淺談對油氣管道泄漏監(jiān)測技術(shù)的分析

王靜

【摘 要】油氣管道泄漏檢測是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，泄漏檢測方法很多，一條輸油管道適用哪種檢測方法，需要根據(jù)管道的設(shè)計參數(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，還應(yīng)及時對管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。

【關(guān)鍵詞】油氣管道;泄漏;監(jiān)測技術(shù);分析

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

一、油氣管道的泄漏檢測技術(shù)與方法

根據(jù)檢測過程中所使用的測量手段不同，分為基于硬件和軟件的方法;根據(jù)測量分析的媒介不同，可分為直接檢測法與間接檢測法;根據(jù)檢測過程中檢測裝置所處位置不同，可分為內(nèi)部檢測法與外部檢測法;根據(jù)檢測對象的不同，可分為檢測管壁狀況和檢測內(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，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。對這些因泄漏引起的聲發(fā)射信號進(jìn)行采集和分析處理，就可以對泄漏以及其位置進(jìn)行判斷。

2、GPS時間標(biāo)簽法。采用GPS同步時間脈沖信號是在負(fù)壓波的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化各傳感器數(shù)據(jù)采集的信號同步關(guān)系，通過采樣頻率與時間標(biāo)簽的換算，分別確定管道泄漏點上游和下游的泄漏負(fù)壓波的速度，然后利用泄漏點上下游檢測到的泄漏特征信號的時間標(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，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。泄漏時產(chǎn)生的減壓波被稱為負(fù)壓波。設(shè)置在泄漏點兩端的傳感器根據(jù)壓力信號的變化和泄漏產(chǎn)生的負(fù)壓波傳播到上下游的時間差，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，對微小緩慢泄漏不是很有效。

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

4、管道平衡法?；趦x表的測量方法決定了輸入和輸出測量值之間的不平衡，這種不平衡在選定的時間間隔內(nèi)（時間窗口）與預(yù)先設(shè)定的報警閾值不一致。不平衡由一系列的時間周期或窗口來監(jiān)視，從而探測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、實時瞬態(tài)模型法。為了設(shè)計特定管道的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)邊界條件和實時瞬態(tài)水力模型對整個管道系統(tǒng)的流體動態(tài)特征值進(jìn)行模擬。將模擬結(jié)果與測量數(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)估計法。該方法根據(jù)質(zhì)量平衡方程、動量平衡方程、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)計狀態(tài)估計器對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行估計，將估計值作為泄漏檢測的依據(jù)，這就是基于狀態(tài)估計的方法的基本原理。其中估計器可以是觀測器，也可以是Kalman濾波器。根據(jù)建立模型的方法，狀態(tài)估計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)計分析法。統(tǒng)計分析法的應(yīng)用程度隨所使用的統(tǒng)計分析方法不同而有較大差別。復(fù)雜的統(tǒng)計方法需要計算管道泄漏概率及非管道泄漏的概率，對管道沿線的壓力和流量輸入數(shù)據(jù)實時進(jìn)行統(tǒng)計評價，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泄漏。當(dāng)管道泄漏時，泄漏點處壓力突然下降，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)不斷地檢測壓力波動。系統(tǒng)將壓力的突降和恢復(fù)狀況報告給控制中心，在控制中心對監(jiān)測點數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來確認(rèn)是否發(fā)出報警。

9、壓力梯度法。當(dāng)管道正常輸送時，站間管道的壓力坡降呈斜直線，當(dāng)發(fā)生泄漏時，漏點前后的壓力坡降呈折線狀，折點即為泄漏點，據(jù)此可算出實際泄漏位置。壓力梯度法只需要在管道兩端安裝壓力傳感器，簡單、直觀，不僅可以檢測泄漏，而且可確定泄漏點的位置。但因為管道在實際運(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，而且儀表測量對定位結(jié)果有很大影響。所以壓力梯度法定位可以作為一個輔助手段。

二、油氣管道泄漏檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢

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技術(shù)也有了很大的提高，通過對管道泄漏檢測系統(tǒng)進(jìn)行研制和開發(fā)，可以使得泄漏定位、檢測精確度、靈敏度、可靠性得到提升，當(dāng)前管道在泄漏檢測方面主要有以下發(fā)展趨勢：

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，在檢測過程中應(yīng)以軟件方法為主，而硬件方法為輔

近些年來，控制理論、計算機(jī)技術(shù)、模式識別、信號處理、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技術(shù)的進(jìn)步，這種以軟件為主的檢測方法能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測，出現(xiàn)問題時迅速發(fā)出報警信號。所以，這種檢測技術(shù)以成為研究的趨勢和熱點，同時對于非線性的管道系統(tǒng)，在檢測和定位的過程中自動適應(yīng)思想具有重要作用。但是因為基于硬件方法存在定位精度方面較高和在誤報警率方面較低，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)管道泄漏檢測的技術(shù)發(fā)展。

2、實現(xiàn)SCADA系統(tǒng)和泄漏檢測系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合

SCADA系統(tǒng)能夠為泄漏檢測系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)源，同時能夠監(jiān)管管道運(yùn)行狀況，這是管道檢測自動化的主要發(fā)展方向。因為檢漏系統(tǒng)的單一性不利于經(jīng)濟(jì)效益的實現(xiàn)，所以泄漏檢測系統(tǒng)將和SCADA系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，對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

油氣管道泄漏檢測是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，泄漏檢測方法很多，一條輸油管道適用哪種檢測方法，需要根據(jù)管道的設(shè)計參數(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，還應(yīng)及時對管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。無論采用何種方法，都要提高對微小的緩慢泄漏量檢測的靈敏度，以及對泄漏點定位的精度。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，繼續(xù)開發(fā)運(yùn)用新型高效管道泄漏檢測和定位的自動化技術(shù)方法，迅速、準(zhǔn)確、及時地采用恰當(dāng)措施發(fā)現(xiàn)、控制和解決險情，更好地保護(hù)和改善環(huán)境，保障人們的生命財產(chǎn)安全。

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