埋地原油管道泄漏檢測(cè)與定位技術(shù)分析

萬騰飛

摘要：由于原油管道大多數(shù)都布設(shè)在地表以下，可能會(huì)出現(xiàn)人工布設(shè)不當(dāng)?shù)膿p壞以及在長時(shí)間的使用過程中會(huì)出現(xiàn)自然腐蝕或人為破壞等情況，容易導(dǎo)致管道內(nèi)氣體的泄漏，從而造成重大的財(cái)產(chǎn)損失，對(duì)社會(huì)安定造成嚴(yán)重影響。所以加強(qiáng)管道的泄漏檢測(cè)和定位研究，及時(shí)采取有效措施，減少原油泄漏對(duì)環(huán)境的污染，避免安全事故的發(fā)生，保證管道的正常工作具有十分重要意義。

關(guān)鍵詞：原油管道;泄漏檢測(cè);技術(shù)

隨著中國經(jīng)濟(jì)整體發(fā)展速度的加快，原油作為清潔能源在我國城市化的建設(shè)中需求量也將越來越大。目前，管道泄漏所造成的環(huán)境污染及安全事故近年來時(shí)有發(fā)生，研究管道泄漏事故發(fā)生機(jī)理、規(guī)律及相關(guān)的快速探查與防治措施對(duì)于管道的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。本文結(jié)合原油泄漏檢測(cè)和定位方法的發(fā)展歷程，闡述了不同試驗(yàn)條件下幾種原油泄漏的檢測(cè)方法及定位原理。對(duì)檢測(cè)方法的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行討論，為淺埋地下管道漏氣的檢測(cè)定位應(yīng)用提供一定的技術(shù)參考。

1.管道泄漏的原因

1.1外力影響

外力影響主要有三個(gè)方面：管道占?jí)?、第三方施工破壞和打孔盜油。管道占?jí)海狠斣凸荏w大部分埋藏在地下，當(dāng)管道上方存在違章建筑物時(shí)，如果占?jí)何锖偷鼗粨p壞下沉，則不均勻的沉降對(duì)被占?jí)旱墓艿喇a(chǎn)生一定的作用力，導(dǎo)致管體的受損破裂;第三方施工破壞：在項(xiàng)目施工過程中造成的管道本體損壞，包括地質(zhì)勘探鉆破管體導(dǎo)致油品的泄漏，推土機(jī)、挖掘機(jī)損壞管道，鉆穿管道管網(wǎng)與市政工程交叉處引起的管道變形等;打孔盜油：不法分子受利益驅(qū)使，非法在輸油管道上方鑿孔，私自安裝支路管線將油品用罐車運(yùn)走的違法行為。這幾個(gè)方面在一定程度上都對(duì)管體造成破壞，致使原油泄漏爆炸，不僅造成油品的損失和環(huán)境的污染，還會(huì)給生命財(cái)產(chǎn)造成極大的傷害和損失。

1.2管道腐蝕

腐蝕是管道失效的主要形式。管道腐蝕形成的因素包括差異充氣、雜散電流、細(xì)菌、應(yīng)力與疲勞、金屬材料不均勻等。管道的內(nèi)外腐蝕、開裂、防腐層老化等因素都會(huì)造成原油的泄漏。特別是在東北地區(qū)，很多老管線運(yùn)營時(shí)間較長，防腐層老化嚴(yán)重，通過檢測(cè)均發(fā)現(xiàn)大面積腐蝕缺陷，很多管段無法進(jìn)行內(nèi)部檢測(cè)，現(xiàn)已成為高風(fēng)險(xiǎn)地段，存在極大的安全隱患。另外，由于站外部分管道本體的開裂，很難在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)，給檢測(cè)定位帶來極大的困難。

1.3環(huán)境影響

氣候變化影響地質(zhì)中土壤的生長環(huán)境，土層的熱脹冷縮引發(fā)土地結(jié)構(gòu)越來越不均勻，導(dǎo)致輸油管道的沉降度不穩(wěn)定，管道切口受力不均勻，管道切口一旦崩開，就會(huì)出現(xiàn)管線泄漏。冬季東北地區(qū)寒冷，有些城市的氣溫甚至降到零下三四十度，埋在土壤中的輸油管道因?yàn)闇囟鹊南陆翟斐晒荏w凍裂，造成管線泄漏。

1.4人為破壞因素

人為破壞造成埋地管道泄漏的事故也時(shí)有發(fā)生，主要存在兩種情況：一是，埋地管道在原油輸送過程中，受到不法分子的竊取導(dǎo)致管道破壞。二是，人們進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)和工程建設(shè)過程中，石油天然氣埋地管道的泄漏原因及檢測(cè)方法分析因重視度不夠，直接或間接對(duì)埋地管道造成破壞等。

2.基于軟件的泄漏檢測(cè)與定位技術(shù)

2.1負(fù)壓波法

如果原油管道存在泄漏問題，則在泄漏點(diǎn)處，原油的密度就會(huì)產(chǎn)生一定的變化，進(jìn)而導(dǎo)致管道的壓力出現(xiàn)變化，由于管道內(nèi)原油資源的流速并不會(huì)立即產(chǎn)生變化，所以泄漏點(diǎn)處與管道其它位置將會(huì)出現(xiàn)壓差，這部分壓差會(huì)沿管道傳播，該部分傳播的壓差就成為負(fù)壓波，通過安裝在管道上下游的負(fù)壓波檢測(cè)接受裝置，即可判斷是否存在泄漏，同時(shí)，根據(jù)上下游檢測(cè)裝置接負(fù)壓波的壓差，即可判斷泄漏位置。在使用該種技術(shù)時(shí)，并不需要建立管道數(shù)學(xué)模型，其原理較為簡單，適用范圍也相對(duì)較廣，大多數(shù)管道公司都使用該種技術(shù)進(jìn)行泄漏檢測(cè)和定位，但該種技術(shù)對(duì)于微小泄漏的檢測(cè)精度和準(zhǔn)確度較差，一定程度上制約了該種技術(shù)的發(fā)展。

2.2互相關(guān)分析法

由于大多數(shù)管道材料都具有一定的彈性，所以在原油資源泄漏時(shí)，由于流體壓力的變化會(huì)使得管道產(chǎn)生了一定的彈性波，通過安裝在管道上下游的彈性波檢測(cè)裝置，并建立彈性波的互相關(guān)函數(shù)，即可獲取管道的泄漏位置信息。該種技術(shù)是由振動(dòng)、信號(hào)處理等多學(xué)科交叉而成，由于在使用該種技術(shù)時(shí)并不需要建立專門的數(shù)學(xué)模型，其計(jì)算量相對(duì)較小，使得該技術(shù)具有很大的發(fā)展前景，但是該種技術(shù)與負(fù)壓波法一樣，對(duì)于微小泄漏的檢測(cè)精度和準(zhǔn)確度都相對(duì)較差。

2.3支持向量機(jī)檢測(cè)法

對(duì)于原油管道而言，其在運(yùn)行階段的泄漏次數(shù)相對(duì)較少，導(dǎo)致泄漏樣本也相對(duì)較少，在另一方面，支持向量機(jī)的方法具有很強(qiáng)的小樣本學(xué)習(xí)能力，這使得該種技術(shù)可以很好的用于泄漏檢測(cè)。目前，已有相關(guān)學(xué)者通過接收管道正常運(yùn)行時(shí)和泄漏時(shí)的振動(dòng)信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，使用支持向量機(jī)的方法對(duì)樣本進(jìn)行識(shí)別和分類，從而實(shí)現(xiàn)管道泄漏判斷。該種方法雖然具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，且分類識(shí)別精度較高，如何對(duì)核函數(shù)進(jìn)行合理的選擇仍是制約檢測(cè)精度的關(guān)鍵。

2.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)法

該種方法主要是通過建立管道泄漏時(shí)上下游壓力信號(hào)的映射關(guān)系，來實(shí)現(xiàn)管道泄漏檢測(cè)的目的。由于我國大多數(shù)油田所生產(chǎn)的原油具有凝點(diǎn)高的特性，所以只能通過加熱和加壓輸送，所以埋地管道的工況會(huì)出現(xiàn)多次變化，導(dǎo)致泄漏檢測(cè)難度相對(duì)較大，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)法能很好的適應(yīng)工況變化條件下的信號(hào)特征，使得該種技術(shù)十分適合我國原油管道。

2.5波變換法

該種方法是在上世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種時(shí)頻分析技術(shù)，利用該種技術(shù)可以對(duì)原油管道的泄漏信號(hào)進(jìn)行處理、去燥，并能很好的提取出管道泄漏信號(hào)的特征，以此達(dá)到泄漏識(shí)別的目的。雖然管道泄漏時(shí)壓力會(huì)出現(xiàn)突變，但是由于受到客觀因素的影響，使得突變信號(hào)的噪聲相對(duì)較大，這使得其它泄漏檢測(cè)技術(shù)精度嚴(yán)重減低，而是用小波變換法能很好的去除噪聲干擾，從而提高檢測(cè)精度

2.6經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解檢測(cè)法

該種方法是從管道上下游接受的泄漏信號(hào)中，分離出較多的固有模態(tài)函數(shù)和一個(gè)殘余分量，并進(jìn)一步對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析處理，從而得到有效的泄漏信息，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的識(shí)別和定位。與小波分析法相對(duì)，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性，且不需要對(duì)基函數(shù)進(jìn)行選擇。當(dāng)管道泄漏信號(hào)存在采集頻率過高，會(huì)導(dǎo)致該技術(shù)不能準(zhǔn)確判斷拐點(diǎn)問題的出現(xiàn)。

3.結(jié)論與認(rèn)識(shí)

總之，就目前管道檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展來說，單一的方法很難準(zhǔn)確的定位泄漏位置，應(yīng)根據(jù)具體的工程場(chǎng)地條件及檢測(cè)方法特點(diǎn)，結(jié)合多種方法對(duì)可能發(fā)生破裂的管道去檢測(cè)更加準(zhǔn)確。同時(shí)利用現(xiàn)代技術(shù)條件，加大技術(shù)研發(fā)力度，對(duì)管道破壞產(chǎn)生的地球物理場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行有效檢測(cè)，確立有效敏感的地球物理參數(shù)，利用地表及管道內(nèi)外表面條件，實(shí)現(xiàn)地表快速檢測(cè)和管道實(shí)時(shí)監(jiān)控，開發(fā)快速檢測(cè)和定位儀器設(shè)備，這是未來管道泄漏檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的重要方向。其目標(biāo)是對(duì)泄漏管道的快速定位，確保管道使用的安全。

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