基于油氣管道泄漏檢測技術(shù)的研究

楊文輝 馬利

摘 要：及時發(fā)現(xiàn)油氣輸送管道的缺陷，提高油氣管道泄漏檢測技術(shù)水平，確保壓力管道安全可靠地長時間運行，改變不足維護及過剩維護的狀況，轉(zhuǎn)變?yōu)橐暻榫S護是目前迫切需要解決的重要課題。文章就當前國內(nèi)油氣輸送管道的泄漏檢測現(xiàn)狀進行論述，研究了較為實用的檢測技術(shù)，為油氣管道檢測工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：泄漏檢測；檢測技術(shù)；油氣管道

1 引言

由于石油和天然氣管道的檢測可以減少甚至避免發(fā)生油氣管道事故，準確、全面的了解管道狀態(tài)，科學的預測管道，引導業(yè)主經(jīng)濟可靠的進行管道維修，保養(yǎng)和維修管道，為基于狀態(tài)的維修更換。因此開發(fā)油氣長輸管道的檢驗業(yè)務，技術(shù)研究，提高管道維修服務，避免事故的發(fā)生，是管道的安全運行的重要保證。

管道檢測的發(fā)展方向。油氣管道操作通常是腐蝕環(huán)境，在長距離運輸，主要是由內(nèi)部腐蝕介質(zhì)輸送管積液的聯(lián)合作用，污垢和管道應力腐蝕；涂層的破壞，通常是由于未能產(chǎn)生保護。內(nèi)部腐蝕通常采用清管，加腐蝕抑制劑和其他加工手段。隨著傳輸介質(zhì)的管道業(yè)主的加強，管道運行管理的嚴格要求，在很大程度上控制內(nèi)部的腐蝕。目前，石油主要在外部腐蝕管道的腐蝕控制和天然氣長距離輸送，因此管道檢測還重點是由外部腐蝕缺陷引起的涂層及管道缺陷。

隨著計算機技術(shù)的普及應用，檢測技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，逐步形成了兩個分支，即管道內(nèi)檢測技術(shù)及管道外檢測技術(shù)。管道外檢測技術(shù)是在涂層與陰極保護的有效性檢測的基礎上，通過挖掘檢測，檢測管體腐蝕缺陷，是非常有效的管道外檢測技術(shù)。管道內(nèi)檢測技術(shù)主要是為了發(fā)現(xiàn)缺陷的管道，內(nèi)部和外部的腐蝕及局部焊接裂紋的變形，也可以間接判斷涂層完整性。

2 基于次聲波檢測技術(shù)

在管道泄漏檢測與定位的基礎上的次聲波方法，是通過檢測聲音的泄漏以檢測與定位管壁的流體泄漏。流體輸送管道墻通常是彈性體，當管道泄漏引起的壓力下，形成流體并在管壁摩擦和振動。橫向振動、縱向振動，分別為P波和S波引起的管道表面。橫向和縱向的振動頻率低的管壁，并在傳播中衰減較大，管道泄漏不明顯，但環(huán)振動和管道泄漏是密切相關(guān)的。因此，在泄漏檢測的實際測量面波。

分析對管道泄漏時檢測到的低頻聲波信號，泄漏信號的頻域特征表現(xiàn)在10Hz以內(nèi)，因此通常選擇0.4Hz、3.8Hz及7.2Hz的次聲波特征頻率作為檢測特征量。當發(fā)現(xiàn)信號中同時存在兩個特征頻率功率譜及其能量順序比率突變時，及時將異常數(shù)據(jù)及其GPS時間發(fā)送給監(jiān)控主機。監(jiān)控主機根據(jù)接收到的一端基站發(fā)送的異常發(fā)生時的GPS時間，結(jié)合管道長度、泄漏信號的傳播速度，計算出另一端基站捕捉到異常信號的起始時間及數(shù)據(jù)長度，并向該端基站呼叫對應時間段數(shù)據(jù)，然后結(jié)合兩端數(shù)據(jù)，依據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行泄漏診斷分析。根據(jù)兩端基站檢測到異常信號發(fā)生的GPS時間差，次聲波傳播速度以及上、下游傳感器距離，可以確定泄漏點的具體位置。

3 多途徑間接檢測

變化的泄漏會引起管道壓力、流量、溫度和其他條件的變化，可用于判斷泄漏。（1）改變流量/壓力：壓力和流量管內(nèi)出口測量裝置，如果被測物體的振幅大于預設值，漏電報警。該方法簡單，但不準確的定位，誤報率高。（2）動態(tài)模型分析：隨著流體在管道內(nèi)流動的數(shù)學模型，在測量值的基礎上確定泄漏與模型計算值的差距。模型方程包括動量平衡、質(zhì)量平衡、能量平衡和流體動力學模型的狀態(tài)方程。需要在沿管道流量和壓力測量的入口管，測量點越多越好。其突出特點是泄漏敏感，能夠定位泄漏，管道的連續(xù)監(jiān)測。

除了造成壓力，改變管道的泄漏流量、溫度和其他條件外，同時也產(chǎn)生噪聲，由環(huán)境溫度和土壤電特性的變化引起的。泄漏檢測，根據(jù)這種變化包括：（1）泄漏光學檢漏方法會導致管道周圍溫度的變化。安裝在車輛上的頻譜分析和檢測設備，直升機或便攜式設備，可以通過熱泄漏檢測來檢測泄漏。如直升機機載紅外成像設備的使用，地熱輻射記錄管道泄漏的檢測數(shù)據(jù)及和分析不規(guī)則的譜；基于激光遙感探測，利用快速掃描大面積遙感技術(shù)在長輸管道氣體泄漏檢測、熱柱和提供圖像的裝置。（2）管內(nèi)行走檢測器。智能清管被越來越廣泛地應用于管道的內(nèi)部條件，在線檢測基于差壓法或聲輻射原理。前者是由壓力測量儀器設備，在最低的壓力管道泄漏檢測形成確定的泄漏檢測；后者由在20-40khz范圍獨特的聲音引起的泄漏，從而使管道可以保持運行，泄漏位置由里程表和標記系統(tǒng)確定。

4 序貫檢驗的檢測技術(shù)

序貫概率相對油氣管道泄漏檢測方法而言是一種相對較新的方法。在原始壓力信號噪聲的非高斯，采用卡爾曼濾波預處理，提高序貫判斷的準確性。泄漏位置的時間差定位的負壓力波的方法，以提高定位的準確性。實驗結(jié)果表明，該方法是值得推廣的管道泄漏檢測。

長距離輸送管道設有許多泵站，每個泵站設有入口壓力表，原油經(jīng)輸油泵再次加壓后向下游站點輸出，并流經(jīng)出口壓力表，因此每段管道上可采集兩組壓力數(shù)據(jù)。當管道輸送處于穩(wěn)定狀態(tài)時，壓力在某恒定值附近波動；當管道泄漏時，原有穩(wěn)定狀態(tài)被破壞，輸送壓力下降，且無法回到平衡狀態(tài)，此時利用一個壓力點的數(shù)據(jù)就能判斷泄漏，在泄漏點定位時則要利用兩組數(shù)據(jù)進行綜合判斷?；谛蜇灆z驗的泄漏定位是利用傳統(tǒng)的壓力梯度，當管道發(fā)生泄漏時，入口流量增加，出口流量減小，出、入口壓力都下降的原理。

5 結(jié)束語

油氣管道輸送的地位越來越重要。但由于焊縫缺陷、腐蝕、震動以及沖刷等引起的管道泄漏影響了管道運輸，導致污染環(huán)境，引起火災及爆炸事故。所以，對管道泄漏及時報警、定位具有極其重要的現(xiàn)實意義。檢測油氣管道泄漏有很多技術(shù)措施，各種技術(shù)都有自己的優(yōu)勢，但對獲取信息的要求也不一樣，而具有挑戰(zhàn)性的要求仍然存在，因而對油氣輸送管道的泄漏檢測技術(shù)還有待進一步研究。

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作者簡介：楊文輝（1981-），男，湖北武漢人，本科學歷，從事生產(chǎn)調(diào)度工作。

馬利（1984-），女，本科學歷，從事生產(chǎn)調(diào)度工作。