某高含硫天然气项目对管道检漏技术的选择研究

张莉

（西南石油大学，成都610500）

1 引言

随着经济的发展和大气污染防治措施的深入实施，我国对天然气资源的需求量呈现爆发式的增长，天然气的开采和管道建设步伐也在持续加速中。预计2020年，天然气管道里程将达到10.4 万公里。对我国天然气管道服役年龄的粗略统计显示，10年以下的占71%、10～20年的占11%、20年以上的占17%。可以预见，在未来10～20年，我国天然气管道将进入老龄化阶段，管道事故也会随着时间的推移频繁发生。

与此同时，高含硫气田的大规模开发，使承载高压高含硫气体输送的集输管道成为风险最为集中的地方。一旦发生管道泄漏，非常容易造成群死群伤事故。如何对高含硫天然气集输管道运行进行监控，防患于未然，成为国内众多天然气工作者所关注的内容。本文通过对目前国内外主要使用的管道检漏系统的梳理，介绍某高含硫天然气项目如何评估和选择管道泄漏检测系统。

2 常见国内外管道泄漏检测及定位方法简介

管道泄漏检测技术从20世纪70年代兴起，现已得到了长足的发展。管道泄漏检测技术众多，分类方法也很多元化。最基本的两大类即周期性泄漏检测方法和在线泄漏检测方法。而在线泄漏检测方法又分为内部检测法和外部检测法。内部检测法通过数据采集系统实时采集管道内流体的流量、压力、温度等，判断管道是否泄漏，并可通过计算对泄漏进行监测和定位。外部检测法通过探测从管道漏失的流体及其所造成的管道外部环境参数改变来实现[1]。下文仅对几种常见在线泄漏检测方法做一个简单介绍。

2.1 内部检测法

2.1.1 管道平衡法

在正常运行状态下，管道的输入和输出量应该相等。一旦发生管道破裂导致泄漏时，管道输入与输出测量值将出现不平衡，从而可判断出管道内是否有泄漏发生。

2.1.2 统计分析法

统计分析法根据管道进出站的流量和压力，连续计算泄漏的统计概率。确定管道发生泄漏后，通过统计平均值估算泄漏量，并利用最小二乘法进行泄漏定位[2]。

2.1.3 负压波法

管道发生泄漏时，泄漏点作为压力波源，通过气体介质以声速从泄漏点朝管道上下游传播。在管道两端安装的压力传感器捕捉到负压波信息，即可检查出泄漏。通过负压波在管道内传播的速度和到达管道两端的时间差可确定泄漏位置。

2.2 外部检测法

2.2.1 声波法

声波法是将泄漏时产生的噪声作为信号源，由声波传感器采集该信号，从而确定泄漏位置和泄漏程度。

2.2.2 分布式光纤法

分布式光纤法基于光纤波导现象，利用一根光纤作为敏感元件，当光源发出的激光脉冲经过光纤或射出光纤时受到外界因素（如温度、压力等）的影响，光的特性被调制，根据处理传感器接收到的数据信号可得到外界参数的变化，实现对物理量的测量[3]。分布式光纤法主要分为分布式温度传感法和分布式振动传感法。

①分布式温度传感法。该方法的基本原理是根据管道中输送的流体泄漏后，改变管道周围的温度，沿管道敷设的光纤检测温度的变化，当温度变化量超过一定的范围，就认为管道泄漏。②分布式振动传感法。该方法的基本原理是管道泄漏后，会产生声波，光纤检测到声波（或振动），系统便会报警。该方法灵敏度高、可检测管道泄漏、挖掘、机械施工等事件。

2.3 红外光谱气体云成像法

红外光谱气体云成像技术使用气体云成像相机来检测出长波长（7.5～14.5 μm）红外光谱。相机安装在一个可移动的基座上，可通过程序使其连续而系统地移动扫过广大区域，对全部厂区进行有效监控，一旦发生泄漏将自动报告光学图像[4]。

3 某高含硫项目对管道检漏系统的选择

四川某高含硫项目的管道具有穿越地形复杂，运行压力高（大于7 MPa），输送介质含高浓度硫化氢（约12%～15%），腐蚀性强，毒性大的特点，一旦发生管道泄漏，不但影响管道系统运行和生产，同时将威胁管道沿线居民的生命安全，并对环境造成污染。通过对管道失效后果进行评估，根据API 1155中的4 类性能准则，制定了管道泄漏检测系统的性能评价指标，要求系统需具备在线实时动态跟踪管道运行状况的功能，同时，能检测到的泄漏量应≤1%的管道设计输量，报警响应时间≤10min，误报警频次≤2 次/年且泄漏定位精度为监测管段长度的1%。下面即从这几方面对这几种检测方法进行对比（见表1）。

性能指标检测到的最小泄漏量（≤1%的管道设计输量）报警响应时间（≤10min）误报警（2 次/年）泄漏定位精度（监测管段长度的1%）管道平衡法统计分析法负压波法声波法分布式温度传感法(DTS)分布式声波传感法(DAS)红外光谱气体云成像法≤5%≤1%≤1%高较高≤1%很高较慢低快快较快高低低较较慢快 快低低较高 高较高较高较高很高很高高

从表1可以看出，这几种检漏系统各有优缺点，适用情况也各不相同，这给高含硫集输系统管道检漏方案的选择带来困难。在实际方案的制定中，需要了解管道的信息，正确分析管道工况，对检测系统的性能指标进行优先次序排列，然后从众多的检漏方法中进行筛选，最后选定最优的解决方案。

通过对管道的风险进行评估，得出该项目管道最大的风险为沿途第三方挖掘/爆破作业，其次为管道接缝处以及由于腐蚀引起的管道微小泄漏。因此，对泄漏系统的灵敏性要求很高，而DAS 由于对管道周围产生的振动十分敏感，因此可作为首选。同时，系统误报率也是一个重要的考核指标。若系统误报率太高，将使操作员失去对系统的信心，从而在真正泄漏警报发生时不能引起操作员的重视，导致不能及时发现泄漏并采取相应措施。报警响应时间的长短将决定从发生泄漏到泄漏被控制所需的时间。由于高含硫项目管道内输送介质的危险性，一旦泄漏若不能得到及时控制，后果不堪设想。因此，基于以上考虑，在对检漏系统的选择上，会优先考虑系统的灵敏度和可靠性，其次考虑系统的准确度。从上表的性能评价汇总可以看出，单一的管道泄漏检测技术无法满足要求，通常会使用多种泄漏检测方法来提高管道泄漏检测系统的灵敏性和准确度。最终该高含硫项目决定采用DAS 和红外光谱气体云成像法作为主要的泄漏检测方案，同时配合使用DTS 和负压波检测技术对管道泄漏进行确认。

4 结语

综上所述，管道泄漏检测技术很多且还在不断发展中，通过对现有各种管道检漏系统技术的对比，可以看出单一检测方法无法实现对管道的风险控制，因此在选择合适的管道检漏系统时需要根据管道的设计参数、传输介质的参数进行分析，建立针对特定管道的性能评价指标体系，对系统的灵敏度、定位精度、反应时间、成本进行综合考虑。在现场应用中，通常会使用多种泄漏检测方法结合的方案，从而提高管道泄漏检测的灵敏度和泄漏点定位的精确度，达到提升管道检漏系统综合性能，及时准确地控制险情，保护环境和保障人们生命财产安全的目的。