天然氣管道泄漏檢測(cè)

陳剛(中國(guó)石油西南油氣田分公司輸氣管理處合江作業(yè)區(qū)，四川 瀘州 646200）

天然氣管道泄漏檢測(cè)

陳剛(中國(guó)石油西南油氣田分公司輸氣管理處合江作業(yè)區(qū)，四川 瀘州 646200）

天然氣管道的安全運(yùn)行是管道企業(yè)努力的目標(biāo)，管道在運(yùn)行過(guò)程中，受管道質(zhì)量、地形、管道腐蝕等因素影響，引發(fā)天然氣泄漏，帶來(lái)嚴(yán)重后果。80年代，很多管道企業(yè)開(kāi)始對(duì)管道泄漏進(jìn)行研究，尋找管線泄漏檢測(cè)的有效方法。但由于管道所處環(huán)境的多樣性，管道泄漏檢測(cè)和定位問(wèn)題沒(méi)有一種通用的方法。因此探索高效的天然氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)，準(zhǔn)確定位報(bào)告事故發(fā)生信息具有重要的生產(chǎn)意義。

管道泄漏；檢測(cè)；壓力波；聲波；SCADA

1 天然氣管道泄漏的特點(diǎn)

（1）天然氣在較小泄漏時(shí)，不易檢測(cè)。

（2）天然氣含有硫化氫一氧化碳等有害物質(zhì)，泄漏對(duì)人畜傷害大。

2 管道泄漏檢測(cè)和定位的技術(shù)現(xiàn)狀

1、直接檢測(cè)法：直接在運(yùn)行的天然氣管道巡檢。在天然氣中加入加臭劑，員工在管線上巡回時(shí)；當(dāng)出現(xiàn)泄漏，加臭劑的味道被巡管員工察覺(jué)，可達(dá)到對(duì)泄漏點(diǎn)的定位。伴有泄漏檢測(cè)的電纜法和光纖法，就可以使用儀器輔助檢測(cè)。這就是天然氣管道企業(yè)常用直接檢測(cè)法。這種依賴員工敏感性、責(zé)任和經(jīng)驗(yàn)的方法，給泄漏檢測(cè)帶來(lái)很多不確定因素2、間接檢測(cè)法：利用管道流體的平衡性能檢測(cè)到管道泄漏問(wèn)題，利用員工專業(yè)的技能知識(shí)，在運(yùn)行中及時(shí)判斷泄漏的發(fā)生和計(jì)算大致泄漏點(diǎn)，該檢測(cè)方法對(duì)大量泄漏能實(shí)現(xiàn)及時(shí)檢測(cè)，應(yīng)用性非常高。但該方法也存在著因?yàn)榱髁繑?shù)據(jù)不確定、管道剩余物質(zhì)的錯(cuò)誤估計(jì)等因素導(dǎo)致計(jì)算偏差。(3)管道泄漏自動(dòng)定位檢測(cè)技術(shù)隨著信息技術(shù)加速提升，計(jì)算機(jī)的普及，讓SCADA系統(tǒng)在天然氣管道運(yùn)輸?shù)膹V泛應(yīng)用，為能夠?qū)崿F(xiàn)泄漏檢測(cè)提供了保障。利用系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和分析處理，為泄漏檢測(cè)提供了重要依據(jù)，石油天然氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)就建立這一基礎(chǔ)上。

3 天然氣管道泄漏檢測(cè)的技術(shù)方法

管道發(fā)生破裂時(shí)，天然氣因管道內(nèi)外的壓差使之噴出形成泄漏，造成管道內(nèi)流體能量釋放，產(chǎn)生瞬間聲波和負(fù)壓波傳播。我們可以通過(guò)傳播原理計(jì)算管道泄漏點(diǎn)位置。當(dāng)輸送管道發(fā)生泄漏時(shí)泄漏部分產(chǎn)生有物質(zhì)損失，漏失點(diǎn)管線壓力下降，流體密度減小，而管道流體的連續(xù)性使得流速不變，從而泄漏點(diǎn)形成壓力差，導(dǎo)致流體填充漏失區(qū)域，引發(fā)區(qū)域內(nèi)密度和壓力降低，在水力學(xué)上稱為負(fù)壓波。緣管道傳播的負(fù)壓波包含了泄漏的信息，在波導(dǎo)的作用下可以傳播數(shù)十公里以上的距離。我們用管道兩端的壓力傳感器收集到負(fù)壓波到達(dá)的時(shí)間差，從而定位出泄漏點(diǎn)。假設(shè)t1t2分別為負(fù)壓波從泄漏點(diǎn)傳到上下游變送器所消耗的時(shí)間(s)，v為傳播的速度（m∕s）,x是泄漏點(diǎn)到上游壓力變送器距離（m）L為管道上下游壓力變送器距離（m）.那么根據(jù)公式可知t1+t2=L∕v t1-t2=t x=t1v那么x=(L+t.v)∕2輔以流體流速v0對(duì)負(fù)壓波傳播進(jìn)行修正x=（l(v-v0)+(v2-v02）)∕2v，因此通過(guò)軟件對(duì)采集數(shù)據(jù)波形進(jìn)行分析準(zhǔn)確找到壓力降時(shí)間差，從而計(jì)算出泄漏點(diǎn)。1、管道泄漏引起的瞬間聲波震蕩，產(chǎn)生音波信號(hào)。該信號(hào)屬于連續(xù)發(fā)射信號(hào)并以管道介質(zhì)為載體向上下游傳播。在管道兩端安裝音波傳感器，根據(jù)上下游音波信號(hào)的時(shí)間差以及音波在介質(zhì)中的傳播速度就可以計(jì)算出泄漏位置設(shè)t1t2分別上下游檢測(cè)到的音波信號(hào)時(shí)刻，則t1-t2為兩者時(shí)間差T(s)，t上=x∕v t下=(l-x)∕v T=(2x-l)∕v x=(L+T.v)∕2=l+(t1-t2)∕2由此可見(jiàn)聲波傳輸?shù)缴舷聜鞲衅鞯臅r(shí)間差T以及波速v的準(zhǔn)確直接影響對(duì)泄漏點(diǎn)的定位，我們將流體流速u及采樣周期T上下游數(shù)據(jù)奇異點(diǎn)位置差N考慮到以上計(jì)算。V上=v-u V下=v+u 則x=l.(v-u)+(v2-u2)NT∕2V可以計(jì)算出泄漏點(diǎn)。2、天然氣具有很強(qiáng)的壓縮性，導(dǎo)致壓力密度等物理參數(shù)變化范圍大。信號(hào)傳播變化復(fù)雜，而且高壓天然氣密度大幅度變化造成能量快速衰減捕捉泄漏信號(hào)困難，同時(shí)泄漏聲波的多樣性信號(hào)的突發(fā)性和不確定性信號(hào)的傳播途徑環(huán)境噪聲等復(fù)雜因素，使得單一的檢測(cè)手段不能滿足于天然氣管線的泄漏檢測(cè)，根據(jù)忠武線檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用，利用成熟的SCADA系統(tǒng)可選擇聲波法和負(fù)壓波法共同對(duì)管道進(jìn)行泄漏檢測(cè)，用動(dòng)態(tài)壓力傳感器直接測(cè)量管道壓力的動(dòng)態(tài)變化盡可能反應(yīng)出管道泄漏引起的壓力動(dòng)態(tài)變化，雖然動(dòng)態(tài)壓力傳感的聲波管道泄漏檢測(cè)比給予壓力變送器管道泄漏檢測(cè)具有更高的靈敏度，但對(duì)于壓力變化緩慢的場(chǎng)所，采用壓力變送器可以檢測(cè)壓力改變，而動(dòng)態(tài)壓力傳感器則不一定起反應(yīng)。所以負(fù)壓波結(jié)合聲波的特點(diǎn)就是利用現(xiàn)有的壓力變送器于動(dòng)態(tài)壓力傳感器相結(jié)合，利用通訊傳輸，在中心站上位機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)合泄漏檢測(cè)和定位計(jì)算發(fā)現(xiàn)泄漏和定位點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

由于管道安全運(yùn)行的重要性，在工程設(shè)計(jì)中，對(duì)故障出現(xiàn)的原因，位置以及后果都明確考慮，才能制定出科學(xué)應(yīng)對(duì)方式；采用負(fù)壓波和聲波檢測(cè)相結(jié)合的方式是基于目前現(xiàn)有的技術(shù)和設(shè)備采用的有效檢測(cè)手段。在設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中與SCADA系統(tǒng)保持一致測(cè)試時(shí)在現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)基礎(chǔ)上安裝調(diào)試天然氣管道泄漏系統(tǒng)，為管道安全運(yùn)行加上一道安全鎖

[1]江秀漢，等長(zhǎng)輸管道自動(dòng)化技術(shù)。西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社2000.

[2]吳愛(ài)國(guó)何信油氣長(zhǎng)輸管道SCADA系統(tǒng)綜述油氣儲(chǔ)運(yùn)2000,19.

[3]趙竟奇管道水擊原因分析。油氣儲(chǔ)運(yùn)，1999.18（5）.