輸油管道泄漏檢測方法探究

劉麗麗+++樊延虎+++李新林+++周美麗

摘 要：有效的輸油管道泄漏檢測技術，才能夠預防管道泄漏。文章介紹了負壓波檢測法、流量平衡檢測法，音波檢測法，但它們各有優缺點，鑒于它們有著互相可以彌補的優勢，文章將以負壓力波法為主，音波測漏法和流量平衡法為輔的檢測系統作為研究對象進行分析。

關鍵詞：輸油管道；泄漏檢測；方法

1 管道泄漏的檢測方法

管道泄漏的檢測方法比較多，大多數情況下，運用一種檢測方法是不夠的，需要綜合運用多種技術進行檢測，實現對輸油管道泄漏的檢測以及準確定位。下面介紹幾種常用的檢測方法。

1.1 負壓波檢測法

管道發生泄漏時，由于管道內外有壓力差，泄漏的地方流體迅速流失，壓力下降，泄漏點液體由于壓差而向泄漏點處補充，這一過程依次向上下游傳遞，相當于一個泄漏點處產生了一個以一定傳播速度的負壓力波。要求安裝在泄漏點兩側的傳感器能準確捕捉到包含有泄漏信息的負壓力波，再根據壓力波的幅值變化梯度和泄漏產生的瞬時壓力波傳到上下游傳感器的時間差，就可以確定泄漏量和泄漏點。負壓波法有較好的檢測速度和定位準確度，但是容易受管道運行工況的影響，在壓力波動較小的情況下，傳到傳感器的信息能量很低，經常會被噪聲淹沒而分辨不出有用信號，所以負壓波法對于管道中出現的小泄漏（如滲漏等）很難檢測。

1.2 流量平衡法

流量平衡法是根據質量守恒理論，當管道沒有發生泄漏時，管道入口的流量理論上等于管道出口的流量，但實際上，輸入量和輸出量會有一個差值，在沒有發生泄漏時這個差值幅度會比較穩定。當發生泄漏后，管道入口的流量和管道出口的流量會有一個明顯的流量差。用實時監控差值的方法，如果差值的穩定狀態破壞了，比如差值幅度明顯上升，就可以斷定管道出現異常情況，并且可以準確計算出泄漏量。流量平衡法優點是成本較低、靈敏度高、安裝方便、設備簡單，缺點是不能發現泄漏點的位置。

1.3 音波泄漏檢測

音波泄漏檢測的原理是利用音波傳感器檢測管道內介質傳播的音波信號，然后進行泄漏信號的檢測和泄漏點的定位。當管道破裂時，會有泄漏壓力，這將影響流體并產生一短暫音波，音波以管內的流體為傳輸介質，并利用管道內壁為反射體向管道兩端擴散，安裝在管道兩端的數據采集處理器會立刻接收管道內流體介質泄漏瞬間所產生的音波震蕩，通過比較數據庫中的模型來確定管道是否發生了泄漏，以及泄漏量等；同時利用管道兩端的現場數據采集處理器來傳送信號時差，從而判斷泄漏位置。安裝在監測管道兩端的音波傳感器不斷地將接收到的信號傳送到現場數據采集處理器中，而這些信號與安裝在現場的GPS接收器的時間信號對應；在管道正常運行的情況下，音波傳感器接收的信號處理為背景噪音。當管道發生泄漏時，泄漏音波信號和管道正常情況下的背景噪音一同傳到音波傳感器，經音波測漏系統監測，系統將迅速根據捕捉到的微小震動信號判斷管道的泄漏孔徑和泄漏位置，同時報警，以保證管道輸送的安全。音波測漏法是通過對產生的噪音進行檢測，但在穩定的噪音分析上并不敏感。

2 系統設計方案

以上幾種方法各有優缺點，負壓力波法是在泄漏的瞬間捕獲泄漏的相關信息，音波測漏法是通過泄漏時產生的噪音進行檢測，檢測的是一個聲音信號。前者只能對管道泄漏量較大的情況報警，而且不能對泄漏進行預防；后者是對泄漏音波進行檢測，正好彌補了負壓波法的不足?；谝陨系睦碚?，文章采用流量平衡法、負壓波法和音波法聯合來進行泄漏檢測和定位，從而做到有效的預防和及時的報警。

系統的總體結構框圖如圖1所示。由監控中心、信號采集系統、GPS系統、通信系統等組成，信號采集系統完成對管道壓力，流量，音波等狀態參數的采集，這些模擬量通過采集系統傳入RTU轉化為數字信號。在信號被采集后，需要在數據中加入由GPS系統提供的時間信息，以便在進行泄漏檢測和定位時，其數據起始點能夠保持一致。由于中心監控機具有強大的運算功能和數據處理能力，因此，它是這個系統的核心。各監測點的信號采集系統采集到的管道狀態數據，通過電臺將管道端采集到的壓力、流量，音波等信號傳輸到監控中心。中心監控機使用音波，壓力，流量聯合判別法對數據進行處理。當判斷管道發生泄漏時，首先運用小波對信號進行濾波，然后再運用互相關法確定其差值，其后，運用泄漏的基本原理公式計算出管道泄漏點的位置。報警信息及泄漏點信息將顯示于中心監控機軟件界面上。

3 結束語

隨著管道工業的發展，對管道泄漏檢測與定位的要求也越來越高，單一的檢測與定位方法已不能滿足生產需要。本系統采用基于負壓波、流量平衡、音波聯合判別泄漏的檢測方法，結合了小波變換、RTU傳輸、GPS等先進技術，編寫可視化監控軟件，克服了常規管道泄漏監測方法的一些缺點，具有廣闊的應用前景。此系統有以下一些特點：（1）能可靠地監控輸油管道運行、顯示管道實時運行數據和波形圖，并能及時準確定位泄漏點?？梢詫v史數據保存，方便操作人員查詢和綜合分析來診斷事故。（2）在輸油管道泄漏檢測與定位系統的基礎上，也可應用于城市供水、供氣等領域。

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作者簡介：劉麗麗，延安大學，碩士，實驗師，主要研究方向信號與信息處理。

樊延虎，延安大學，教授，碩士研究生導師。

李新林，延長石油集團管道運輸公司，碩士，工程師，主要研究方向信號與信息處理。

周美麗，延安大學，碩士，講師，主要研究方向信號與信息處理。endprint