输油管道泄漏检测技术研究与应用

吕君达(北京中航油工程建设有限公司 北京 100621)

近年来，随着科学技术的发展，各种石油产品的不断更新，极大的提高了石油管道的自动化水平，石油管道泄漏检测的应用环境也在不断成熟。对管道泄漏检测技术的要求也越来越高，如何找到灵敏度更高和泄漏位置更加准确定位的检测技术，如何全面的应用自动控制系统，如何不断创新多种检测手段和方法，最终实现石油管道运输的全面自动检测，已越来越成为石油管道检测工作者的关注点。石油管道泄漏检测的理论研究和实际应用在不断的更新和发展。

一、原油输送管道泄漏过程分析

原油输送管道内液体的流动状态可分为稳定和不稳定两大类，稳定流动是管道流一动的基本状态，不稳定流动是由于稳定流动受到破坏而引起的，例如开阀和关阀、起泵和停泵、调节阀和安全阀动作、动力故障等各种原因引起管内压力波动，同时这种压力波动会沿管向上下游传播，引起整个管道内流体的瞬变流动。工程上的不稳定流可能引起的管道超压、噪声、抽空和振动，比起南稳定流分析所得的结果要严重的多。水流的不稳定现象称为水击。突发性的泄漏也是一种管道的流动瞬变现象。泄漏发生时，也会产生沿管道向上、下游传播的水击波，并且能在管道系统的边界点处如泵出口、阀门、下游储罐以及泄漏孔处等发生反射，得以继续传播。由于沿程摩阻和管线充装作用，水击波在传播过程中会不断衰减。管道从发生瞬变过渡到新稳态的过程就是水击波传播、反射、叠加、衰减的过程，所以从理论上深入研究不同情况下水击波的传播过程及给管线压力、流量所带来的变化，有助于理解负压波的规律，对于泄漏的判别和识别也有指导意义。

二、石油管道泄漏检测的性能评价

1.准确性。输油管道发生泄漏以后，泄漏检测系统应能准确地确定检测泄漏事故的产生，而且还需具有减低的报警率、较高的可靠性。

2.灵敏性。对于管道泄漏的检测，需能够确定泄漏量的范围，能检测到最小泄漏量时，能发正确的出出报警指示。

3.泄漏定位准确性。输油管道发生泄漏以后，不仅要准确地检测到管道泄漏，而且还要把泄漏点提供给检测者，与实际的泄漏点的无偿尽可能的销。

4.实时性。从泄漏发生至检测人员获得泄漏信息的时间间隔要尽可能短，使检测人员能够实时的掌握泄漏事故的情况，便于采取及时有效地措施，将由此带来的损失减少到最低。

5.自适应性。检测系统还应具有一定的通用性，即在各种检测环境、不同输送流体的状况下，仍能适应。

6.易维护性。如果系统发生故障，应方便维护人员进行调整、维修。

7.性价比高。检测系统的性能与花费在建立系统、操作运行以及后续维护的成本比值高。

三、输油管道泄漏检测技术与应用

1.基于硬件的测漏方法

（1）直接观察法

直接观察法借助管道工人的肉眼和经验，或利用训练过的动物来巡查管道。一般通过看、闻、听、摸等方式来判断是否有泄漏的发生。这是最原始的管道检测方法，时至今日，我们很多时候仍然在利用这种方式对管道进行检测。近年来，类似的检测方式出现了新的形势，OILTON公司开发出了全新的机载红外检测技术。利用直升机的优势，加载一台高精度的红外摄像机沿着管道飞行，通过采集的数据进行分析，利用输送物资与周围环境的细微温差来检测管道是否泄漏，这种方式能检测出较小的泄漏位置，但对于埋地较深的管线并不适用。

（2）超声波法

超声波测定流量的检漏比较经济、方便，且易于安装维护。它是将管道先分成若干段，然后装上超声波流量测定装置，通过检测管道流进流出的体积流量以及管道温度、环境温度、声波的传播速度等参数。然后录入计算机，利用计算机软件进行模型处理各部分参数的测定结果来比较，从而检测漏点位置和泄漏量的技术。该技术具有漏点定位能力，能及时的为修补管道提供决策指导，应用较为普遍。

（3）光纤检漏法

目前，输油管道检测技术中的准分布式光纤检漏法己较成熟。这一方法主要以棱镜、光发与光收装置构成传感器的核心部件。一旦棱镜底面接触不同种类的液体时，光线在棱镜中的传输损耗就会发生变化。检测人员可以根据光探测器接收的光强，来确定输油管道的泄漏情况。光纤检漏法不能检测石油不接触棱镜的情况，所以存在一定的局限性。

（4）放射性示踪剂检漏法

放射性示踪剂检漏法就是将放射性示踪剂(如碘131)输入到输油管道中，并随着输送物质一起运动。一旦输油管道出现泄漏，放射性跟踪剂就会流出输油管道外，并附着在土壤中。示踪剂检漏仪置于管道内部，设备中指向管壁的诸多传感器可以对管道壁进行360度的监测，如监测出泄漏到管外的放射性跟踪剂，便进行记录以确定管道的泄漏点。这种方法可以准确的进行泄漏点检测，但是检测周期比较长，不适合实施检测。

（5）光纤温度传感器检漏

输油管道中输送天然气、粘油和原油等介质，能引起周围环境的温度变化。分布式光纤温度传感器可以对输油管道周围温度进行持续检测，进而了解输油管道的泄漏情况。据报道，Y0RK公司的DTS系统(分布式光纤温度传感系统)，一个光电处理单元可连接几根温度传感光缆，长度达25km，对于温度的变化可在几秒钟内反应。DTS可设定温度报警界限，当沿管道的温度变化超出这个界限时，会发出报警信号。

2.基于软件的检漏法

（1）质量平衡检漏法

质量平衡检漏法的理论基础是质量守恒，流体在管道传输过程中流入质量等于流出质量。一旦管道出现泄漏就会造成流入质量和流出质量之间的误差。输油管道多点位置进行流入质量和流出质量检测，并将所有数据绘制成流入质量和流出质量平衡图。相关技术人员对流量平衡图进行观察，可找出输送管道的泄漏点。质量平衡检漏法具有简单、直观的特点。同时，在进行管道泄漏检测时，流量计的精度和管道油品存余量的估计误差是质量平衡检漏技术中的两个要素。动态流量平衡法需要建立动态模型，以此来确定输油管道的泄漏点。质量平衡检漏法不能检测出少量泄漏，所以其必须与其他方法进行联合使用。

（2）压力点分析法

压力点分析法就是利用压力波进行输油管道检漏的方法。压力点分析法是依据能量和动量平衡原理进行泄漏点检测的方法，其依据某一检测点来获取数据。相关人员在检测点安装压力传感器，泄漏点产生的负压波就会向检测点传导，导致压力发生变化。相关人员对检测点数据与正常数据进行比较，可以确定泄漏点位置。

（3）负压波法

一旦输油管道发生泄漏，其泄漏点的局部液体密度减小，即出现瞬时低压。减压波通过管线和流体向泄漏点的上下游进行传导，就会产生负压波。安装在泄漏点两端的传感器通过检测负压波的强度，就可以确定泄漏点位置。负压波法可以准确确定泄漏点，也不必建立数学模型，具有很强的适用性。然而，负压波法不能处理突发泄漏事件，也不能处理缓慢泄漏事件。

（4）压力分布图法

在输油管道截断阀处，技术人员可以放置压力传感器，并将各种压力信号传送到检测中心。检测中心将这些数据进行汇总，并绘制输油管道压力分布图，帮助技术人员了解压力梯度特征和拐点位置，以便更加容易的找到泄漏位置。输油管道为了适应生产和环境，必须采取复杂的铺设工艺。在输油管道无泄漏的情况下，也可能产生异常压力分布图，并出现误报警现象。工作人员通常考察压力分布图中的积分反应，延长报警时间，以此克服管道瞬变流产生的非正常压力图。

（5）实时模型法

实时模型法既能检测少量泄漏，又能进行准确定位。实时模型法的工作原理就是组建精确输油管道实时模型，以此模拟输油管道中的流体运动，保持模型与实际管道运行的同步进行。技术人员定时获取管道上的数值，如压力、流量和测量值，然后对这些估计值和实测值进行对比来发现泄漏点。模型中的方程主要包括质量平衡、动量平衡、能量平衡和流体状态等。相关技术人员在输油管道的出口和入口安装传感系统，以此获取管道压力和流体流量。监测点数量越多，监测结果越准确。

总之，对于石油管道泄漏检测技术的研究和应用，国内外已有很长的历史，但是由于石油管道输送介质的多样性、泄漏形式的多样性、输送管道环境的多样性的造成石油管道检测变得极其复杂，使得目前还没有一种通用的方法能够完全满足各种不同管道泄漏检测的要求。所以，在实际的应用中，可以结合管道泄漏的不同实际情况，采用多种检测方法相结合的手段，一些作为辅助检测方法，一些作为主要检测方法，互相弥补不足，则可以取得良好的检测效果。

[1]王俊武．输油管道泄漏检测系统研究与开发[J]．自动化仪表，2006(S1)．

[2]轰平,邓松圣,卑正阳.泄漏与阀动作共存时水力瞬变特性的模拟研究[J].重庆科技学院学报(自然科学版),2007,(l).

[3]郭文辉，曾宪云．管道泄漏检测技术[J]．工业安全与环保，2007，33(2)l40-42．