海底管道泄漏检测研究进展

张宇航，王 策，阿斯汉，王卫强

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

海底管道泄漏检测研究进展

张宇航，王 策，阿斯汉，王卫强

（辽宁石油化工大学， 辽宁 抚顺 113001）

随着海洋石油技术的发展，穿越海底的油气管道数量不断增多，海底管道泄漏的危险也随之增加。因此，对海底管道泄漏的检测显得愈发的重要，但多数陆上埋地管道泄漏的检测方法不适用于海底管道。将海底管道的常用的和新兴的检测技术归纳为以下四类检测方法，即直接检测、管内流动运行设备检测、管壁系缆式检测和管外设备间接检测。并对这些方法所包括的技术进行了分析、比较，提出今后的研究方向及重点，以期为进一步的研究提供参考。

海底管道；检漏；；管壁；

海底输油气管道是海上油气田开发生产系统的主要组成部分。它能将海上油气田和陆上石油工业系统以最快捷、最安全和最经济的的途径联系起来。近几十年来，随着海上油气田的不断开发，海底输油气管道实际上已经成为广泛应用于海洋石油工业的一种有效运输手段。与此同时，我国海洋管道建设也在发展飞速发展，海洋油气管道不断延伸变长，管道破裂泄漏的风险也悄然增加，这也成为海洋溢油事故的重要原因之一。综上所述，海底管道泄漏已经成为了制约我国工业化发展进程中的突出问题，对海底管道泄漏的准确检测也显得愈发的重要，为此，本文将从直接检测、管内流动运行设备检测、管壁系缆式检测、管外设备间接检测四方面对海底管道泄漏检测的常用进行方法介绍。

1　直接检测

1.1人工巡检

由有经验的管道工人沿着水下管道进行巡检，通过看或其他方式，直接检查管道的泄漏情况，其检测精度依赖于检测人员的经验。但是这种检测方法耗时费力、检测人员工作安全隐患大，不适用于深水管道检漏；检测精度低，一般只能检测较大量的泄漏；检测周期长、不能实现管道在线实时检测。

1.2遥感探测法

遥感的探测法通过航空航天器搭载遥感设备进行探测，目前应用较为广泛的主要有红外线遥感法和微波遥感法两类。

红外线遥感是利用热红外波段检测可以准确发现海面上的溢油污染区。通过热红外数据不仅可以判别出海洋溢油的面积，而且还可清晰的辨别出油膜覆盖区域的大小、油膜的漂移速度和油膜扩散的范围。热红外图像中可根据油膜不同厚度的图像灰度值推算出溢油厚度及溢油值。该遥感技术不能区分海洋里浮游植物与溢油，但是它可以全天24 h工作，价格低廉，因此已成为世界上采用最多的海洋溢油监测工具[1]。

微波遥感法是一种被动式遥感，和海水的微波辐射率比油膜的微波辐射率要高很多，因此使用微波辐射计探测油膜。微波辐射计可以探测到微小的颜色差异，故微波辐射计可以用于监测海洋溢油。虽然微波辐射计的空间分辨率较低，但它可以全天候不间断的工作，也可以用于探测阴雨天和夜间的溢油[2]。

该检测方法为管道泄漏达到一定状态的检测方法，根据不同的情况将光学和微波两种遥感方法结合使用，并依据油膜的光谱特性，建立起一个可以对海洋油膜自动检测系统，并对采集的数据进行智能快速的处理将会是未来监测海洋溢油的研究热点[3,4]。

2　管内流动运行设备检测

目前各种管内流动检测设备，都配有各类传感器，用于数据采集、处理和存储，而且有自备电源。这些管内检测设备可于各种条件下在高压原油、天然气管道中运行数百公里。该类方法具有定位精度高和较低误报率的特点，但无法实现在线监测，由于探测设备在管内随介质流动，容易造成管道堵塞、停运等事故，并且探测设备比较昂贵，运行成本较高。

2.1漏磁检测法

漏磁检测方法应用相当广泛。它是在对金属管壁磁化后，使其在缺陷处产生漏磁通，再通过在管道内部流动的检测仪器测得磁通量来得知管壁的损伤或腐蚀程度。通过输送介质在检测器前后实现压差来推动仪器运动，检测器上大量的传感器探头沿途实时检测，记录并存储测量结果，取出存储的数据进行分析并处理描述管壁的状态，达到对管道检测的目的[5]。

漏磁检测法自动化程度高、采集的数据较准确、观察直观、腐蚀判断精度和效率高。适用于检测中小型管道。但是，这种检测方式对管道缺陷的几何尺寸有一定检测范围的局限性[6]。但局限性有多大，是否受其它裂纹参量的影响，仍然有待进一步的研究。

2.2超声振动法

超声振动在介质中的传播，是在弹性介质中以一种波动的形式传播的机械振动。根据超声振动的透射、散射和反射的现象，检测管道的缺陷、几何特征、结构组织和力学性能改变的检测，并对其评估[7,8]。

超声振动检测可准确定位并检测出管道缺陷，特别是针对微小裂纹、轻微未焊透和材料各处的平面缺陷都具有检测速率快、易于实现等特点。但是由于超声波在空气中衰减速率较快，在检测时就需要一定的声波来传播介质，同时该方法易受海底噪声的干扰[9]，所以对相应的信号进行有效的滤波处理成为了目前亟待解决的难题。

此外，还有泄漏噪声法以及放射追踪法等检测方法。

3　管壁系缆式检测

该方法它多用于液态烃类燃料的泄漏检测，通过电缆与管道平行敷设，当泄漏的物质渗入电缆后，会引起电变化，以此来实现对泄漏的检测和定位。这类方法灵敏度非常高，对于缓慢泄漏和微小泄漏均有良好的效果，但电缆施工费用较高，电缆一旦沾染上泄漏物后就要进行更换。

3.1油溶性压力管法

油溶性压力管法是将将充有压缩空气的油溶性软管缠于管壁外围，当有泄漏发生时，由于软管的油溶性，致使软管遇到泄漏的油品便会溶解产生漏洞断裂，压缩空气外泄，管内压力下降，由此即可知泄漏。但是这种方法无法确定准确的泄漏位置，而且具有使用一次性，发现泄漏后，该处软管随即损坏，更换比较困难[10]。

3.2渗透式电缆法

渗透性电缆法是指当电缆与泄漏油接触式，电缆的阻抗会发生变化，在管道的一段对电缆的阻抗分布参数进行测量分析，即可确定管道是否泄漏，并对其进行定位。

3.3分布式光纤电缆检测法

分布式光纤传感技术是指将光纤紧贴水下管道钢管管壁敷设，根据光时域或频域原理对管道进行监测。根据其不同的测量原理，光纤传感技术可以主要可以分为光纤布拉格光栅传感技术、Sagnac光纤干涉传感技术、散射光纤测漏传感技术[11,12]。

4　管外设备间接检测

间接检测法利用SCADA(监控与数据采集系统)基于对管道压力、流量、温度等运行参数等用于分析泄漏所需的数据进行严密监视，并快速、精确地分析[13]。随着数据采集系统的不断完善和泄漏检测的计算机软件的开发，促使泄漏检测方法与SCADA相结合，检漏技术逐渐成为SCADA 系统的一部分，所以是目前管道泄漏检测和定位的研究主攻方向。

4.1次声波法

基于次声波法的管道泄漏检测与定位，是通过检测泄漏流体湍射流作用于管壁产生的次声波而进行泄漏检测与定位。根据不同端基站所接收到的突变信号产生的时间差，可以确定泄漏点的具体位置[14]。

次声波法输气管道泄漏检测与定位系统便于安装、易于操作等特点使其得到了广泛的应用。将次声波作为管道泄漏的检测特征，对其进行降噪处理并进行管道泄漏检测与定位，是目前备受关注的研究课题[15]。

4.2液体浓度分析法

液体浓度检测是指通过检测管道周围泄露出的原油的浓度来确定泄露位置。泄漏会使原油中的烃的形变。可以通过检测海底烃的含量来检测泄漏情况。国外有一种可以自动检测海底泄露清空的系统，该系统地原理就是利用深海机器人身上安装高灵敏度的烃类检测装置，检测变形后的烃溶于海水的浓度来判断泄露位置，由于该系统的灵敏度很高，可以在几千米外就确定泄露位置。而通过照相、声纳等手段可以将信息传输至中央控制系统，有专业人员对数据进行分析很处理。

4.3负压波法

该方法结构简单、费用较低、易于实现，广泛应用于各条输油管线。通过两个压力传感器接受波段的时间差可以确定泄露位置。但当泄漏过程缓慢时, 就不会在流体内形成明显负压波[16]-[17]，此时负压波检漏方法失效，只有在两个传感器同时检测到压力变化时，泄漏位置才会准确可靠。因此，该方法对仪表精度要求很高。同时容易受其他设备的噪声波影响，降低检测精度。所以消除管道内的不满流现象、油气提高进站压力、合理增加取压点为该方法的主要研究方向，所以现在国内外正在积极研究解决相关问题方法，并取得了一定的成果。

4.4压力点分析法

压力点分析法通过在管线上设置压力传感器的方法检测泄露产生的负压波，一点检测到负压波的产生即说明存在泄露，通过系统分析负压波产生的时间可推断出泄露产生的位置，即找得到泄露点。该方法需要传感器较少，使用简便，安装迅速，易于实现。该方法适用于检测气体、液体和某些多相流管道, 已广泛应用于各种距离和口径的管道泄漏检测[18]。

4.5质量/体积平衡法

质量/体积平衡法的基础是对处于稳定状态的管道的流量进行测量，根据流入、流出质量或体积的守恒的原则，将流量的变化归纳为质量和体积平衡图，并通过电脑进行分析统计绘制出实时质量/体积平衡图，在质量/体积平衡图上能够较清楚地显示出泄漏引起的流量突变，该方法可以检测到更小的泄漏量[19,20]。

4.6统计法

统计检漏法系统的原理是利用模式识别技术，当管道泄漏时进出口的流量和压力发生变化，使用优化序列分析法，连续计算泄漏的统计概率，此时，ATMOSPIPE系统将分析和统计出压力与流量之间的变化规律，从而估算出泄漏量,使用最小二乘法对泄露部分进行定位[21]。

该检测方法具有误报率低，识别功能强，可靠性高等优点，适用于不同流体不同口的多级管道。在管道运行过程中,即使是很细微的泄露量也可以检测出来。小工作量即能完成各种运行要求，且不需要精确的模型。与以往的软件相比较计算技能要求较低，维修护理方便，是目前世界上公认的最优秀的自动泄漏监测系统。

5　结束语

每种检测方法都有其各自的优缺点，而通常单一检测装置很难满足实际工作的需要，因此在实际应用中，往往要根据不同的工作环境和工作对象，在未来的发展和研究中，需要综合考虑多种检测方法的特点，将几种方法配合使用，组成可靠的、经济的综合检漏系统。

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Research Progress in the Leakage Detection Technology for Submarine Pipelines

ZHANG Yu-hang，WANG Ce, A Si-han, WANG Wei-qiang
（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

With the development of the offshore oil technology, the number of oil and gas pipeline through the seabed continuously increases, at the same time the risk of submarine pipeline leakage also increases. So, the detection of subsea pipeline leak is becoming increasingly important. But the onshore pipeline leak detection method doesn’t apply to submarine pipelines. In this paper, common and new detection technologies for submarine pipelines were categorized into four kinds: direct detection method, pipeline internal flowing equipment detection method, pipeline wall moored detection method and pipeline external equipment indirect detection method. And these technologies were analyzed and compared; their research direction and emphasis in future were proposed, which could provide the reference for further research.

Submarine pipeline; Leakage detection; Pipeline wall

TE 85

A

1671-0460（2014）12-2645-03

2014-06-18

张宇航（1991-），男，吉林长春人，在读硕士研究生，从事油气储运技术工作。E-mail：532152638@qq.com。