輸油管道泄漏檢測定位技術及其應用

王勃 盧星辛 李福然（長慶油田分公司第三輸油處 寧夏 銀川 750006）

引言

管道運輸作為與公路、鐵路、水運、航空并駕齊驅的五大運輸行業之一，已成為現代化工業和國民經濟的命脈，尤其是進行原油、天然氣運輸的長輸管道，其地位顯得更加重要。

目前，在國內外各大油田企業生產實際中，大部分運輸管道均處于野外環境中，且運輸長度動輒成百上千公里，傳統的人力沿線巡查無法保障緊急情況下的應急反應，沿線排查的處置只會造成損失的進一步擴大。隨著工業自控技術與通訊網絡的不斷發展，即時的泄漏檢測與定位技術已成功應用于管道運輸的保障，并在實際應用過程中不斷完善，成為預警管道泄漏的第一道防線。

一、泄漏檢測技術現狀

在實際的生產應用中，存在多種多樣的泄漏檢測方法，從簡單的人工巡檢到復雜的軟硬件相結合的基于知識的方法，從陸地檢測到海底檢測，甚至利用飛機或衛星遙感檢測大范圍管網等，方式不同且技術差別很大，通常而言，可從以下幾個方面對現有的泄漏檢測技術進行歸納分類：

1.泄漏介質檢測法

利用傳輸介質本身的特點或向傳輸介質中添加一些特殊性質的液體以便于發現泄漏，比較典型的是添加臭味劑，如硫化物，這樣管線一旦發生泄漏很容易的被巡線工人或其他人員發現。

也可利用油溶性電纜或分布式傳感電纜來檢測，將電纜與管道平行鋪設，管道發生泄漏后，管道露出的介質滲入電纜，引起電纜特性的變化。

2.管壁參數檢測法

通過檢測管壁缺陷來判斷是否有泄漏發生，通常是將管道內探測器從被檢管線的一端放入，令其沿著管線前進，檢測管道內壁的腐蝕情況、缺陷及焊接的狀況等。該方法雖能獲得被檢管線詳細的質量報告，但該方法的檢測設備及檢測費用昂貴，對管道的要求高，而且無法做到實時連續檢測。

3.光纖傳感檢測法

利用分布式光纖溫度傳感器檢測管線周圍的溫度變化或利用光纖振動所產生的信號折射差異率化來感知管線是否發生泄漏。

4.聲學原理檢測法

這是一種基于聲學原理的方法，管線破裂時會產生高頻的振動噪聲，這種噪聲會以波的形式沿管壁傳播，通過安裝在管線上的傳感器來捕捉該信號。

負壓波法是一種廣泛使用的方法，具有靈敏、準確、無需建立管道的數學模型，原理簡單，適用性強等特點。

5.基于軟件的檢測法

隨著計算機、信號處理、模式識別等技術的發展，基于軟件的檢測方法逐漸成為主流和趨勢，該類方法是對實時采集的壓力、流量、溫度等信號進行實時分析和處理。以此來判斷泄漏和定位。如質量-流量平衡法、壓力梯度法、相關分析法、實時模型法等。

6.基于知識的檢測法

主要是基于神經網絡和模式識別的方法。

隨著檢測技術的不斷完善和計算機技術的發展，在一套泄漏檢測系統中可能融合了多種檢測方法。從目前國內實際應用情況來看，以負壓波為主、流量平衡為輔的方式應用最為廣泛。

二、基于瞬態負壓波技術的泄漏檢測定位系統

1.瞬態負壓波法原理

輸油管道一旦發生泄漏，泄漏處會因流體物質損失而引起局部流體密度減小，從而產生瞬時壓力降低，這個瞬時的壓降則以聲速向泄漏點上、下游同時傳播，當以泄漏前的壓力作為參考標準時，泄漏產生的減壓波就成為了負壓波。

通過在管段兩端安裝壓力變送器采樣壓力信號，利用負壓波通過上、下游測量點的時間差（Δt）以及負壓波在管線中的傳播速度（a），可以確定泄漏點的位置（X）。

2.泄漏檢測定位系統

根據實際生產需求，國內某油田企業下屬輸油公司建設了基于瞬態負壓波技術的泄漏檢測與定位系統，所建管線泄漏檢測定位系統主要由如下幾方面組成：

⑴現場儀表：羅斯蒙特3051型壓力變送器，防砂型腰輪流量計，PT 100型溫度變送器。

⑵數據采集：AB M icrologic1400 RT U控制器。

⑶通訊鏈路：有線光纖通訊與無線3G通訊混合組成。

⑷泄漏軟件及定位軟件：管道泄漏檢測及定位系統PLF 3.1（PiperLeakF inder3.1）,施耐德電氣VijeoCitect7.1.

通過現場設備安裝及控制中心的軟件編程，該輸油公司完成了泄漏檢測與定位系統的建設，并已投入正常生產。

三、泄漏檢測定位系統的實際應用

系統建設完成后，為檢測系統的泄漏響應時間、泄漏定位準確度，確保系統起到正常的防護預警作用，經生產協調，該公司進行了一系列的泄漏試驗，通過選取各管段具有代表性的閥室進行了人工放油測試，共測試13次。系統設定檢測閥值為瞬時3立方米/小時，當現場放油達到該值后1～3分鐘內系統即可發出泄漏報警，且總體定位精度在實際操作點±500米之內，當系統檢測到泄漏報警后即停止試驗，每次放油約0.5立方米。通過測試結果表明該公司泄漏檢測系統的各項指標滿足設計要求。

結束語

基于瞬態負壓波技術的管線泄漏檢測與定位系統的建設，非常成功的解決了傳統巡線模式下應對泄漏事件反應速度過慢、漏點不易確定等問題，通過實際應用驗證，系統通過實時監測壓力波動，智能分析壓力曲線，能夠在泄漏事件發生，及時預警、準確定位，極大的提高了應急處理的響應時間，從根本上將泄漏造成的損失降至最低，為企業創造了可觀的經濟效益，也為社會減少環境污染成本的支出做出了很大貢獻。

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