石油输送管道泄漏检测方法探讨

单俊(中国石油化工股份有限公司管道储运分公司南京输油处大榭岛油库)

油气管道完整性管理是近年来在发达国家油气管道工业中迅速发展起来的现代安全管理体系。这些国家大量的油气管道已使用多年，进入其设计寿命后期，存在不少事故隐患，需要加强安全管理。对油气管道危险因素的各种检测技术和监控技术可以使我们预先发现事故 苗头及隐患，可以据此发出警告并采取防范措施，这也是安全技术的重要方面。

管道泄漏检测主要有两个目的：一是防止泄漏对人及环境造成危害和污染，二是防止管道输送油品的泄漏损失。目前比较实用的管道泄漏监测技术大致可分为直接检测法和间接检测法两类。

（一）石油输送管道泄漏直接检测法

直接检测法是测出泄漏的输送液体在地表的痕迹或挥发气体。如：利用检漏电缆、检漏光纤等测量泄漏后检测元件的阻抗、电阻率等特性变化来检测泄漏。或者采用人工巡线或机载仪器飞行巡线检查泄漏。近年美国OILTON公司开发出一种机载红外检测技术，由直升飞机带一高精度红外摄像机沿管道飞行，通过分析输送物质与周围土壤的细微温差来确定管道是否泄漏。

（二）石油输送管道泄漏简介检测法

间接检测法是通过测量泄漏时管道系统的流量、压力、压力波等物理参数的 变化来检测泄漏的方法。主要分为3种类型：

(1)实时模型法

实时模型法是研究得最多的一种方法，它应用实时诊断系统与管道SCADA系统相结合，进行动态泄漏检测。这种方法的关键是建立准确的管道实时模型。定时取管道的一组实测参数作为边界条件，由实时模型计算管道中流体的压力、流量值，然后将这些计算值与实测值作比较，当计算结果的偏差超过给定值时，即发出泄漏警报。现场实验表明，目前用实时模型法能检测出大于输量4%的泄漏，定位精度较低，不足10%。

(2)质量平衡法

基于质量守恒原理，一条不泄漏的管道，流入与流出的质量流量必相等。实时测出管道出口与入口流量，有一定的差值则表明管段内可能发生泄漏。由于所测流量与流体的各种性质(如温度、压力、密度、粘度)有关，从而使情况变得复杂，在实际应用中需要进行修正。由于管道瞬态工况会影响流量变化及准确测量，通常采用累计平均值来判断，这使检测时间增长并降低了检测精度。故采用质量平衡法检漏时，常需配合使用其他方法。

(3)基于信号处理的方法

在管道沿线的关键点，SCADA系统通过传感器测量流量、温度、压力等参 数对管道进行实时监测，测量到的数据被送往中央控制中心，运用各种算法实时分析处理，以此进行泄漏检测和定位。常用对泄漏前、后沿线压力分布变化或负压波传播情况的分析来检测泄漏及定位。这种方法包括压力梯度法、负压波法、压力点分析法和统计分析法等。目前国内输油管道上应用最多的是负压波法。

两类方法相比，泄漏直接检测法敏感性好，定位精度高，误报警率低，但对管道进行一次完整的检测需要较长的时间；间接检测法可以连续检测泄漏，实现对管道的实时监测，但敏感性和定位精度相对较低，误报警率也较高。

（三）石油输送管道泄漏负压波检测法

输油管道发生泄漏时会导致该点压力的下降，压降沿管道向两端扩散而形成负压波，其传输速度与声波在流体中的传播速度相同。根据安装在管道上、下游的传感器检测到的负压波的时间差及负压波的传播速度，可确定泄漏的具体位置。

图10-4为负压波法检漏定位的原理图。可利用下式计算出泄漏点的位置。x=L?a(t 2?t1)2式中x——泄漏点至上游站的距离，m；L——站间管道长度，m；t1,t2——负压波传播到上、下游站的时间，s；a——管输介质中负压波的传播速度，m/s。

影响泄漏点定位精度的两个关键参数是：压力波的传播速度和负压波传播到 上、下游传感器的时间差。压力波的传播速度与液体的密度和管材的弹性系数等 因素有关，而液体的密度是温度的函数。上式中负压波的速度作为常数，当沿线 油流的温度变化不很大时，可以如此处理，在油流的温度变化大的加热输送管道上则需要进行修正。对负压波传播到上、下游传感器的时间差有两点要求：一是系统时间的一致和时标的精度，即要求数据同步；二是在工业噪声背景下准确捕捉负压波到达的相应拐点，噪声越小越好。目前，采用卫星定位系统(GPS)技术统一各站的计算机的时间，可以保证时间同步。利用小波变换、模式识别等技术，可以在大量工业噪声中正确判断泄漏产生的较弱的负压波。负压波检漏法的泄漏报警时间与管道站间长度和泄漏点位置有关，它至少应等于压力波从漏点传到上下游传感器所需的时间。对于存在不满流的管段，或站间高点剩余压力不大的情况，负压波法检漏可靠性比较差。因为低压区若存在气泡，压力波前峰值和压力波速会迅速衰减。由于泵与管道的调节操作时也可能会产生负压波，有时不易判断负压波的来源。有的系统采用负压波法与流量输差检漏相结合的方法，增加对流量变化的分析，提高了泄漏检测的灵敏度，可以更及时、准确地发现泄漏。近年来，这种用负压波法自动进行泄漏检测、定位及报警的系统已应用在中洛线、秦京线、东临线、华北油田至石家庄炼油厂等原油管道上。

由于单一的泄漏监测方法往往有一定的局限性，很难完全满足实际需要，在应用中要考虑各种检漏方法的特点，可以采用多种检测方法配合使用，组成可靠性和经济性综合效果最佳的泄漏监测系统。