国内外油气管道泄漏检测技术研究进展.pdf

第 4 2卷第 3期 2 0 1 3年 3月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V o 1 ． 42 ．N 0 ． 3 M a r c h。2 0 1 3 国内外油气管道泄漏检测技术研究进展 宋 源 中国石油 青海油田公司冷湖油 田管理处 ，青海 海西 8 1 6 3 0 0 摘 要管道已经成为快速经济发展中不可缺少的运输工具，因此 ，对于油气管道泄漏的检测就显得尤为 重要。总结了目前国内外关于油气管道基于硬件和软件的泄漏检测技术，对其中主要的管道泄漏检测技术进行 对比、分析，并对管道泄漏检测技术的发展方向进行阐述。 关键词油气管道；泄漏 ；检测技术 中图分类号T E 9 7 3 ． 6 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 - 0 4 6 0 2 0 1 3 0 3 0 2 9 7 0 3 Re s e a r c h Pr o g r e s s i n t he Le a ka g e - De t e c t i o n Te c hno l o g y o f Oi l ． Ga s Pi pe l i ne s a t Ho me a nd Abr o a d S oNG Y u a n P e o C h i n a Q i n g h a i O i l F i e l d C o m p a n y L e n g h u Oi l F i e l d Ma n a g e me n t D e p a r t me n t ，Qi n g h a i Ha i x i 8 1 6 3 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Wi t h r a p i d d e v e l o p me n t o f e c o n o my ,t h e p i p e l i n e h a s b e c o me a n e c e s s a r y t r a n s p o r t a t i o n t o o 1 ．S o t h e l e a k a g e d e t e c t i o n t e c h n o l o g y i s p a r t i c u l a r l y i mp o rt a n t f o r t h e o i l g a s p i p e l i n e ．I n t h i s p a p e a l l l e a k a g e d e t e c t i o n t e c h n i q u e s for o i l - g a s p i p e l i n e s b a s e d o n t h e h a r d wa r e a n d s o ft wa r e a t h o me a n d a b r o a d we r e a n a l y z e d a n d c o n t r a s t e d ， a n d i t s d e v e l o p me n t 仃e n d we r e d i s c u s s e d ． Ke y wo r d s Oi l -- g a s p i p e l i n e ； L e a k a g e ； De t e c t i v e t e c hn i q u e 用管道传输能量被认为是安全 、经济的运输方 法 ，但是石油和天然气具有易燃 、易爆等特点 ，当 管道发生泄漏事故时 ， 容易造成爆炸 、 火灾 、中毒 、 污染环境等一系列灾害 ，如果发生在居 民聚集 区， 将会造成更为严重的后果。输油和输气管道发生泄 漏 的原因包括外力损伤 、材料设备 、腐蚀 、施工质 量 、违规操作 、自然灾害等主要原因⋯ 。 2 0世纪 8 0年代后期，人们的安全与环保意识 逐渐增加。同时，许多管道系统的运行已经接近设 计使用年限口 。为了满足安全和环保的要求，工作 人员越来越多地开始利用各种先进检测手段对管道 状态和整体性进行全面细致的分析。本文按照基于 硬件和软件的方法概述了国内外油气管道泄漏检测 技术 ，并对管道泄漏检测检测方法进行对 比。 1 管道检测的必要性 对管道实施检测 ，可以准确掌握管道 的运行状 况 ， 并对一些管道存在的问题进行及时的维修 ， 就可 以避免一些事故的发生， 同时也能大大延长管道的使 用寿命，经济效益十分可观 。具体包括如下方面 1 减少输送介质损失 ； 2 减少管道停输造成的损失 ； 3 减少管道 事故造 成的环境污染及人身安全 伤害损失 。 因此，管道检测是保障输油输气管道正常生产 的重要保证 ，正在 日益成为输油输气管道建设中必 不可少的一部分。 2 基于硬件 的泄漏检测方法 基于硬件的管道泄漏检测方法主要有观察巡视 法、 放射性示踪法 、 分布式光纤温度传感器监测法、 激光检测法、 气体成像法 、超声波检漏法、电缆检 测法等。 2 ． 1 观察巡视法 此种方法是 由专业 的管道管理操作人员 或经 过严格训练过的动物建立专职的巡线队伍 ，对管线 进行不定期或定期的巡查 ，通过看 、闻、听等方式 查看输油管线是否发生泄漏。 目前该方法也运用了 现代的高科技手段，例如美国的 0 I L T O N等公司运 用机载红外线技术 ，它通过高精度的红外摄像机分 析管道周围微小的温度变化来判断管道是否发生泄 漏。该方法原理简单，可操作性强，费用较高，但 实时『生 差。检测结果主要依赖于个人经验和查看前 后泄漏的发展，无法对管道泄漏进行连续检测，灵 敏性差 。此方法适用于所有埋地管道 。 目前国内的大多数油气管道都配备了专业的 收稿 日期 2 0 1 2 - 1 0 - 3 1 作者简介 宋源 1 9 8 5 一 ， 男， 吉林洮南人 ， 助理工程师， 2 0 0 8年毕业于东北石油大学油气储运工程专业， 研究方向 从事施工管理工作。E - m a i l 3 6 5 9 2 7 1 6 2 q q．c o rn 。 化 工 管道巡线员。国内个别管道公司采用直升飞机进行 巡线 。 2 ． 2 放射性示踪法 在输送的油品中加入一定 比例的具有放射性的 指示剂 ，当输油管道发生泄漏时 ，放射性指示剂渗 入土壤 ，当输油管道加隔离球输送纯净油品时，将 残余的放射性指示剂洗刷干净 ，然后放入探测器 ， 在漏点能探测出放射性信号 ，通过计算机就能定位 漏点的位置 。 。 2 ． 3 分布式光纤温度传感器监测法 在加热输油管道发生泄漏时，分布式光纤温度 传感器能够非常准确的测量和感知管道周围温度的 变化 ，从而精确定位管道泄漏的位置。分布式光纤 温度技术是根据拉曼光反射 、布里渊光反射和光纤 光栅原理研制 出来的。这种检测方法的精确度能达 到 0 ． 5～2 ． 0 m。现在 国外 已应用基于光纤光栅原理 的准分布式温度传感 系统 ，目前国内也正在应用该 项技术进行泄漏检测 ， 。 2 ． 4 激光检测法 该方法是利用激光吸收光谱及谐波探测的基本 原理 ，基于现代光学 、微电子学和计算机技术的基 础 ，其测量系统主要包括激光扫描探头 、运动控制 和定位系统 、数据采集和分析系统三个部分 。 2 。 5 气体成像法 近年来 ，气体成像法技术采用光在空气中发生 折射而成像的理论进行管道泄漏的检测 ，主要用于 输气管道泄漏时的检测 ， 该设备简单轻巧 ， 易使用。 如英国的 G M I 公司基于红外光谱吸收技术研制的 O MD系统就是基于气体成像 的原理 ， 它是一种新型 车载检漏设备，主要用于城市燃气管道泄漏检测， 其检测精度可达 1 g ／ g ” ⋯ 。 2 ． 6电缆检测法 这种检漏方法是通过沿输油管道铺设包有特殊 绝缘层的电缆 ，这种绝缘层遇到油品会溶解 ，因此 当管道泄漏时将会出现短路而发出警报 ，并为定位 泄漏位置提供保障⋯ 。 3 基于软件的泄漏检测方法 基于硬件的管道泄漏检测方法主要有流量平衡 法 、负压波法 、压力点分析法 、分段试压法和实时 模型法等。 3 ． 1 流量平衡法 该方法是基于管道流体流动的质量守恒原理， 即一条不泄漏的管道 内，“ 流入与流出必相等” 。实 时测 出管道出口与入口流量 ，有差值则表 明管道内 可能发生泄漏” 。实际上 ，由于所测流量取决于流 体的各种性质 如温度 、压力 、密度 、黏度 以及 流体的状态 ，而使情况变得复杂 ，在实际应用中可 用一些公式进行修正。 3 ． 2负压波法 当输油管道发生泄漏时，管内流体在泄漏点流 失 ，因此引起该点的密度减小 ，压力瞬间下降 ，且 在此处产生 以一定速度 向上 、下游传播的负压波 ， 设置在泄漏点两端的检波器能检测到传到各 自的时 间 ，从而推算出传到上下游的时间差 ，由负压波的 传播速度与时间差确定泄漏点的位置 。 3 ． 3 压力点分析法 压力点分析法 P P A 是一种非常有效地检测液 体 、气体及某些多相流管道泄漏方法。当管道运行 正常时 ，其密度与压力的变化呈现为连续的稳定状 态 。当管道发生泄漏 ，稳定的运行状态将被破坏 ， 随之建立新的稳定状态 。在这一过程中，管道内将 产生一扩张波 ，并沿管道传输 ，管道内各点压力并 随之变化。安装在管道上的检测装置将会检测到传 来的泄漏特征信号 。通过分析检测到的信号，提 取数据变化曲线 ，并与稳定状态下的相比较 ，从而 确定管道是否出现泄漏。 3 ． 4 分段试压法 此方法是按顺序分段关闭管道上的阀门 ，通过 观测关闭管段压力的变化 ，从而确定管道泄漏位置 和程度” 。国家相关部门制定了管道安全规则 ，这 个安全规则要求新投产的管道或者改线的管道 、更 换管道后再投产的都应进行分段试压法 。这种方法 不足之处在于工作量较大 ，检测 比较费时 ，且无法 用于运行的管道。 3 ． 5实时模型法 这种方法通过动量平衡、 质量平衡、 流体动力及 流量平衡方程建立数学模型模拟液体在管道内的流 动 ， 以定时测取运行管道的实际值作为初值条件 ， 对 管道内的流体的流量和压力等参数做出预测 。将 预测值与实际测量值进行对比来判断是否泄漏 ， 并确 定泄漏位置，这种方法定位精确 ，但误报率较高。 4 管道泄漏检测的技术指标及对 比 管道泄漏检测的各种方法都有各 自的优缺点 ， 为了对这些方法进行 比较 ，应建立一套评价指标 。 通常来说 ，对一种泄漏检测方法优劣或一个检漏系 统性能的评价应从以下几个方面加以考虑 1 灵敏度。能检测到的最小瞬时泄漏量与当时 管道瞬时输量之 比的百分数。 f 2 1 定位精度。系统检测出的泄漏点位置跟实际 位置间的误差与管道长度之 比的百分比。 3 1 评估能力。管道泄漏检测方法是否能够检测 出泄漏位置及泄漏量大小的能力 。 f 4 反应时间。泄漏发生后系统能检测出来的最 短时间。 第4 2卷第 3期 宋 源 国内外油气管道泄漏检测技术研究进展 2 9 9 5 有效 泄 测 系统是 翳 0 整务 箔 道。 6 误报率。 系统误报次数占总报警次数的百分比。 7 适应能力 。管道泄漏检测方法是否能在管道 所处的任何条件下对管道泄漏进行检测的能力。 8 可维护性。管道泄漏检测系统是否能过对简 单问题进行自我修复或操作工作者进行简单维修。 9 费用。泄漏检测系统所产生的一切费用。 主要管道泄漏检测方法性能对 比见表 1 。 表 1 管道泄漏检测方法性能对比 T a b l e 1 P e r f o r ma n c e c o m p a r i s o n o f l e a k a g e -- d e t e c t i o n t e c h n i q u e s f o r o i l -- g a s p i p e l i n e s 5 管道泄漏检测技术展望 基 于计算机技术 的检测 系统 已经广泛应用于 各种类型的管道系统 ，并且仍将不断发展和进步 。 计算机硬件处理能力 的提高 、新软件的开发 、降低 运行和维修成本的压力以及先进统计 和追踪系统的 研发 ，都将推动管道检测技术 向前发展 。 利用这种控制 系统进行控 制和数据采 集时切 实可行的。该控制系统已经不仅被用于大型复杂的 管道系统，即使小规模管道系统， 也可采用自动监 控系统进行数据采集和分析计算 ，以减小人力物力 消耗。尽管操作条件变化可能不大 ，但是一年中累 积的节约量是相当可观的。 结合系统控制 ，对旋转设备和其他系统组件进 行实时监控可以降低燃料消耗 。评估显示 ，对泵 、 压缩机和其他机械驱动装置进行实时监控 ，可减少 维修费并延长设备 的使用寿命。 计算机软件也会变得更加简便和实用。管道操 作和设计人员可通过计算机完成 日常工作 。此外 ， 随着软件功能的 日益强大 ，新技术从研究到投入生 产所经历的周期也会大大缩短。许多现代化的管道 系统都包括进油点 和分油点 ，同时也可以输送多种 油品。 只有利用计算机进行控制 、 计量和设备检测 ， 才能使整个系统高效运行。 管道泄漏检测技术 的发展也将进一步得益 于 管道系统的计算机模拟。泄漏检测过程中，需要实 时掌握各个参数的准确数值 ，而获得这些实时数据 唯一的方式就是将检测设备实时扫描获得的数据不 断传人计算机。计算机能过计算进入和流出管段流 体的体积流量， 最后通过比较来判断是否发生泄漏。 今后，管道系统的计算机模拟将越来越多地用于处 理和解决复杂的设计问题 ，如两相流问题。 计算机监控和模拟的普遍应用 ， 必将导致监控和 检测效率的提高、 操作成本的降低和安全l生 的提高。 参考文献 [ 1 ] 王为民， 国内外石油管道输送技术发展综述[ J ] ． 管道技术与设备， 1 9 9 7， 2 7 f4 4- 8 ． [ 2 ]付道明， 孙军 ， 贺志刚 ， 等． 国内外管道泄漏检测技术研究进展【 J 】 ． 石油机械，2 0 0 4 ，3 2 3 4 8 5 1 1 3 j B u t t e r N C ． P i p e l i n e l e a k d e t e c t i o n t e c h n i q u e s [ J ] ． P i p e s ＆ P i p e l i n e s I n t e r n a t i o n a l ， 1 9 8 2， 4 7 0 9 2 ． [ 4 ] 郑志伟 ，刘丽川 ，刘鎏，等． 油气管道泄漏检测技术概述【 J J_ 化工 设备与管道 ，2 0 0 9 ， 4 6 5 4 1 4 6 ． [ 5 ] 李炜，朱芸． 长输管线泄漏检测与定位方法分析[ 【 J J l天然气工业， 2 0 0 5 ，2 5 6 1 0 5 1 1 0 ． 1 6 j R o v e r C，Me y e r R，C h r i s t e n s e n N． B a y e s i a n i n f e r e n c e o n c o mp a c t b i n a r y i n s p i r a l g r a v i t a t i o n a l r a d i a t io n s i g n a l s [ J J ．C l a s s i c a l a n d Q u a n t u m G r a v i t y ，2 0 0 6 ，2 3 2 1 4 8 9 5 4 9 0 6 [ 7 j N a g a t M． S e n s i t i v e l i q u i d s e n s o r f o r l o n g d i s t a n c e l e a k d e t e c t i o n [ J ] ． S P I E， 2 0 0 0 1 3 6 7 1 3 7 4 ． 1 8 j S a i n t D P ，C o u l t e r S L ．F i b e r s e n s o r s s n i ff o u t e n v ir o n m e n t a l p o l l u t a n t s [ J ] ． P h o t o n i c s S p e c t r a ，1 9 9 6 ，3 8 5 9 1 - 9 4 ． [ 9 J S a n d b e r g C ． T h e a p p l i c a t i o n o f a c o n t i n u o u s l e a k d e t e c t i o n s y s t e m t o p i p e l i n e a n d a s s o c i a t e d e q u i p me n t s [ J ] ． I E E E T r a n s c a t i o n o n i n d u s t r y a p p l i c a t i o n ，1 9 8 9 ，2 5 5 9 0 6 9 0 9 ． 1 1 O J D r Wh a l e y R S ， N i c h o la s R E ， R e e t J D ． T u t o r i a l o n s o f t w a r e b a s e d l e a k d e t e c t i o n t e c h n i q u e s [ J ] ． S c i e n t i f i c s o f t w a r e i n t e r c o m s ，1 9 9 2 ，1 7 1 o 1 1 2 0 -1 3 2 ． [ 1 1 ] 李文军，王学英． 油气管道泄漏检测与定位技术的现状与展望[ J ] ． 炼油技术与工程，2 0 0 5 ， 3 5 9 1 4 9 5 2 ． [ 1 2] 刘恩斌，彭善碧，李长俊． 现代管道泄漏检测技术探讨『J 1 l管道技 术与设备 ，2 0 0 4 5 1 7 1 9 ． [ 1 3]元强 ，刘吉东． 应用负压波法检_坝 管道泄漏的技术研究U ] ． 油气田 地面工程 ，2 0 0 2 ，1 8 1 1 0 0 1 0 3 ． [ 1 4] 李建新，邓雄． 基于负压波和流量平衡的管道检测系统研究【 j 1 ．石 油和化工设备，2 0 0 9 ，2 4 1 3 0 3 4 ． [ 1 5 ] 王立宁，李健 ， 靳世久． 热输油管道瞬态压力波法泄漏点定位研究 【 J ] ． 石油学报 ，2 0 0 0 ，2 1 4 9 3 9 6 ． [ 1 6 ]阳子轩．复杂管道泄漏检测技术研究[ D 】 武汉 武汉理工大学 ， 2 0 1 1 ． [1 7]F e r r a n t e M， B r u n o n e B ． P i p e s v s t e rn d i a g n o s i s a n d l e a k d e t e e t i 0 n b v u n s t e a d y s t a t e t e s t s 2 w a v e l e t a n a l y s i s f J ] ． A d v a n c e i n Wa t e r R e s o u r c e s ，2 0 0 3 ，2 6 3 1 0 7 1 1 6 ． 1 1 8 J B e c k S B M， C u r r e n M D ， S i m s N D ． P i p e l i n e s y s t e m i d e n t i fi c a t i o n t h r o u g h c r o s s c o r r e l a t i o n a n a l y s i s Ⅲ． P r o c e s s M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，2 0 0 2 ，2 1 6 7 1 5 7 2 3 ．