淺析天然氣長(zhǎng)輸管線泄漏檢測(cè)的方法

文/高飛

采用適當(dāng)方法對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管線泄漏進(jìn)行檢測(cè)，可延長(zhǎng)長(zhǎng)輸管線的使用壽命——長(zhǎng)輸管道的安全已成為國(guó)家和長(zhǎng)輸管道運(yùn)營(yíng)單位重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一。采用適當(dāng)方法對(duì)天然氣長(zhǎng)輸管線泄漏進(jìn)行檢測(cè)，降低泄漏風(fēng)險(xiǎn)，可延長(zhǎng)長(zhǎng)輸管線的使用壽命，同時(shí)也能降低環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)和減少經(jīng)濟(jì)損失。

長(zhǎng)輸管線是天然氣的主流運(yùn)輸工具， 由于運(yùn)輸距離較長(zhǎng)，受環(huán)境及人為因素影響，導(dǎo)致在運(yùn)輸過(guò)程中時(shí)常會(huì)有泄漏事件的發(fā)生。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)天然氣泄露事故，減少油氣損失，保障人們的生活安全，維護(hù)管道的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須要在一定程度上加強(qiáng)維護(hù)和檢修工作，加強(qiáng)管理措施。

目前泄漏檢測(cè)的常見(jiàn)技術(shù)

長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)的常用方法有負(fù)壓波檢測(cè)、聲波檢測(cè)、地面間接檢測(cè)以及光纖傳感器檢測(cè)等。

負(fù)壓波檢測(cè)

在管道突然發(fā)生泄漏時(shí)，由于泄漏部位會(huì)產(chǎn)生向上下游傳播的減壓波，稱之為負(fù)壓波。如果在管道兩端設(shè)置壓力傳感器檢測(cè)到負(fù)壓波，就可以判斷泄漏，并通過(guò)計(jì)算管道兩端壓力傳感器接收到負(fù)壓波的時(shí)間差，就可以對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位。

聲波檢測(cè)

當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，在泄漏點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生噪聲。通過(guò)管道兩端設(shè)置好的聲波傳感器可以接受到這種聲波，從而檢測(cè)泄漏，并通過(guò)管道兩端聲波傳感器接受信號(hào)的時(shí)間差來(lái)定位泄漏點(diǎn)的位置。

地面間接檢測(cè)

地面間接檢測(cè)主要有熱紅外成像、探地雷達(dá)等幾種方法。

光纖傳感器檢測(cè)

光纖傳感器檢測(cè)管道泄漏的方法是根據(jù)管道中輸送的熱物質(zhì)泄漏會(huì)引起周圍環(huán)境溫度的變化，利用分布式光纖溫度傳感器連續(xù)測(cè)量沿管道的溫度分布，當(dāng)沿管道的溫度變化超過(guò)一定的范圍，就可以判斷發(fā)生了泄漏。

管道泄漏檢測(cè)方法的對(duì)比

負(fù)壓波檢測(cè)

當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏處由于管道內(nèi)介質(zhì)外泄造成管道壓力突然下降，在流體中產(chǎn)生一個(gè)瞬間負(fù)壓波，負(fù)壓波沿管道上下游傳播，由于管道的波導(dǎo)作用，負(fù)壓波可以傳播數(shù)10 km，根據(jù)負(fù)壓波到達(dá)上下游測(cè)量點(diǎn)的時(shí)間差以及負(fù)壓波在管道中的傳播速度，可以計(jì)算泄漏位置，由于負(fù)壓波有效距離長(zhǎng)、安裝簡(jiǎn)單以及成本較低，目前在過(guò)國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛。但負(fù)壓波檢測(cè)也有其自身缺陷：對(duì)泄漏量要求很大，負(fù)壓波能迅速檢測(cè)出泄漏量河大的泄漏，對(duì)小泄漏量的檢測(cè)沒(méi)有效果。此外負(fù)壓波檢測(cè)無(wú)法應(yīng)用在天然氣管道上，原因是天然氣管道上，如果發(fā)生泄漏，泄漏處的壓縮氣體迅速擴(kuò)張，不產(chǎn)生可以檢測(cè)到的負(fù)壓波，因此無(wú)法檢測(cè)天然氣管線的泄漏。

聲波檢測(cè)

當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，在泄漏點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生噪聲，噪聲沿管道向兩端傳播，通過(guò)在管道兩端設(shè)置好的傳感器可以接受這種聲波，從而探測(cè)泄漏，同時(shí)根據(jù)傳感器接受到聲波的時(shí)間差可對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位。管道聲波泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有快速高效、反應(yīng)靈敏、定位精確、誤報(bào)率極低、操作簡(jiǎn)便以及安裝便利等顯著特點(diǎn)，相比負(fù)壓波技術(shù)，聲波技術(shù)成熟且先進(jìn)，比如在氣體管道、海底管道、多相流管道上負(fù)壓波法不能解決問(wèn)題或者效果很差，但聲波技術(shù)可以輕松解決任何介質(zhì)的壓力管道；即使是面對(duì)液體（原油成品油）管道，聲波的指標(biāo)也明顯領(lǐng)先，定位精度約為100 m內(nèi)，誤報(bào)率約為負(fù)壓波的1/10。另一方面，在少數(shù)復(fù)雜的工況下聲波法結(jié)合負(fù)壓波技術(shù)優(yōu)于單一的聲波法，如針對(duì)于某些工況下的緩慢泄漏。

地面間接檢測(cè)

地面間接檢測(cè)主要利用圖像分析或泄漏物敏感材料制成傳感器檢測(cè)管道外是否有泄漏物。探地雷達(dá)是一種主動(dòng)檢測(cè)方法，將脈沖信號(hào)發(fā)射到地下介質(zhì)中，通過(guò)接受反射信號(hào)探測(cè)管道是否發(fā)生泄漏。紅外成像法是一種被動(dòng)檢測(cè)方法，不需要發(fā)射探測(cè)信號(hào)，需接收來(lái)自被測(cè)對(duì)象的信號(hào)，例如利用機(jī)載或星載精密紅外攝像裝置記錄泄漏物在空中形成的氣團(tuán)或管道周圍的地?zé)彷椛湫?yīng)，通過(guò)光譜分析發(fā)現(xiàn)泄漏，由于長(zhǎng)輸管線點(diǎn)多線長(zhǎng)，周圍地址結(jié)構(gòu)差異很大，探地雷達(dá)和紅外成像檢測(cè)不適合管道泄漏的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

光纖傳感器檢測(cè)

分布式光纖傳感器是近年來(lái)伴隨光纖通信技術(shù)快速發(fā)展而出現(xiàn)的一種新型傳感器，它具有同時(shí)獲取在傳感光纖區(qū)域內(nèi)隨時(shí)間和空間變化的被測(cè)量分布信息的能力。由于使用光纖和光信號(hào)，特別適合易燃易爆的石油和天然氣管道的在線監(jiān)測(cè)，沿油氣管線鋪設(shè)一條光纜，用光纖做傳感器，檢測(cè)管線周圍的壓力和振動(dòng)信號(hào)，可以對(duì)油氣泄漏、附近的機(jī)械施工和人為破壞等時(shí)間進(jìn)行迅速判斷和準(zhǔn)確定位，預(yù)報(bào)和發(fā)現(xiàn)泄漏隱患。由于光纜需要沿管道進(jìn)行敷設(shè)，因此只適用于新建管線在敷設(shè)管道時(shí)隨管道一同安裝。

綜上所述，負(fù)壓波發(fā)無(wú)法檢測(cè)天然氣管道的泄漏，地面間接檢測(cè)不具備長(zhǎng)輸管線實(shí)時(shí)檢測(cè)的能力，光纖傳感器檢測(cè)適用于新建長(zhǎng)輸管線，結(jié)合目前已建成的大部分天然氣長(zhǎng)輸管道工程的實(shí)際情況，采用聲波檢測(cè)的方案，既能起到穩(wěn)定檢測(cè)管線泄露的作用，同時(shí)改造的費(fèi)用也較低。

典型的聲波檢測(cè)方案

管道聲波泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由：安裝在管道站場(chǎng)和閥室的分站和安裝在調(diào)度中心的主站組成。分站包括聲波傳感器、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集處理器、北斗/GPS雙模天線等硬件模塊；主站包括中心匯集處理器（運(yùn)行核心數(shù)據(jù)模型處理軟件)、系統(tǒng)控制主機(jī)（運(yùn)行系統(tǒng)監(jiān)控軟件）。

當(dāng)管道發(fā)生破裂時(shí)，管道內(nèi)輸送介質(zhì)在泄漏瞬間產(chǎn)生具有一定特征的聲波，并沿管道內(nèi)介質(zhì)向兩端傳播；現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集處理終端接收聲波信號(hào)，與北斗/GPS授時(shí)時(shí)鐘一起通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給泄漏監(jiān)測(cè)定位服務(wù)器；泄漏監(jiān)測(cè)定位服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別處理，確定管道是否發(fā)生泄漏，同時(shí)利用管段兩端接收到信號(hào)的時(shí)差，判斷泄漏發(fā)生位置。在每個(gè)環(huán)節(jié)利用人工智能技術(shù)過(guò)濾干擾，最終降低誤報(bào)率，提高監(jiān)控精度。用聲紋識(shí)別方法檢測(cè)管道泄漏引起的聲波信號(hào)。通過(guò)自適應(yīng)信號(hào)去噪、泄漏信號(hào)重構(gòu)、聲紋特征提取和診斷模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏信號(hào)的識(shí)別和診斷。根據(jù)泄漏聲波到達(dá)管道兩端的時(shí)間差及測(cè)算的聲速，計(jì)算泄漏點(diǎn)的位置。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

圖1 音波管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)原理圖

結(jié)論

隨著天然氣長(zhǎng)輸管線的不斷建設(shè)，管道泄漏造成的安全隱患必將成為社會(huì)和企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。目前針對(duì)管道泄漏檢測(cè)的方法較多，且已有部分管道泄漏檢測(cè)設(shè)備服役。但存在檢測(cè)準(zhǔn)確度低和投資費(fèi)用昂貴等問(wèn)題。企業(yè)根據(jù)自身生產(chǎn)實(shí)際，選擇合適的檢測(cè)方法，將成為企業(yè)提高生產(chǎn)效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)展趨勢(shì)。 ●