石油天然气长输管道的泄漏原因及检测方法分析

何绪春

(中煤科工集团重庆设计研究院有限公司， 重庆 400016)

石油天然气长输管道的泄漏原因及检测方法分析

何绪春

(中煤科工集团重庆设计研究院有限公司， 重庆 400016)

石油天然气输送管道的泄漏问题日益受到人们的重视。本文简析了石油天然气长输管道发生泄漏的原因，并结合多年工作经验对石油天然气长输管道泄漏检测及定位技术进行分析。

石油天然气；长输管道；泄漏检测；定位方法

前言：随着油气工业的不断发展，管道运输已成为石油天然气运输的主要方式，油气管道建设规模已成为各国经济发展的主要标志之一。随着油气输送管道建设长度的增加，运行使用年限累积，管道泄漏风险日益突出，管道安全已经成为社会广泛关注的问题之一。经过检测和维修管道，降低事故发生的风险，可延长管道的服役年限，减少环境污染和经济损失。

1 石油天然气长输管道发生泄漏的原因分析

1.1 管道质量因素

管道材料、焊接材料、施工质量等管道自身质量的优劣，是管道发生破损泄漏的一个重要因素。管道质量出现不合格主要有两方面原因，一是管道材料不合格，部分施工企业对管道质量的重视不足，使用质量相对较差的材料，甚至偷工减料以谋取私利，导致本身存在质量缺陷的产品和材料混入工程中。另一方面，某些施工单位管理体制存在漏洞，一线施工人员专业技术水平参齐不齐、检验验收管理不严格，导致管道焊接质量不过关、应力安装、暴力施工、伪造检验结果等，都给油气管道工程的运营带来很大的安全隐患。

1.2 管道腐蚀因素

管道腐蚀也是石油天然气长输管道发生泄漏事故的主要原因之一，占据管道事故总发生率的40%以上。造成管道腐蚀的原因主要有两个方面，一是石油天然气长输管道输送的介质品质不高，含二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、水等杂质，在其各类氧化作用下会对管道的内部造成各种腐蚀。另一方面，土壤环境的土壤的酸碱度、氧化还原电位、电阻率、含水量、密实度、含盐种类、湿度、杂散电流等，均会直接或间接影响对埋地钢制管道的腐蚀[1]。

1.3 阴极保护失效因素

阴极保护，主要是通过在被腐蚀金属结构外施加电流，从而确保被保护的结构呈阴极，可以有效避免腐蚀情况的发生，防蚀效果无可替代。但在实施阴极保护的过程中，往往由于一些具体问题、特殊问题，影响了阴极保护的防蚀效果。如管道穿越铁路公路时设置套管的内部充水导致局部失效、阳极区出现中断或者断电、外部电流搭接到管道上等，均会导致阴极保护失效，从而降低阴极保护的效率、甚至导致管道腐蚀穿孔等事故。

1.4 人为破坏因素

人为破坏造成长输管道泄漏的事故也时有发生，主要存在两种情况：一是，长输管道在油气输送过程中，受到不法分子的窃取导致管道破坏；例如2003年12月19日，兰成渝成品油管道由于打孔盗油而造成了管道的爆裂，喷出油柱高达10米，损失数百万。二是，人们进行生产活动和工程建设过程中，因重视度不够，直接或间接对长输管道造成破坏等[2]。例如2005年11月28日，义马-郑州长输燃气管道在荥阳市李克寨村被挖掘机挖开为70mm×90mm的裂口；以及2010年7月16日，因第三方公司违规向管道中注入脱硫剂，中石油大连新港输油管线发生爆炸，造成新大线紧急停输，泄漏原油3000吨，50平方公里海域受污染。

1.5 自然灾害因素

地震、暴雨、山体滑坡、泥石流、洪水等地质灾害也是导致管道泄漏的因素之一。地表发生沉降、裂缝、塌陷、滑移、水土流失进而是造成管道受力超过材料极限被破坏，引起管道泄漏。例如2001年11月14日，青藏高原北部昆仑山脉发生MS8.1级地震，导致该地区内的一条输油管道发生4处以上的毁坏[3]。

2 石油天然气长输管道的泄漏检测方法

油气输送管道泄漏不仅会造成大量石油天然气资源的浪费，带来生产和经济上的不利影响，同时也会对自然环境和人类生命安全造成重大隐患，因此及时发现管道泄漏，并进行维修，可有效减小因管道泄漏带来的影响。随着科技的进步，石油天然气长输管道的泄漏检测及定位方法逐渐成熟，以检测参数特点区分，可分为直接检测法和间接检测法两大类。

2.1 直接检测法

该类方法主要通过对油气管道泄漏物、泄漏点外部环境变化、泄漏点声光特点、等进行直接检测，发现并定位管道泄漏的检测方法。传统的人工巡检法在一定时间内对油气管道泄漏的发现起到不小作用，随着现代化工程技术的应用，示踪剂检漏法、电缆检漏法、光纤检漏法以及智能清管器(PIG)检漏法等在直接检测管道泄漏和定位方面都得到很好的工程利用。

(1)人工巡检法

该种检漏法是由具经验的技术人员直接观察、使用便携式专业仪器或训练有素的动物对管道进行巡线检漏[4]，通过检查管道泄漏处的土壤、油污、油气浓度、声音、燃烧火焰、气味等特点，以及收集周边群众举报信息，可准确判断管道泄漏情况以及泄漏位置。人工巡检法的优点是简单可靠、识别率高，能准确判别发生泄漏的位置；人工巡检还可及时发现外界施工、地形地貌变化等泄漏高风险地区，便于提前采取处置方案防患于未然。人工巡检的缺点是由于巡检周期的时限特点，存在及时性不高、效率低下、容易漏判，且沼泽、湖畔、沙漠等不利于通行地带，以及台风、暴雨、风雪等恶劣天气均会造成巡检困难。

(2)示踪剂检漏法

该种检漏法是将具有放射性的物质，如碘-131、溴-82、钠-24等介质注入管道，通过检测管道外部示踪剂的附着情况，从而判断泄漏的位置。该方法的优点是检测灵敏、可识别微小泄漏点，泄漏点定位准确；不过这种检测方法因操作周期长、环境污染风险高、维护成本高且不适于在线运行的管道，近期已经很少运用。

(3)电缆检漏法

该种检漏法主要用于原油、成品油等液态油气输送管道的泄漏检测，原理是油溶性电缆、分布式传感电缆或渗透性电缆等特种电缆，其电气性能会在泄漏物的作用下发生变化，通过检测与输油管道伴行的电缆的电气特性，即可判断管道是否出现泄漏以及泄漏的位置。该种方法的优点是，对微小泄漏可检测、泄漏点定位较准确；其缺点也比较明显，一是电缆制作工艺复杂，材料成本及施工费用较高；二是其电缆为一次性，一旦某处油气管道出现过泄漏，该段电缆就需更换，其检修和维护工作量大；因此，电缆检漏法也未得到大面积推广。

(4)光纤检漏法

该种检漏法是利用伴随油气输送管道平行敷设检测光缆，作为检测管道泄漏物质或检测泄漏部位的温度特征、压力特征、振动特征、应变特征等参数的设施，组成的分布式传感器，通过对通信光缆传输的检测信号进行科学分析后，从而实现对管道泄漏的检测和泄漏位置确定的检漏方法。随着近年来光纤技术的发展，国内外采用光纤传感技术进行检漏的手段逐渐成熟[5]，应用较为广泛的几种有：①光纤布拉格光栅(FBGZ)法，通过监测泄漏物质造成光纤变形的实现管道泄漏检测；②光时域反射(OTDR)法，基于布里渊散射(Brillouin)和拉曼散射(Raman)原理和光时域反射技术，通过监测管道泄漏处温度、振动参数来实现管道泄漏检测；③干涉型泄漏检测法，基于萨格纳克(Sagnac)光纤干涉架构、基于马赫－曾德尔(Mach－Zehnder)光纤干涉原理以及基于Sagnac和Mach－Zehnder混合型光纤干涉原理[6]，通过监测管道泄漏处噪声等参数来实现管道泄漏检测。

光纤检漏法以油气输送管道伴行光纤作为检测仪器，光为检测和传输媒介，设备本体具有抗氧化、耐腐蚀、寿命周期长，检验手段具检漏识别率高、定位准确、可实时在线监测，同时具备有抗电磁干扰能力强、无电火花等优点。光纤检漏法在油气输送管道工程应用越来越广泛。

(5)智能清管器(PIG)检漏法

该种检漏法是利用智能清管器(PIG)[6]，在油气管道输送介质推动或自身动力的作用下在管道内爬行，借助其携带的检测仪器，实现对管道泄漏以及腐蚀或焊接缺陷进行检测并定位。应用较广泛的方法有：①超声检测(UT)，需与管壁进行解除耦合，常用于油品管道，不适用于天然气管道；②漏磁内检测，通过激励并检测磁力回路检测管壁泄漏及缺陷，检测设备较长，需防止卡挂；③涡流内检测，通过检测励磁线圈涡流参数对管壁泄漏及缺陷进行检测；④可视成像检测，利用搭载的可视摄像头所获取的图像信息进行检测，主要检测内表面缺陷。

智能清管器具有准确定位，不仅可对管道泄漏进行检测，还可通过探明管道腐蚀减薄、外力变形、焊缝裂纹等管壁缺陷，预先对管道进行维护降低管道运行风险，是管道完整性管理的重要手段。随着椭球形、球形等高通过性智能检测器的开发，为在线检测提供极大的便利。

2.2 间接检测法

间接检测法是通过收集并分析油气管道运行的物理参数，如：压力波、音波、流量的等的特点，来检测管道是否发生泄漏并对泄漏位置进行定位的一类方法。

(1)体积或物质平衡法

该方法是测量进入和流出管道的流体的体积或质量，通过对比两者是否一致来判断管道是否发生泄漏。这类方法的优点是原理简单，缺点是对于检测运行状况不稳定的管道和少量泄漏的时不宜准确发现泄漏，且无法对泄漏点进行定位。

(2)压力梯度法

油气管道在理想状况下，管道沿线压力梯度随距离呈线性变化，而出现了泄漏的管道其沿线压力会出现拐点，通过检测管线上压力变化，分析压力梯度变化，可对管道泄漏进行检测，并进行定位。由于实际运行的管道受粘度、传热、线路起伏等影响，沿线的压力梯度并非线性，因此该方法的定位精度较差。但压力梯度法仍可以作为一种的辅助手段。

(3)负压波泄漏检测法

当油气管道局部发生泄漏时，由于管道内外的高压差，会在泄漏点瞬间形成一个相对低压，这个低压会以波的形式向管道上下游传播，这个波就是负压波。通过检测负压波可以对泄漏进行检测，分析负压波到达上下游监测仪器的时间，就可实现对泄漏点的定位。采用小波变换法提取压力信号突变信息、结合物质平衡检测等方法，负压波检测法可对管道进行泄漏可实现快速、精确定位。

3 结语

选择有效的检测手段及时发现泄漏并修复，是油气管道完整性管理关键。随着检测技术的发展，多种方法组合运用，泄漏检测的灵敏度和定位精度将进一步提高，为油气事业的长远发展保驾护航。

[1]刘剑锋,王文娟,马健伟.埋地管道腐蚀机理及应对措施[J].石油化工腐蚀与防护,2006,06:20-22.

[2]王朝晖,李旭光.管道阴极保护的探讨[J].管道技术与设备,2004,01:35-38.

[3]曾多礼.格拉输油管道地质灾害类型与技术措施[J].管道技术与设备,2004,06:33-35.

[4]蒋仕章,蒲家宁.石油天然气长输管道泄漏检测及定位方法[J].油气储运,2000,03:50-52+58-7.

[5]庄须叶,王浚璞,邓勇刚,黄涛,姚军,田鹏.光纤传感技术在管道泄漏检测中的应用与进展[J].光学技术,2011,05:543-550.

[6]章仁杰，杨其华，王强，等.混合干涉型分布式光纤天然气管道泄漏检测及定位方法研究[J].中国计量学院学报，2013，12(02):114-118.