石油天然氣長輸管道的泄漏原因及檢測方法分析

何緒春

(中煤科工集團重慶設計研究院有限公司， 重慶 400016)

石油天然氣長輸管道的泄漏原因及檢測方法分析

何緒春

(中煤科工集團重慶設計研究院有限公司， 重慶 400016)

石油天然氣輸送管道的泄漏問題日益受到人們的重視。本文簡析了石油天然氣長輸管道發生泄漏的原因，并結合多年工作經驗對石油天然氣長輸管道泄漏檢測及定位技術進行分析。

石油天然氣；長輸管道；泄漏檢測；定位方法

前言：隨著油氣工業的不斷發展，管道運輸已成為石油天然氣運輸的主要方式，油氣管道建設規模已成為各國經濟發展的主要標志之一。隨著油氣輸送管道建設長度的增加，運行使用年限累積，管道泄漏風險日益突出，管道安全已經成為社會廣泛關注的問題之一。經過檢測和維修管道，降低事故發生的風險，可延長管道的服役年限，減少環境污染和經濟損失。

1 石油天然氣長輸管道發生泄漏的原因分析

1.1 管道質量因素

管道材料、焊接材料、施工質量等管道自身質量的優劣，是管道發生破損泄漏的一個重要因素。管道質量出現不合格主要有兩方面原因，一是管道材料不合格，部分施工企業對管道質量的重視不足，使用質量相對較差的材料，甚至偷工減料以謀取私利，導致本身存在質量缺陷的產品和材料混入工程中。另一方面，某些施工單位管理體制存在漏洞，一線施工人員專業技術水平參齊不齊、檢驗驗收管理不嚴格，導致管道焊接質量不過關、應力安裝、暴力施工、偽造檢驗結果等，都給油氣管道工程的運營帶來很大的安全隱患。

1.2 管道腐蝕因素

管道腐蝕也是石油天然氣長輸管道發生泄漏事故的主要原因之一，占據管道事故總發生率的40%以上。造成管道腐蝕的原因主要有兩個方面，一是石油天然氣長輸管道輸送的介質品質不高，含二氧化硫、硫化氫、二氧化碳、水等雜質，在其各類氧化作用下會對管道的內部造成各種腐蝕。另一方面，土壤環境的土壤的酸堿度、氧化還原電位、電阻率、含水量、密實度、含鹽種類、濕度、雜散電流等，均會直接或間接影響對埋地鋼制管道的腐蝕[1]。

1.3 陰極保護失效因素

陰極保護，主要是通過在被腐蝕金屬結構外施加電流，從而確保被保護的結構呈陰極，可以有效避免腐蝕情況的發生，防蝕效果無可替代。但在實施陰極保護的過程中，往往由于一些具體問題、特殊問題，影響了陰極保護的防蝕效果。如管道穿越鐵路公路時設置套管的內部充水導致局部失效、陽極區出現中斷或者斷電、外部電流搭接到管道上等，均會導致陰極保護失效，從而降低陰極保護的效率、甚至導致管道腐蝕穿孔等事故。

1.4 人為破壞因素

人為破壞造成長輸管道泄漏的事故也時有發生，主要存在兩種情況：一是，長輸管道在油氣輸送過程中，受到不法分子的竊取導致管道破壞；例如2003年12月19日，蘭成渝成品油管道由于打孔盜油而造成了管道的爆裂，噴出油柱高達10米，損失數百萬。二是，人們進行生產活動和工程建設過程中，因重視度不夠，直接或間接對長輸管道造成破壞等[2]。例如2005年11月28日，義馬-鄭州長輸燃氣管道在滎陽市李克寨村被挖掘機挖開為70mm×90mm的裂口；以及2010年7月16日，因第三方公司違規向管道中注入脫硫劑，中石油大連新港輸油管線發生爆炸，造成新大線緊急停輸，泄漏原油3000噸，50平方公里海域受污染。

1.5 自然災害因素

地震、暴雨、山體滑坡、泥石流、洪水等地質災害也是導致管道泄漏的因素之一。地表發生沉降、裂縫、塌陷、滑移、水土流失進而是造成管道受力超過材料極限被破壞，引起管道泄漏。例如2001年11月14日，青藏高原北部昆侖山脈發生MS8.1級地震，導致該地區內的一條輸油管道發生4處以上的毀壞[3]。

2 石油天然氣長輸管道的泄漏檢測方法

油氣輸送管道泄漏不僅會造成大量石油天然氣資源的浪費，帶來生產和經濟上的不利影響，同時也會對自然環境和人類生命安全造成重大隱患，因此及時發現管道泄漏，并進行維修，可有效減小因管道泄漏帶來的影響。隨著科技的進步，石油天然氣長輸管道的泄漏檢測及定位方法逐漸成熟，以檢測參數特點區分，可分為直接檢測法和間接檢測法兩大類。

2.1 直接檢測法

該類方法主要通過對油氣管道泄漏物、泄漏點外部環境變化、泄漏點聲光特點、等進行直接檢測，發現并定位管道泄漏的檢測方法。傳統的人工巡檢法在一定時間內對油氣管道泄漏的發現起到不小作用，隨著現代化工程技術的應用，示蹤劑檢漏法、電纜檢漏法、光纖檢漏法以及智能清管器(PIG)檢漏法等在直接檢測管道泄漏和定位方面都得到很好的工程利用。

(1)人工巡檢法

該種檢漏法是由具經驗的技術人員直接觀察、使用便攜式專業儀器或訓練有素的動物對管道進行巡線檢漏[4]，通過檢查管道泄漏處的土壤、油污、油氣濃度、聲音、燃燒火焰、氣味等特點，以及收集周邊群眾舉報信息，可準確判斷管道泄漏情況以及泄漏位置。人工巡檢法的優點是簡單可靠、識別率高，能準確判別發生泄漏的位置；人工巡檢還可及時發現外界施工、地形地貌變化等泄漏高風險地區，便于提前采取處置方案防患于未然。人工巡檢的缺點是由于巡檢周期的時限特點，存在及時性不高、效率低下、容易漏判，且沼澤、湖畔、沙漠等不利于通行地帶，以及臺風、暴雨、風雪等惡劣天氣均會造成巡檢困難。

(2)示蹤劑檢漏法

該種檢漏法是將具有放射性的物質，如碘-131、溴-82、鈉-24等介質注入管道，通過檢測管道外部示蹤劑的附著情況，從而判斷泄漏的位置。該方法的優點是檢測靈敏、可識別微小泄漏點，泄漏點定位準確；不過這種檢測方法因操作周期長、環境污染風險高、維護成本高且不適于在線運行的管道，近期已經很少運用。

(3)電纜檢漏法

該種檢漏法主要用于原油、成品油等液態油氣輸送管道的泄漏檢測，原理是油溶性電纜、分布式傳感電纜或滲透性電纜等特種電纜，其電氣性能會在泄漏物的作用下發生變化，通過檢測與輸油管道伴行的電纜的電氣特性，即可判斷管道是否出現泄漏以及泄漏的位置。該種方法的優點是，對微小泄漏可檢測、泄漏點定位較準確；其缺點也比較明顯，一是電纜制作工藝復雜，材料成本及施工費用較高；二是其電纜為一次性，一旦某處油氣管道出現過泄漏，該段電纜就需更換，其檢修和維護工作量大；因此，電纜檢漏法也未得到大面積推廣。

(4)光纖檢漏法

該種檢漏法是利用伴隨油氣輸送管道平行敷設檢測光纜，作為檢測管道泄漏物質或檢測泄漏部位的溫度特征、壓力特征、振動特征、應變特征等參數的設施，組成的分布式傳感器，通過對通信光纜傳輸的檢測信號進行科學分析后，從而實現對管道泄漏的檢測和泄漏位置確定的檢漏方法。隨著近年來光纖技術的發展，國內外采用光纖傳感技術進行檢漏的手段逐漸成熟[5]，應用較為廣泛的幾種有：①光纖布拉格光柵(FBGZ)法，通過監測泄漏物質造成光纖變形的實現管道泄漏檢測；②光時域反射(OTDR)法，基于布里淵散射(Brillouin)和拉曼散射(Raman)原理和光時域反射技術，通過監測管道泄漏處溫度、振動參數來實現管道泄漏檢測；③干涉型泄漏檢測法，基于薩格納克(Sagnac)光纖干涉架構、基于馬赫－曾德爾(Mach－Zehnder)光纖干涉原理以及基于Sagnac和Mach－Zehnder混合型光纖干涉原理[6]，通過監測管道泄漏處噪聲等參數來實現管道泄漏檢測。

光纖檢漏法以油氣輸送管道伴行光纖作為檢測儀器，光為檢測和傳輸媒介，設備本體具有抗氧化、耐腐蝕、壽命周期長，檢驗手段具檢漏識別率高、定位準確、可實時在線監測，同時具備有抗電磁干擾能力強、無電火花等優點。光纖檢漏法在油氣輸送管道工程應用越來越廣泛。

(5)智能清管器(PIG)檢漏法

該種檢漏法是利用智能清管器(PIG)[6]，在油氣管道輸送介質推動或自身動力的作用下在管道內爬行，借助其攜帶的檢測儀器，實現對管道泄漏以及腐蝕或焊接缺陷進行檢測并定位。應用較廣泛的方法有：①超聲檢測(UT)，需與管壁進行解除耦合，常用于油品管道，不適用于天然氣管道；②漏磁內檢測，通過激勵并檢測磁力回路檢測管壁泄漏及缺陷，檢測設備較長，需防止卡掛；③渦流內檢測，通過檢測勵磁線圈渦流參數對管壁泄漏及缺陷進行檢測；④可視成像檢測，利用搭載的可視攝像頭所獲取的圖像信息進行檢測，主要檢測內表面缺陷。

智能清管器具有準確定位，不僅可對管道泄漏進行檢測，還可通過探明管道腐蝕減薄、外力變形、焊縫裂紋等管壁缺陷，預先對管道進行維護降低管道運行風險，是管道完整性管理的重要手段。隨著橢球形、球形等高通過性智能檢測器的開發，為在線檢測提供極大的便利。

2.2 間接檢測法

間接檢測法是通過收集并分析油氣管道運行的物理參數，如：壓力波、音波、流量的等的特點，來檢測管道是否發生泄漏并對泄漏位置進行定位的一類方法。

(1)體積或物質平衡法

該方法是測量進入和流出管道的流體的體積或質量，通過對比兩者是否一致來判斷管道是否發生泄漏。這類方法的優點是原理簡單，缺點是對于檢測運行狀況不穩定的管道和少量泄漏的時不宜準確發現泄漏，且無法對泄漏點進行定位。

(2)壓力梯度法

油氣管道在理想狀況下，管道沿線壓力梯度隨距離呈線性變化，而出現了泄漏的管道其沿線壓力會出現拐點，通過檢測管線上壓力變化，分析壓力梯度變化，可對管道泄漏進行檢測，并進行定位。由于實際運行的管道受粘度、傳熱、線路起伏等影響，沿線的壓力梯度并非線性，因此該方法的定位精度較差。但壓力梯度法仍可以作為一種的輔助手段。

(3)負壓波泄漏檢測法

當油氣管道局部發生泄漏時，由于管道內外的高壓差，會在泄漏點瞬間形成一個相對低壓，這個低壓會以波的形式向管道上下游傳播，這個波就是負壓波。通過檢測負壓波可以對泄漏進行檢測，分析負壓波到達上下游監測儀器的時間，就可實現對泄漏點的定位。采用小波變換法提取壓力信號突變信息、結合物質平衡檢測等方法，負壓波檢測法可對管道進行泄漏可實現快速、精確定位。

3 結語

選擇有效的檢測手段及時發現泄漏并修復，是油氣管道完整性管理關鍵。隨著檢測技術的發展，多種方法組合運用，泄漏檢測的靈敏度和定位精度將進一步提高，為油氣事業的長遠發展保駕護航。

[1]劉劍鋒,王文娟,馬健偉.埋地管道腐蝕機理及應對措施[J].石油化工腐蝕與防護,2006,06:20-22.

[2]王朝暉,李旭光.管道陰極保護的探討[J].管道技術與設備,2004,01:35-38.

[3]曾多禮.格拉輸油管道地質災害類型與技術措施[J].管道技術與設備,2004,06:33-35.

[4]蔣仕章,蒲家寧.石油天然氣長輸管道泄漏檢測及定位方法[J].油氣儲運,2000,03:50-52+58-7.

[5]莊須葉,王浚璞,鄧勇剛,黃濤,姚軍,田鵬.光纖傳感技術在管道泄漏檢測中的應用與進展[J].光學技術,2011,05:543-550.

[6]章仁杰，楊其華，王強，等.混合干涉型分布式光纖天然氣管道泄漏檢測及定位方法研究[J].中國計量學院學報，2013，12(02):114-118.