智能球泄漏检测技术在输油管道中的应用

刘仲勤，宋志俊，曹嫚，游寒冰，周浪花

智能球泄漏检测技术在输油管道中的应用

刘仲勤，宋志俊，曹嫚，游寒冰，周浪花

中国石油长庆油田分公司第一采油厂（陕西延安716000）

智能球是近几年兴起的一种利用管道泄漏时产生声学信号来检测管道泄漏的技术，通过采集数据、数据分析和定位三步工作来定位泄漏点。由于智能球投放后容易发生卡堵，可能发生管道憋压和泄漏等事故，检测前需要进行风险分析，制定风险控制措施等工作。2016年安塞油田一条输油管道应用了智能球检测技术，检测结果并未发现泄漏点，管道保温效果良好，但管内存在沉积物且流体流场复杂，有层流、紊流和段塞流。结果表明，该技术具有适用性强、灵敏度高、检测距离长等优点。

智能球；输油管道；泄漏检测技术；安塞油田

管道运输是一种经济、高效运输方式，输送流体有独特的优势，目前已成为五大运输工具之一[1]。随着管道运行时间的增长，会出现各种各样的管道安全问题，导致管道泄漏，发生火灾和环境污染等各类管道事故。由于管道安全具有特殊的重要性，对管道进行泄漏检测，根据检测结果进行提前修复，是延长管道使用寿命、预防管道事故发生、保障管道安全运行的重要保障[2]。管道泄漏检测根据泄漏检测位置不同可分为内部检测法和外部检测法；根据检测手段不同分为硬件检测法和软件检测法；根据检测对象不同可分为检测管壁状态和检测内部流体状态[3-9]，智能球检测法是一种利用硬件来检测管道流体状态的内部检测法。

1 智能球泄漏检测原理

智能球是一种基于声学原理的检测技术，向管道内投入智能球（图1），球内的电子元件和多种仪表（声学传感器、三轴加速仪、GPS发射器、温度传感器等）检测输油管道中与泄漏有关的异常声学活动和温度变化，当管道发生泄漏时，泄漏点会发生压力变化，释放出声波并沿管道传播，当智能球接近泄漏点时，会检测到该点释放的声能，发现泄漏点。智能球内的加速仪记录智能球运行速度和时间，生成速度分布图，与泄漏点声学记录关联，给出泄漏点的精确位置，但是这个精确位置只是在管道内相对位置，需要与追踪器定位的智能球位置相关联，从而确定准确的泄漏位置。

图1 智能球内部结构图（进行模糊处理）

智能球检测系统由主机、智能球、追踪器（图2）三部分组成，主机主要负责处理智能球和追踪器中的数据；智能球负责发出超声信号、检测输油管内的声学、温度信息和智能球的旋转速度；追踪器负责接收智能球超声信号，定位智能球位置和漏点位置。

图2 智能球追踪器

2 智能球泄漏检测技术的应用

2.1智能球检测技术的适应条件

输油管道需要具备以下几个条件才能应用智能球泄漏检测技术：①管道上要有可用的收发球装置；②管道上所有的支管和排空都需要100%关闭；③管道不能发生变形，否则容易出现卡球；④管道最低运行压力需要≥0.5MPa；⑤智能球运行速度建议控制在1～2m/s；⑥智能球检测前需要对管道进行一次清管工作，防止管道内杂质产生噪音对监测数据产生影响；⑦管道检测前需要进行相应的风险分析，做好卡球、泄漏等应急预案。

2.2应用效果及分析

2016年安塞油田一条输油管道投入智能球进行泄漏检测，它是目前国内使用智能球检测管径最小的输油管道，管道内径123mm，管道长度12.5km，输送介质为净化油。2016年11月2日首站投入智能球，经过4h58min到达末站杏某站。通过检测全段管道未发现泄漏情况，管道运行工况良好。

2.2.1 检测结果及分析

1）经过详细分析和评估智能球检测采集的各项数据，识别和准确分类所有声学特征，检测数据均没有发现与泄漏相关的声学异常特征，如图3所示，管道声学信号并未超过泄漏阈值，整条管道的密封性良好。

2）整条输油管道沿程温度下降趋势稳定，如图4所示，整条管道沿程未发现温度突变，温度下降率为0.83℃/km，说明管道保温结构完整，效果良好。

3）管道全程多处存在沉积物、硬质异物，导致智能球打滑或发出尖锐的异响声，如图5所示，智能球声学信号在遇到沉淀物后发生突变。

图3 智能球检测的声学信号与对应管道位置关系图

图4 智能球检测温度值与对应管道位置关系图

图5智能球遇到沉积物前后声学图谱

4）管道全程压力、流速变化较大，管道流场复杂，有层流、紊流、以及段塞流出现，且多处出现不满管、气囊等情况，智能球速度由0.7m/s变为0，又突然增大至5m/s，最长的一段不满管流动状态出现在9 200～9 600m管段处，如图6所示的不满管到满管的声学信号发生突变。

图6 管道不满管到满管声学图谱

2.2.2 应用效果

1）由于机载声学传感器距离漏点位置不会超过1倍管径，因此智能球最小可检测出0.12L/min的漏点，包括针孔大小的泄漏，但对于运行压力低于0.1MPa的管道，特别小的泄漏可能检测不到。

2）智能球已在中等和大口径管道上得到广泛应用并成功发现漏点，如2009年花格输油管道中成功检测到漏点[10]，而本次检测应用于小管径输油管道（Φ133mm），检测结果准确，说明智能球检测技术可应用于各类型输油管道的泄漏检测，而传统技术在管径适应性上存在技术限制。

3）智能球泄漏检测能力不受管材限制，因为智能球是直接经过声学异常检测泄漏，不需要通过管壁传播信号，因此不受管材影响。

4）智能球在管道中动力为输油泵提供，其内部锂电池仅为球内仪器提供电能，其续航能力达到20h以上，因此检测距离超过100km；而随着智能球直径增大，其电池续航能力更强，检测距离也越长。

3 结论

智能球检测技术是管道完整性管理的创新，目前在国外应用较为广泛，而在我国应用较少，随着管道安全逐渐被管输管理者重视，管道智能检测技术的研发也将会迎来较快的发展。智能球检测技术具有检测准确、灵敏性高、适用性强和便于操作等优点。本次智能球虽然对管道泄漏情况、管道保温层情况及管内液体流动情况进行检测，但并未对管道壁厚情况、防腐层情况及管道应力检测，而国外智能球已在这些方面的检测有所应用。由于管道壁厚、防腐层的检测可以为在役管道的管理及维修提供可靠的依据，也可以提前预防管道安全事故的发生，因此在以后的智能球检测技术研发过程中，将会把管道完整性检测内容全部融入到智能球中，形成全方位的智能球管道检测技术，使管道管理提升一个高度。

[1]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)：40-42.

[2]董绍华,杨祖佩.全球油气管道完整性技术与管理的最新进展：中国管道完整性管理的发展对策[J].油气储运,2007, 26(2)：1-17.

[3]李炜,朱芸.长输管道泄漏检测与定位方法分析[J].天然气工业,2005,25(6)：105-109.

[4]张晓忠.油品储运检测诊断技术综述[J].油气储运,1995,14 (6)：44-47.

[5]赵堂玉.基于软件的输油气管道泄漏技术[J].油气储运, 2004,23(9)：1-7.

[6]苏欣.油气长输管道检漏技术综述[J].石油化工安全技术,2005,21(4)：14-17.

[7]付道明,孙军,贺志刚,等.国内外泄漏检测技术研究进展[J].石油机械,2004,32(3)：48-51.

[8]张连文.管道泄漏检测技术及评价[J].油气田地面工程, 2003,22(4)：1-3.

[9]李爱英,王凯全,邵辉.管道泄漏监测技术及其研究进展[J].江苏石油化工学院学报,2002,14(4)：14-17.

[10]马晓斌,曾新定,濮人强.Smartball自漂式检漏系统在输油管道的应用[J].油气储运,2010,29（11）：839-840.

Smart ball technology is developed in recent years,and it can detect pipeline leakage using acoustic signal generated by pipe⁃line leakage.It is composed of three parts：smart ball,host and tracker.It locates a leakage point through three steps of data acquisition, data analysis and positioning.After the smart ball goes into the pipeline,it may plug the pipeline,leading to the pressure bouncing and leakage of the pipeline and other accidents,and therefore it is necessary to analyze the risks and develop risk control measures before de⁃tection.In 2016,the smart ball technology was applied to the leakage detection of an oil pipeline in Ansai Oilfield,and the result shows that there is no any leakage point,and the insulation effect of the pipeline is good.But it is found that in the pipeline,there is sediment and the flow field is complex,there are laminar,turbulent and slug flow.The technology has the advantages of strong applicability,high sensitivity and long detection distance.

smart ball;oil pipeline;leakage detection technology;Ansai Oilfield

梅

2017-01-05

刘仲勤（1972-），男，工程师，现主要从事输油管道管理方面的工作。