基于油氣管道泄漏檢測技術的研究

楊文輝 馬利

摘 要：及時發現油氣輸送管道的缺陷，提高油氣管道泄漏檢測技術水平，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，轉變為視情維護是目前迫切需要解決的重要課題。文章就當前國內油氣輸送管道的泄漏檢測現狀進行論述，研究了較為實用的檢測技術，為油氣管道檢測工作者提供參考。

關鍵詞：泄漏檢測；檢測技術；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生油氣管道事故，準確、全面的了解管道狀態，科學的預測管道，引導業主經濟可靠的進行管道維修，保養和維修管道，為基于狀態的維修更換。因此開發油氣長輸管道的檢驗業務，技術研究，提高管道維修服務，避免事故的發生，是管道的安全運行的重要保證。

管道檢測的發展方向。油氣管道操作通常是腐蝕環境，在長距離運輸，主要是由內部腐蝕介質輸送管積液的聯合作用，污垢和管道應力腐蝕；涂層的破壞，通常是由于未能產生保護。內部腐蝕通常采用清管，加腐蝕抑制劑和其他加工手段。隨著傳輸介質的管道業主的加強，管道運行管理的嚴格要求，在很大程度上控制內部的腐蝕。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。

隨著計算機技術的普及應用，檢測技術得到了迅速的發展，逐步形成了兩個分支，即管道內檢測技術及管道外檢測技術。管道外檢測技術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。管道內檢測技術主要是為了發現缺陷的管道，內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

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，但環振動和管道泄漏是密切相關的。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在10Hz以內，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。當發現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，及時將異常數據及其GPS時間發送給監控主機。監控主機根據接收到的一端基站發送的異常發生時的GPS時間，結合管道長度、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據長度，并向該端基站呼叫對應時間段數據，然后結合兩端數據，依據神經網絡模型進行泄漏診斷分析。根據兩端基站檢測到異常信號發生的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）動態模型分析：隨著流體在管道內流動的數學模型，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、質量平衡、能量平衡和流體動力學模型的狀態方程。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，管道的連續監測。

除了造成壓力，改變管道的泄漏流量、溫度和其他條件外，同時也產生噪聲，由環境溫度和土壤電特性的變化引起的。泄漏檢測，根據這種變化包括：（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據及和分析不規則的譜；基于激光遙感探測，利用快速掃描大面積遙感技術在長輸管道氣體泄漏檢測、熱柱和提供圖像的裝置。（2）管內行走檢測器。智能清管被越來越廣泛地應用于管道的內部條件，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確定。

4 序貫檢驗的檢測技術

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，原油經輸油泵再次加壓后向下游站點輸出，并流經出口壓力表，因此每段管道上可采集兩組壓力數據。當管道輸送處于穩定狀態時，壓力在某恒定值附近波動；當管道泄漏時，原有穩定狀態被破壞，輸送壓力下降，且無法回到平衡狀態，此時利用一個壓力點的數據就能判斷泄漏，在泄漏點定位時則要利用兩組數據進行綜合判斷?；谛蜇灆z驗的泄漏定位是利用傳統的壓力梯度，當管道發生泄漏時，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實意義。檢測油氣管道泄漏有很多技術措施，各種技術都有自己的優勢，但對獲取信息的要求也不一樣，而具有挑戰性的要求仍然存在，因而對油氣輸送管道的泄漏檢測技術還有待進一步研究。

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

馬利（1984-），女，本科學歷，從事生產調度工作。