函數(shù)的分解尺度要求較高。

2.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)法

該種方法的應(yīng)用原理是，首先通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算管端采集信號(hào)波動(dòng)和管道泄漏之間的聯(lián)系，然后分析不同情況下提取信號(hào)的特征，輸入診斷模型，分析管道運(yùn)行情況，判斷泄漏與否。這種方法的核心要求為提取泄漏信號(hào)的頻域和時(shí)域特征，輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)橐崛≡S多特征參數(shù)，所以樣本數(shù)據(jù)要保證準(zhǔn)確完整。所以，為保證管道泄漏狀況的判斷準(zhǔn)確，需要通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)綜合其他方法，保障管道不泄漏。

2.5 基于模型的管道泄漏檢測(cè)方法

基于模型的管道泄漏檢測(cè)方法流程如下：首先創(chuàng)建管道模型，然后對(duì)比實(shí)測(cè)值和模型，根據(jù)差異值對(duì)管道泄漏進(jìn)行檢測(cè)定位。該方法的研究?jī)?nèi)容具體如下：將管道空間定量劃分為一些長(zhǎng)度分段，將狀態(tài)變量設(shè)定節(jié)點(diǎn)，輸出模型采用每一節(jié)點(diǎn)的泄漏量，通過(guò)自適應(yīng)卡爾曼濾波預(yù)算管道狀態(tài)。該種方法要求過(guò)程噪音先于經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，即先驗(yàn)知識(shí)，同時(shí)管道泄漏的檢測(cè)與定位結(jié)果與管道分段有關(guān)。管道多處發(fā)生泄漏，其中就有非線性模型，就是首先對(duì)模型進(jìn)行正常的線性化處理，然后將狀態(tài)變量引入狀態(tài)空間，再用自適應(yīng)卡爾曼濾波診斷輸出和實(shí)測(cè)的差異，最后預(yù)算管道的泄漏位置以及泄漏和摩擦系數(shù)。通過(guò)擴(kuò)展卡爾曼濾波故障診斷泄漏的具體位置，在單點(diǎn)的泄漏量高于故障診斷的情況下，用觀測(cè)器估計(jì)管道的泄漏系數(shù)與位置，同時(shí)保存。然后創(chuàng)建一些擴(kuò)展卡爾曼濾波觀測(cè)器，檢測(cè)管道的連續(xù)泄漏，一旦發(fā)生三個(gè)以上位置點(diǎn)的泄漏，那么管端流量是曲折的。綜合來(lái)說(shuō)，管道泄漏檢測(cè)方法還是很有用的，但必須在管端安裝壓力變送器、溫度變送器、流量計(jì)等，提前了解管道模型的狀態(tài)空間及上文中提過(guò)的先驗(yàn)知識(shí)等，然后再利用數(shù)學(xué)模型和硬件的準(zhǔn)確性保證結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)原油無(wú)論是黏度還是含蠟量或凝點(diǎn)都很高，所以要結(jié)合實(shí)際情況采用適當(dāng)?shù)男孤z測(cè)和定位方法。方法不會(huì)是單一的，也需要綜合采用，才能揚(yáng)長(zhǎng)避短，使結(jié)果更精確。