输油管道泄漏检测方法探究

刘丽丽+++樊延虎+++李新林+++周美丽

摘 要：有效的输油管道泄漏检测技术，才能够预防管道泄漏。文章介绍了负压波检测法、流量平衡检测法，音波检测法，但它们各有优缺点，鉴于它们有着互相可以弥补的优势，文章将以负压力波法为主，音波测漏法和流量平衡法为辅的检测系统作为研究对象进行分析。

关键词：输油管道；泄漏检测；方法

1 管道泄漏的检测方法

管道泄漏的检测方法比较多，大多数情况下，运用一种检测方法是不够的，需要综合运用多种技术进行检测，实现对输油管道泄漏的检测以及准确定位。下面介绍几种常用的检测方法。

1.1 负压波检测法

管道发生泄漏时，由于管道内外有压力差，泄漏的地方流体迅速流失，压力下降，泄漏点液体由于压差而向泄漏点处补充，这一过程依次向上下游传递，相当于一个泄漏点处产生了一个以一定传播速度的负压力波。要求安装在泄漏点两侧的传感器能准确捕捉到包含有泄漏信息的负压力波，再根据压力波的幅值变化梯度和泄漏产生的瞬时压力波传到上下游传感器的时间差，就可以确定泄漏量和泄漏点。负压波法有较好的检测速度和定位准确度，但是容易受管道运行工况的影响，在压力波动较小的情况下，传到传感器的信息能量很低，经常会被噪声淹没而分辨不出有用信号，所以负压波法对于管道中出现的小泄漏（如渗漏等）很难检测。

1.2 流量平衡法

流量平衡法是根据质量守恒理论，当管道没有发生泄漏时，管道入口的流量理论上等于管道出口的流量，但实际上，输入量和输出量会有一个差值，在没有发生泄漏时这个差值幅度会比较稳定。当发生泄漏后，管道入口的流量和管道出口的流量会有一个明显的流量差。用实时监控差值的方法，如果差值的稳定状态破坏了，比如差值幅度明显上升，就可以断定管道出现异常情况，并且可以准确计算出泄漏量。流量平衡法优点是成本较低、灵敏度高、安装方便、设备简单，缺点是不能发现泄漏点的位置。

1.3 音波泄漏检测

音波泄漏检测的原理是利用音波传感器检测管道内介质传播的音波信号，然后进行泄漏信号的检测和泄漏点的定位。当管道破裂时，会有泄漏压力，这将影响流体并产生一短暂音波，音波以管内的流体为传输介质，并利用管道内壁为反射体向管道两端扩散，安装在管道两端的数据采集处理器会立刻接收管道内流体介质泄漏瞬间所产生的音波震荡，通过比较数据库中的模型来确定管道是否发生了泄漏，以及泄漏量等；同时利用管道两端的现场数据采集处理器来传送信号时差，从而判断泄漏位置。安装在监测管道两端的音波传感器不断地将接收到的信号传送到现场数据采集处理器中，而这些信号与安装在现场的GPS接收器的时间信号对应；在管道正常运行的情况下，音波传感器接收的信号处理为背景噪音。当管道发生泄漏时，泄漏音波信号和管道正常情况下的背景噪音一同传到音波传感器，经音波测漏系统监测，系统将迅速根据捕捉到的微小震动信号判断管道的泄漏孔径和泄漏位置，同时报警，以保证管道输送的安全。音波测漏法是通过对产生的噪音进行检测，但在稳定的噪音分析上并不敏感。

2 系统设计方案

以上几种方法各有优缺点，负压力波法是在泄漏的瞬间捕获泄漏的相关信息，音波测漏法是通过泄漏时产生的噪音进行检测，检测的是一个声音信号。前者只能对管道泄漏量较大的情况报警，而且不能对泄漏进行预防；后者是对泄漏音波进行检测，正好弥补了负压波法的不足。基于以上的理论，文章采用流量平衡法、负压波法和音波法联合来进行泄漏检测和定位，从而做到有效的预防和及时的报警。

系统的总体结构框图如图1所示。由监控中心、信号采集系统、GPS系统、通信系统等组成，信号采集系统完成对管道压力，流量，音波等状态参数的采集，这些模拟量通过采集系统传入RTU转化为数字信号。在信号被采集后，需要在数据中加入由GPS系统提供的时间信息，以便在进行泄漏检测和定位时，其数据起始点能够保持一致。由于中心监控机具有强大的运算功能和数据处理能力，因此，它是这个系统的核心。各监测点的信号采集系统采集到的管道状态数据，通过电台将管道端采集到的压力、流量，音波等信号传输到监控中心。中心监控机使用音波，压力，流量联合判别法对数据进行处理。当判断管道发生泄漏时，首先运用小波对信号进行滤波，然后再运用互相关法确定其差值，其后，运用泄漏的基本原理公式计算出管道泄漏点的位置。报警信息及泄漏点信息将显示于中心监控机软件界面上。

3 结束语

随着管道工业的发展，对管道泄漏检测与定位的要求也越来越高，单一的检测与定位方法已不能满足生产需要。本系统采用基于负压波、流量平衡、音波联合判别泄漏的检测方法，结合了小波变换、RTU传输、GPS等先进技术，编写可视化监控软件，克服了常规管道泄漏监测方法的一些缺点，具有广阔的应用前景。此系统有以下一些特点：（1）能可靠地监控输油管道运行、显示管道实时运行数据和波形图，并能及时准确定位泄漏点。可以对历史数据保存，方便操作人员查询和综合分析来诊断事故。（2）在输油管道泄漏检测与定位系统的基础上，也可应用于城市供水、供气等领域。

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作者简介：刘丽丽，延安大学，硕士，实验师，主要研究方向信号与信息处理。

樊延虎，延安大学，教授，硕士研究生导师。

李新林，延长石油集团管道运输公司，硕士，工程师，主要研究方向信号与信息处理。

周美丽，延安大学，硕士，讲师，主要研究方向信号与信息处理。endprint