基于油气管道泄漏检测技术的研究

杨文辉 马利

摘 要：及时发现油气输送管道的缺陷，提高油气管道泄漏检测技术水平，确保压力管道安全可靠地长时间运行，改变不足维护及过剩维护的状况，转变为视情维护是目前迫切需要解决的重要课题。文章就当前国内油气输送管道的泄漏检测现状进行论述，研究了较为实用的检测技术，为油气管道检测工作者提供参考。

关键词：泄漏检测；检测技术；油气管道

1 引言

由于石油和天然气管道的检测可以减少甚至避免发生油气管道事故，准确、全面的了解管道状态，科学的预测管道，引导业主经济可靠的进行管道维修，保养和维修管道，为基于状态的维修更换。因此开发油气长输管道的检验业务，技术研究，提高管道维修服务，避免事故的发生，是管道的安全运行的重要保证。

管道检测的发展方向。油气管道操作通常是腐蚀环境，在长距离运输，主要是由内部腐蚀介质输送管积液的联合作用，污垢和管道应力腐蚀；涂层的破坏，通常是由于未能产生保护。内部腐蚀通常采用清管，加腐蚀抑制剂和其他加工手段。随着传输介质的管道业主的加强，管道运行管理的严格要求，在很大程度上控制内部的腐蚀。目前，石油主要在外部腐蚀管道的腐蚀控制和天然气长距离输送，因此管道检测还重点是由外部腐蚀缺陷引起的涂层及管道缺陷。

随着计算机技术的普及应用，检测技术得到了迅速的发展，逐步形成了两个分支，即管道内检测技术及管道外检测技术。管道外检测技术是在涂层与阴极保护的有效性检测的基础上，通过挖掘检测，检测管体腐蚀缺陷，是非常有效的管道外检测技术。管道内检测技术主要是为了发现缺陷的管道，内部和外部的腐蚀及局部焊接裂纹的变形，也可以间接判断涂层完整性。

2 基于次声波检测技术

在管道泄漏检测与定位的基础上的次声波方法，是通过检测声音的泄漏以检测与定位管壁的流体泄漏。流体输送管道墙通常是弹性体，当管道泄漏引起的压力下，形成流体并在管壁摩擦和振动。横向振动、纵向振动，分别为P波和S波引起的管道表面。横向和纵向的振动频率低的管壁，并在传播中衰减较大，管道泄漏不明显，但环振动和管道泄漏是密切相关的。因此，在泄漏检测的实际测量面波。

分析对管道泄漏时检测到的低频声波信号，泄漏信号的频域特征表现在10Hz以内，因此通常选择0.4Hz、3.8Hz及7.2Hz的次声波特征频率作为检测特征量。当发现信号中同时存在两个特征频率功率谱及其能量顺序比率突变时，及时将异常数据及其GPS时间发送给监控主机。监控主机根据接收到的一端基站发送的异常发生时的GPS时间，结合管道长度、泄漏信号的传播速度，计算出另一端基站捕捉到异常信号的起始时间及数据长度，并向该端基站呼叫对应时间段数据，然后结合两端数据，依据神经网络模型进行泄漏诊断分析。根据两端基站检测到异常信号发生的GPS时间差，次声波传播速度以及上、下游传感器距离，可以确定泄漏点的具体位置。

3 多途径间接检测

变化的泄漏会引起管道压力、流量、温度和其他条件的变化，可用于判断泄漏。（1）改变流量/压力：压力和流量管内出口测量装置，如果被测物体的振幅大于预设值，漏电报警。该方法简单，但不准确的定位，误报率高。（2）动态模型分析：随着流体在管道内流动的数学模型，在测量值的基础上确定泄漏与模型计算值的差距。模型方程包括动量平衡、质量平衡、能量平衡和流体动力学模型的状态方程。需要在沿管道流量和压力测量的入口管，测量点越多越好。其突出特点是泄漏敏感，能够定位泄漏，管道的连续监测。

除了造成压力，改变管道的泄漏流量、温度和其他条件外，同时也产生噪声，由环境温度和土壤电特性的变化引起的。泄漏检测，根据这种变化包括：（1）泄漏光学检漏方法会导致管道周围温度的变化。安装在车辆上的频谱分析和检测设备，直升机或便携式设备，可以通过热泄漏检测来检测泄漏。如直升机机载红外成像设备的使用，地热辐射记录管道泄漏的检测数据及和分析不规则的谱；基于激光遥感探测，利用快速扫描大面积遥感技术在长输管道气体泄漏检测、热柱和提供图像的装置。（2）管内行走检测器。智能清管被越来越广泛地应用于管道的内部条件，在线检测基于差压法或声辐射原理。前者是由压力测量仪器设备，在最低的压力管道泄漏检测形成确定的泄漏检测；后者由在20-40khz范围独特的声音引起的泄漏，从而使管道可以保持运行，泄漏位置由里程表和标记系统确定。

4 序贯检验的检测技术

序贯概率相对油气管道泄漏检测方法而言是一种相对较新的方法。在原始压力信号噪声的非高斯，采用卡尔曼滤波预处理，提高序贯判断的准确性。泄漏位置的时间差定位的负压力波的方法，以提高定位的准确性。实验结果表明，该方法是值得推广的管道泄漏检测。

长距离输送管道设有许多泵站，每个泵站设有入口压力表，原油经输油泵再次加压后向下游站点输出，并流经出口压力表，因此每段管道上可采集两组压力数据。当管道输送处于稳定状态时，压力在某恒定值附近波动；当管道泄漏时，原有稳定状态被破坏，输送压力下降，且无法回到平衡状态，此时利用一个压力点的数据就能判断泄漏，在泄漏点定位时则要利用两组数据进行综合判断。基于序贯检验的泄漏定位是利用传统的压力梯度，当管道发生泄漏时，入口流量增加，出口流量减小，出、入口压力都下降的原理。

5 结束语

油气管道输送的地位越来越重要。但由于焊缝缺陷、腐蚀、震动以及冲刷等引起的管道泄漏影响了管道运输，导致污染环境，引起火灾及爆炸事故。所以，对管道泄漏及时报警、定位具有极其重要的现实意义。检测油气管道泄漏有很多技术措施，各种技术都有自己的优势，但对获取信息的要求也不一样，而具有挑战性的要求仍然存在，因而对油气输送管道的泄漏检测技术还有待进一步研究。

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作者简介：杨文辉（1981-），男，湖北武汉人，本科学历，从事生产调度工作。

马利（1984-），女，本科学历，从事生产调度工作。