谈长输油气管道的泄漏检测和定位问题

杨杨

（锦州输油气分公司盘锦压气站，辽宁 盘锦124000）

1 引言

根据《2016-2022年中国油气管道工程建设行业需求调研及“十三五”竞争战略研究报告》可以发现，2017年我国长输油气管道发展劲头良好，总长度达到了13.31 万千米，7.72 万千米是天然气管道，2.72 万千米是成品油管道，原油管道占到2.87 万千米，因此，为我国经济繁荣作出了十分杰出的贡献。一旦长输油气管道发生泄漏情况，将导致整个系统不能运营，那么会牵扯出更大的问题。所以，为了保障管道泄漏的检测与定位问题，投入了许多人力资源。

2 长输油气管道的泄漏检测方法

2.1 负压波检测法

一旦长输油气管道发生泄漏，该处负压波和速度不变，并下上传播。所以，利用管道中负压波的传播快慢和传到管端的时间差，找出发生泄漏的位置。目前，成熟的经验一是获取负压波信号的奇异点，二是预算负压波传到管端的时间差，可以对长输油气管道的泄漏进行一定的研究。第一种经验，表现为管道实时检测法，以视神经网络为技术基础，利用实测数据信号的奇异点完成检测[1]。那么第二种经验表现为自适应无偏差时延估计法，能够更好地检测出泄漏的具体位置。数据表明，第一种能够准确检测与定位瞬时泄漏量超过百分之三的管道泄漏。

2.2 音波检测法

一旦发生泄漏，可以首先通过音波传感器检测音波信号，之后再对管道的定位泄漏点进行检测，有一个定位公式，由泄漏处到管道首端与尾端的距离、管道中介质的平均流速、音速、泄漏音波传到管道首端和尾端的时间等组成。管道中介质的压力与温度对音速产生影响，所以利用好管道音波速度的波动能够非常精准地定位具体泄漏点。数据表明，泄漏时气体的音波低频信号频率大概为10Hz，音波传感器检测不超过20Hz 的次声波信号，所以压力变送器没有音波传感器反应灵敏。针对以上情况，通过音波法检测来对输气管道进行定位，尽可能减少定位误差。

2.3 小波分析检测法

小波分析检测法的应用原理是，压力信号在现场采集，经过去躁，提取信号特征，定位压力信号的拐点。过程中必须科学选择分解层数、阈值函数与小波基函数。研究时第一步通过二代小波变换，对管端的压力信号进行预处理，再使定位压力信号下降，然后用负压波法定位[2]。另外，流体管道系统复杂，采集信号不易，常受外界噪音的影响。因此，虽然小波变换能够在一定程度上消掉管端压力信号的噪音，可对每一层分解获得信号单支重构，对小波变换及小波基函数的分解尺度要求较高。

2.4 神经网络检测法

该种方法的应用原理是，首先通过人工神经网络计算管端采集信号波动和管道泄漏之间的联系，然后分析不同情况下提取信号的特征，输入诊断模型，分析管道运行情况，判断泄漏与否。这种方法的核心要求为提取泄漏信号的频域和时域特征，输入神经网络。因为要提取许多特征参数，所以样本数据要保证准确完整。所以，为保证管道泄漏状况的判断准确，需要通过神经网络综合其他方法，保障管道不泄漏。

2.5 基于模型的管道泄漏检测方法

基于模型的管道泄漏检测方法流程如下：首先创建管道模型，然后对比实测值和模型，根据差异值对管道泄漏进行检测定位。该方法的研究内容具体如下：将管道空间定量划分为一些长度分段，将状态变量设定节点，输出模型采用每一节点的泄漏量，通过自适应卡尔曼滤波预算管道状态。该种方法要求过程噪音先于经验知识，即先验知识，同时管道泄漏的检测与定位结果与管道分段有关。管道多处发生泄漏，其中就有非线性模型，就是首先对模型进行正常的线性化处理，然后将状态变量引入状态空间，再用自适应卡尔曼滤波诊断输出和实测的差异，最后预算管道的泄漏位置以及泄漏和摩擦系数。通过扩展卡尔曼滤波故障诊断泄漏的具体位置，在单点的泄漏量高于故障诊断的情况下，用观测器估计管道的泄漏系数与位置，同时保存。然后创建一些扩展卡尔曼滤波观测器，检测管道的连续泄漏，一旦发生三个以上位置点的泄漏，那么管端流量是曲折的。综合来说，管道泄漏检测方法还是很有用的，但必须在管端安装压力变送器、温度变送器、流量计等，提前了解管道模型的状态空间及上文中提过的先验知识等，然后再利用数学模型和硬件的准确性保证结果准确可靠。

3 结语

目前，我国原油无论是黏度还是含蜡量或凝点都很高，所以要结合实际情况采用适当的泄漏检测和定位方法。方法不会是单一的，也需要综合采用，才能扬长避短，使结果更精确。