浅论油气管道泄露检测技术

常青

摘 要：管道运输在石油、天然气等流体输送中具有独特的优势，已成为继铁路、公路、水路、航空运输之后的第五大运输工具。由于不可避免的老化、腐蚀及打孔盗油等原因，管道泄漏时有发生，严重干扰了正常生产，造成了巨大的经济损失和环境污染。所以，加强管道泄漏监测和定位技术的探究和应用，对于发现管道泄漏，打击盗油行为，保护环境，减少企业经济损失，提高企业的自动化管理水平具有非常重要的现实意义。

关键词：油气管道;泄露检测;技术

1  引言

国外从上个世纪70年代就开始对油气管道泄漏检测技术进行了研究。早在1976年德国学者就提出以输入输出的流量和压力信号经过处理后进行分析的泄漏检测方法。我国长距离油气管道泄漏监测技术的研究从上世纪90年代开始已有了相关文献报道，只是近几年才取得真正突破，在生产中发挥作用。目前，国内长距离输油管道大都没有安装泄漏自动检测系统，主要靠原始的人工沿管线巡视，根据管线运行数据进行人工读取，这种情况使得管道的安全运行系数低于国外发展水平。

管道发生泄漏的原因多种多样，但大致可以分为：

（1）管道腐蚀：防护层老化、阴极保护失效，以及腐蚀性介质对管道外壁造成的腐蚀和传输介质的腐蚀成分对管道内壁造成的腐蚀。

（2）自然破坏：由于地震、滑坡等自然灾害以及气候变化使管道发生翘曲变形导致应力破坏。

（3）第三方破坏：不法分子的盗窃破坏，施工人员违章操作，野蛮施工造成的破坏。

（4）管道自身缺陷：包括管道焊接质量缺陷、管道连接部位密封不良、未设计管道伸缩节、材料等原因。

管道泄漏不仅给生产、运营单位造成巨大的经济损失，而且会对环境造成破坏，严重影响沿线居民的身体健康和生命安全。

2  泄露检测技术

对于泄露检测技术的分类，现在没有统一的规定。根据检测过程中所使用的测量手段不同，分为基于件和软件的方法;根据测量分析的媒介不同，可分为直接检测法与间接检测法。本文对国内外近几十年来发展起来的泄漏检测和定位的主要方法进行简单介绍。

2.1  流量检测法

在管道正常运行状态下，管道输入和输出流量相等的，泄漏必然导致流量差，这种方法是最基本的泄露检测方法，可靠性较高。然而由于管道本身具有很强的弹性及流体性质变化等多种因素影响，首末两端的流量变化有一个明显过渡过程，因此，这种方法响应速度缓慢。同时，油品流量计的精度通常在0.2～0.5之间，实际的计量精度由于诸多因素的影响，以及温度、压力的测量误差，导致整个计量系统的精度通常不会高于1.0，也就是说1.0%误差内的流量偏差是检测不出来的，也不能确定泄漏点的具体位置。目前一些输油管通实装使用了该系统，将超声波流量计夹合在管道外进行测量、然后根据管道压力温度变化，计算出管道内总量，一旦出现不平衡，就表明出现泄漏。虽然流量差法不够灵敏，但是可靠性很高，可以大大减小报警的失误率。该方法不需要增加太多的仪表和通信要求，不需要详细的管道模拟仿真，在油品管线上具有一定的经济适用性。

2.2  负压波法

当泄漏发生时，泄漏处因流体物质损失而引起局部流体密度减小，产生瞬时压力降低和速度差，该瞬时的压力下降以声速向泄漏点的上下游传播。当以泄漏前的压力作为参考标准时，泄漏时产生的减压波就称为负压波。该波以一定速度自泄漏点向两端传播，经若干时间后分别传到上下游的压力传感器，压力传感器捕捉到特定的瞬态压力降的波形就可进行泄漏判断，根据上下游压力传感器接收到此压力信号的时间差和负压波的传播速度就可以定出泄漏点。

2.3  检漏电缆法

检漏电缆法多用于液态烃类燃料的泄漏检测。电缆与管道平行铺设，当泄漏的烃类物质渗入电缆后，会引起电缆特性的變化。目前已研制的有渗透性电缆、油溶性电缆和碳氢化合物分布式传感电缆。这种方法能够快速而准确地检测管道的微小渗漏及其渗漏位置，但其必须沿管道铺设，施工不方便，且发生一次泄漏后，电缆受到污染，在以后的使用中极易造成信号混乱，影响检测精度。如果重新更换电缆，将是一个不小的工程。

2.4  光缆检测法

光缆检测技术是比较有前途的泄露检测技术之一。光纤可以通过检测泄露产生的物理和化学特性参数进行泄露时间的识别和定位，通常采用的是光纤波谱中对温度敏感的拉曼散射进行监测。光缆检测泄露技术有以下几个方面的应用：

（1）通过温度监测探测泄露：这种方法通常是将光缆平行于管道安装，以便于建立管道沿线的温度图一旦泄露发生，高压气体泄露会带来泄漏点周围的急剧温降。这个特性会被光缆捕捉并识别出来。

（2）通过微小的形变探测泄露：这种方法是通过泄漏检测发生时，由于高压介质喷射带来的振动对光缆性的微小形变来确定和识别泄露。

3）分布式的光缆化学探测器：这种方法通过光缆传感器对化氢碳合物的识别来识别和定位泄露。

这种技术在目前的应用中依然存在缺陷，因为采用整条光缆作为传感器，在建立温度图谱时，光缆越长，需要分析的反射波就越多，此时系统的计算能力就受到了局限，同时对于长输管线来说，通常距离越长，而散射波的可传输距离越短。因此，对于长输管线的使用也有一定的局限性。但仍存在以下优点：独立于管线，无需在管线上开孔安装，不受管线操作模式的影响，对于短距离管线响应迅速、定位准确。

2.5  实时模型法

实时模型法是近年来国际上着力研究的检测管道泄漏的方法。基本思想是根据瞬变流的水力模型和热力模型考虑管线内流体的速度、压力、密度及黏度等参数的变化，建立管道的实时模型，在一定的边界条件求解管内流场，然后将计算值与管端的实测值相比较。当实测值与计算值的偏差大于一定范围时，即认为发生了泄漏。在泄漏定位中使用稳态模型，根据管道内的压力梯度变化可确定泄漏点的位置[1]。

2.6  放射性示踪剂检测法

放射性示踪剂检测法是将放射性示踪剂加到管道内，随输送介质一起流动，遇到管道的泄漏处，放射示踪剂便会从泄漏处漏到管道外面，并附着于泥土中。示踪剂检漏仪放于管道内部，在输送介质的推动下行走。行走过程中，指向管壁的多个传感器可随时对管壁进行监测。经过泄漏处时，示踪剂检漏仪便可感受到泄漏到管外的示踪剂的放射性，并记录下来。根据记录，可确定管道的泄漏部位。该方法优点是灵敏度高。

3  检漏方法性能指标

3.1  泄漏检测性能指标

一个高效可靠的管道泄漏检测与定位系统，必须在微小的泄漏发生时，在最短的时间内，正确地报警，准确地指出泄漏位置，并较好地估计出泄漏量，而且对工况的变化适应性要强，泄漏检测与定位系统误报率、漏报率低，鲁棒性强，当然还应便于维护。

3.2  诊断性能指标

（1）正常工序操作和泄漏的分离能力：对正常的起/停泵、调阀、倒罐等情况和管道泄漏情况的区分能力。这种区分能力越强，误报率越低。

（2）泄漏辨识的准确性：泄漏检测系统对泄漏的大小及其时变特性的估计的准确程度。对于泄漏时变特性的准确估计，不仅可识别泄漏的程度，而且可对老化、腐蚀的管道进行预测并给出一个合理的处理方法。

参考文献：

[1]靳世久  原油管道泄露检测与定位，仪器仪表学报.1997，18（4）：343～348.

[2]陈忧先  化工测量及仪表.第三版.北京：化学工业出版社.2010.

[3]苗承武  输油管道设计和管理.北京：石油工业出版社.2001.

[4]王锡钰  油气管道泄漏检测方法的研究及运用  当代化工2015年5月