輸油管道泄漏監測探討

李保平，潘世豪，秦孝康

（1. 中國石化管道公司 聊城輸油處 河南省南陽市473000；2.鄭州大學 化工與能源學院 河南省平頂山市467000；3.鄭州大學 機械工程學院 河南省安陽市455000）

1、輸油管道監測現狀

作為第五大運輸業的管道運輸在各國石油化工行業的油氣運輸中得到了廣泛應用， 而相應的輸油管道泄漏監測技術在也受到了廣泛的重視。 西方發達國家的管道輸送與管道泄漏監測起步早、發展快，我國與發達國家相比，管道運輸起步較晚，自動化管理水平較低,運行監測系統不夠完善,與此同時，我國供油網絡管道綿長，許多為無人區,如管道受破壞,進行修復將花費大量人力物力,如未及時發現,將造成重大財產損失，并且會對環境造成污染。 因此,輸油管道泄漏監測系統的研究不可忽視。

2、管道監測技術分類

國內外管道泄漏監測的主要方法有壓力梯度法、 負壓力波法、音波法、超聲波檢測法、光纖傳感、瞬變流法、統計分析法等方法。 這些方法的適用場合和特點各不相同,依據其測量手段的不同,可以將其分為三類：生物方法、硬件方法和軟件方法。

2.1、生物方法

生物檢測也稱直觀檢測,是傳統的泄漏檢測方法,主要是在管道的輸送介質中添加硫化物類臭味劑如四氫噻吩等,利用人或經過訓練的動物(狗)沿管線分段巡視，聞管道中釋放出的氣味或聽異常聲響等。 這種方法簡單易行、直接準確,但靈敏度低、實時性差、耗費大量人力。

2.2、硬件方法

2.2.1 溫度檢測器

該方法利用溫度傳感器測定管線各處的溫度變化。 如將多傳感器電纜鋪設在管線的附近， 油氣泄漏時將影響周圍土壤溫度，通過采樣各處溫度變化并對比歸納確知各處油氣泄露與否。

2.2.2 聲學檢測器

其原理是當管道某處發生泄漏時，該處局部流體密度減小，瞬態壓力突降，形成一個負壓波。 同時，油品外泄與管壁摩擦，產生寬頻帶聲波信號。該負壓波和音波信號向管道兩端傳播。經若干時間上下游壓力傳感器捕捉到特定的瞬態壓力波形， 然后結合信號分析、小波變換、模式識別等技術即可實現泄漏判斷。 根據上下游壓力傳感器接收到壓力信號的時間差， 由負壓波在介質中的傳播速度就可以確定泄漏點。 該方法的定位準確度取決于各站點計算機系統時鐘的一致程度。

美國休斯頓聲學系統公司(ASI)是聲學檢測技術在管道領域的應用先驅，其聲學檢漏產品波敏系統(wavealert),以實時管道監控為特色， 缺點是受檢測范圍的限制必須沿管道安裝很多聲音傳感器。

2.2.3 光纖檢測器

該方法以光通信技術和信號處理技術為依托， 為一種新型傳感器技術，或將成為未來油氣管道安全監測的主要發展方向。較早運用干涉式分布光纖傳感技術的是澳大利亞的FFT 公司。干涉式光纖傳感技術采用普通通信光纜作為傳感原件， 利用光纖長度、 折射率等特性易受溫度、 壓力或振動等因素影響的特性。 通過分析光纖中光的改變得知物理場的變化,這樣就實現了隱蔽、實時、可精確定位管道檢測。 FFT 的監測技術能夠在外界對管道造成破壞之前預測告警，爭取一定的防范時間，這給扭轉當前管道泄漏監測的被動局面帶來了希望。

2.2.4 氣體檢測器

原理是通過檢測有無可燃性氣體來確定是否發生了油氣泄漏， 一般使用基于接觸燃燒熱原理的便攜式氣體采樣器沿管道行走對空氣進行檢測。 其檢測儀器主要有火焰電離子檢測器和可燃性氣體檢測器。 該方法靈敏度高、不易受影響、定位準確，但無法實現長距離連續檢測，而且設備費用昂貴，通常作為輔助手段來使用。

2.3、軟件方法

采用由數據采集與監控(SCADA)系統提供的流量、壓力、溫度等數據，通過對這些參數的跟蹤測量，利用動力模型和壓力點分析軟件來檢測泄漏。 此方法的先驅為殼牌公司的專利產品ATMOS Pipe 管道泄漏監測系統。 ATMOS Pipe 通過對流體的流量、壓力等參數的測量，利用模式識別及統計分析技術，運用軟件計算管道是否泄漏、 位置和大小。 基于軟件方法的ATMOS Pipe 系統具有靈敏度高，可靠性高，經濟安全，易于安裝維護等優勢。

3、管道檢測的發展

目前來說上述方法對人工依賴性仍很高， 很多處于自然環境惡劣、 交通不便地區的站場仍無法設計成完全無人或者少人值守的自動操作方式，這給企業增加很大的運行成本。

在網絡化，數字化的大趨勢下，以網絡為依托，以數字處理技術為核心，綜合利用光電液壓等傳感器、數字化圖像處理、嵌入式計算機系統、數據傳輸網絡、自動控制和人工智能等技術對石油管道進行自動化數字化的監測將會使管道監測更加準確有效。 在這種自動化監測模式下，沿輸油管道設立中心站、遠程子站和泵站即可。 子站或泵站利用RTU 作為遠端檢測控制單元裝置，對現場的物理信號及設備的運行狀態進行監控，通過網絡與中心站實現通信。 中心站進行信息匯總和數據處理，管理人員可以進行記錄查詢、視頻監控等操作，真正做到了遠程、實時、集中、全面的掌握。

4、結束語

隨著對石油需求不斷增加， 我們應積極采用經濟有效的管道泄漏監測技術，及時發現泄漏，迅速采取措施，將事故的發生機會降到最低， 將事故的損失降到最低， 為我國經濟的穩健發展，社會的穩定做出貢獻。

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