油氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)

管道能源的傳輸是安全和經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸方式，但石油和天然氣具有易于阻塞的特點(diǎn)。如果管道發(fā)生泄漏事故，這將容易造成許多事故，如爆炸、火災(zāi)、中毒和污染環(huán)境。如果發(fā)生在居民區(qū)，將帶來更嚴(yán)重的后果。輸油和輸氣管道發(fā)生泄漏的原因包括外力損傷、材料設(shè)備、腐蝕、施工質(zhì)量、違規(guī)操作、自然災(zāi)害等主要原因。20世紀(jì)80年代后期,人們的安全與環(huán)保意識(shí)逐漸增加。同時(shí),許多管道系統(tǒng)的運(yùn)行已經(jīng)接近設(shè)計(jì)使用年限。為了滿足安全和環(huán)保的要求,工作人員越來越多地開始利用各種先進(jìn)檢測(cè)手段對(duì)管道狀態(tài)和整體性進(jìn)行全面細(xì)致的分析。本文按照基于硬件和軟件的方法概述了國內(nèi)外油氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù),并對(duì)管道泄漏檢測(cè)檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比。1經(jīng)濟(jì)效益分析對(duì)管道實(shí)施檢測(cè),可以準(zhǔn)確掌握管道的運(yùn)行狀況,并對(duì)一些管道存在的問題進(jìn)行及時(shí)的維修,就可以避免一些事故的發(fā)生,同時(shí)也能大大延長(zhǎng)管道的使用壽命,經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。具體包括如下方面:(1)減少輸送介質(zhì)損失;(2)減少管道停輸造成的損失;(3)減少管道事故造成的環(huán)境污染及人身安全傷害損失。因此,管道檢測(cè)是保障輸油輸氣管道正常生產(chǎn)的重要保證,正在日益成為輸油輸氣管道建設(shè)中必不可少的一部分。2檢測(cè)方法法基于硬件的管道泄漏檢測(cè)方法主要有觀察巡視法、放射性示蹤法、分布式光纖溫度傳感器監(jiān)測(cè)法、激光檢測(cè)法、氣體成像法、超聲波檢漏法、電纜檢測(cè)法等。2.1紅外攝像機(jī)法此種方法是由專業(yè)的管道管理操作人員或經(jīng)過嚴(yán)格訓(xùn)練過的動(dòng)物建立專職的巡線隊(duì)伍,對(duì)管線進(jìn)行不定期或定期的巡查,通過看、聞、聽等方式查看輸油管線是否發(fā)生泄漏。目前該方法也運(yùn)用了現(xiàn)代的高科技手段,例如美國的OILTON等公司運(yùn)用機(jī)載紅外線技術(shù),它通過高精度的紅外攝像機(jī)分析管道周圍微小的溫度變化來判斷管道是否發(fā)生泄漏。該方法原理簡(jiǎn)單,可操作性強(qiáng),費(fèi)用較高,但實(shí)時(shí)性差。檢測(cè)結(jié)果主要依賴于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和查看前后泄漏的發(fā)展,無法對(duì)管道泄漏進(jìn)行連續(xù)檢測(cè),靈敏性差。此方法適用于所有埋地管道。目前國內(nèi)的大多數(shù)油氣管道都配備了專業(yè)的管道巡線員。國內(nèi)個(gè)別管道公司采用直升飛機(jī)進(jìn)行巡線。2.2輸油管道出液管出口在輸送的油品中加入一定比例的具有放射性的指示劑,當(dāng)輸油管道發(fā)生泄漏時(shí),放射性指示劑滲入土壤,當(dāng)輸油管道加隔離球輸送純凈油品時(shí),將殘余的放射性指示劑洗刷干凈,然后放入探測(cè)器,在漏點(diǎn)能探測(cè)出放射性信號(hào),通過計(jì)算機(jī)就能定位漏點(diǎn)的位置。2.3管道泄漏位置的測(cè)量在加熱輸油管道發(fā)生泄漏時(shí),分布式光纖溫度傳感器能夠非常準(zhǔn)確的測(cè)量和感知管道周圍溫度的變化,從而精確定位管道泄漏的位置。分布式光纖溫度技術(shù)是根據(jù)拉曼光反射、布里淵光反射和光纖光柵原理研制出來的。這種檢測(cè)方法的精確度能達(dá)到0.5~2.0m?，F(xiàn)在國外已應(yīng)用基于光纖光柵原理的準(zhǔn)分布式溫度傳感系統(tǒng),目前國內(nèi)也正在應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行泄漏檢測(cè)。2.4光學(xué)、微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)測(cè)量系統(tǒng)的組成該方法是利用激光吸收光譜及諧波探測(cè)的基本原理,基于現(xiàn)代光學(xué)、微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ),其測(cè)量系統(tǒng)主要包括激光掃描探頭、運(yùn)動(dòng)控制和定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)三個(gè)部分。2.5輸氣管道泄漏時(shí)測(cè)氣管道泄漏時(shí)氣壓監(jiān)測(cè)的設(shè)備-輸氣管道泄漏時(shí)近年來,氣體成像法技術(shù)采用光在空氣中發(fā)生折射而成像的理論進(jìn)行管道泄漏的檢測(cè),主要用于輸氣管道泄漏時(shí)的檢測(cè),該設(shè)備簡(jiǎn)單輕巧,易使用。如英國的GMI公司基于紅外光譜吸收技術(shù)研制的OMD系統(tǒng)就是基于氣體成像的原理,它是一種新型車載檢漏設(shè)備,主要用于城市燃?xì)夤艿佬孤z測(cè),其檢測(cè)精度可達(dá)1μg/g。2.6特殊絕緣層電纜這種檢漏方法是通過沿輸油管道鋪設(shè)包有特殊絕緣層的電纜,這種絕緣層遇到油品會(huì)溶解,因此當(dāng)管道泄漏時(shí)將會(huì)出現(xiàn)短路而發(fā)出警報(bào),并為定位泄漏位置提供保障。3基于軟件的泄漏檢測(cè)方法基于硬件的管道泄漏檢測(cè)方法主要有流量平衡法、負(fù)壓波法、壓力點(diǎn)分析法、分段試壓法和實(shí)時(shí)模型法等。3.1管道出口與入口流量該方法是基于管道流體流動(dòng)的質(zhì)量守恒原理,即一條不泄漏的管道內(nèi),“流入與流出必相等”。實(shí)時(shí)測(cè)出管道出口與入口流量,有差值則表明管道內(nèi)可能發(fā)生泄漏。實(shí)際上,由于所測(cè)流量取決于流體的各種性質(zhì)(如溫度、壓力、密度、黏度)以及流體的狀態(tài),而使情況變得復(fù)雜,在實(shí)際應(yīng)用中可用一些公式進(jìn)行修正。3.2或下壓波傳播的負(fù)壓波當(dāng)輸油管道發(fā)生泄漏時(shí),管內(nèi)流體在泄漏點(diǎn)流失,因此引起該點(diǎn)的密度減小,壓力瞬間下降,且在此處產(chǎn)生以一定速度向上、下游傳播的負(fù)壓波,設(shè)置在泄漏點(diǎn)兩端的檢波器能檢測(cè)到傳到各自的時(shí)間,從而推算出傳到上下游的時(shí)間差,由負(fù)壓波的傳播速度與時(shí)間差確定泄漏點(diǎn)的位置。3.3管道泄漏的檢測(cè)壓力點(diǎn)分析法(PPA)是一種非常有效地檢測(cè)液體、氣體及某些多相流管道泄漏方法。當(dāng)管道運(yùn)行正常時(shí),其密度與壓力的變化呈現(xiàn)為連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)管道發(fā)生泄漏,穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)將被破壞,隨之建立新的穩(wěn)定狀態(tài)。在這一過程中,管道內(nèi)將產(chǎn)生一擴(kuò)張波,并沿管道傳輸,管道內(nèi)各點(diǎn)壓力并隨之變化。安裝在管道上的檢測(cè)裝置將會(huì)檢測(cè)到傳來的泄漏特征信號(hào)。通過分析檢測(cè)到的信號(hào),提取數(shù)據(jù)變化曲線,并與穩(wěn)定狀態(tài)下的相比較,從而確定管道是否出現(xiàn)泄漏。3.4管道泄漏安全規(guī)則此方法是按順序分段關(guān)閉管道上的閥門,通過觀測(cè)關(guān)閉管段壓力的變化,從而確定管道泄漏位置和程度。國家相關(guān)部門制定了管道安全規(guī)則,這個(gè)安全規(guī)則要求新投產(chǎn)的管道或者改線的管道、更換管道后再投產(chǎn)的都應(yīng)進(jìn)行分段試壓法。這種方法不足之處在于工作量較大,檢測(cè)比較費(fèi)時(shí),且無法用于運(yùn)行的管道。3.5初始模擬條件這種方法通過動(dòng)量平衡、質(zhì)量平衡、流體動(dòng)力及流量平衡方程建立數(shù)學(xué)模型模擬液體在管道內(nèi)的流動(dòng),以定時(shí)測(cè)取運(yùn)行管道的實(shí)際值作為初值條件,對(duì)管道內(nèi)的流體的流量和壓力等參數(shù)做出預(yù)測(cè)。將預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比來判斷是否泄漏,并確定泄漏位置,這種方法定位精確,但誤報(bào)率較高。4系統(tǒng)泄漏檢測(cè)的特性管道泄漏檢測(cè)的各種方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn),為了對(duì)這些方法進(jìn)行比較,應(yīng)建立一套評(píng)價(jià)指標(biāo)。通常來說,對(duì)一種泄漏檢測(cè)方法優(yōu)劣或一個(gè)檢漏系統(tǒng)性能的評(píng)價(jià)應(yīng)從以下幾個(gè)方面加以考慮:(1)靈敏度。能檢測(cè)到的最小瞬時(shí)泄漏量與當(dāng)時(shí)管道瞬時(shí)輸量之比的百分?jǐn)?shù)。(2)定位精度。系統(tǒng)檢測(cè)出的泄漏點(diǎn)位置跟實(shí)際位置間的誤差與管道長(zhǎng)度之比的百分比。(3)評(píng)估能力。管道泄漏檢測(cè)方法是否能夠檢測(cè)出泄漏位置及泄漏量大小的能力。(4)反應(yīng)時(shí)間。泄漏發(fā)生后系統(tǒng)能檢測(cè)出來的最短時(shí)間。(5)有效性。泄漏檢測(cè)系統(tǒng)是否能連續(xù)監(jiān)測(cè)整條管道。(6)誤報(bào)率。系統(tǒng)誤報(bào)次數(shù)占總報(bào)警次數(shù)的百分比。(7)適應(yīng)能力。管道泄漏檢測(cè)方法是否能在管道所處的任何條件下對(duì)管道泄漏進(jìn)行檢測(cè)的能力。(8)可維護(hù)性。管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)是否能過對(duì)簡(jiǎn)單問題進(jìn)行自我修復(fù)或操作工作者進(jìn)行簡(jiǎn)單維修。(9)費(fèi)用。泄漏檢測(cè)系統(tǒng)所產(chǎn)生的一切費(fèi)用。主要管道泄漏檢測(cè)方法性能對(duì)比見表1。5監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬和應(yīng)用基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種類型的管道系統(tǒng),并且仍將不斷發(fā)展和進(jìn)步。計(jì)算機(jī)硬件處理能力的提高、新軟件的開發(fā)、降低運(yùn)行和維修成本的壓力以及先進(jìn)統(tǒng)計(jì)和追蹤系統(tǒng)的研發(fā),都將推動(dòng)管道檢測(cè)技術(shù)向前發(fā)展。利用這種控制系統(tǒng)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集時(shí)切實(shí)可行的。該控制系統(tǒng)已經(jīng)不僅被用于大型復(fù)雜的管道系統(tǒng),即使小規(guī)模管道系統(tǒng),也可采用自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析計(jì)算,以減小人力物力消耗。盡管操作條件變化可能不大,但是一年中累積的節(jié)約量是相當(dāng)可觀的。結(jié)合系統(tǒng)控制,對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備和其他系統(tǒng)組件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控可以降低燃料消耗。評(píng)估顯示,對(duì)泵、壓縮機(jī)和其他機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,可減少維修費(fèi)并延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。計(jì)算機(jī)軟件也會(huì)變得更加簡(jiǎn)便和實(shí)用。管道操作和設(shè)計(jì)人員可通過計(jì)算機(jī)完成日常工作。此外,隨著軟件功能的日益強(qiáng)大,新技術(shù)從研究到投入生產(chǎn)所經(jīng)歷的周期也會(huì)大大縮短。許多現(xiàn)代化的管道系統(tǒng)都包括進(jìn)油點(diǎn)和分油點(diǎn),同時(shí)也可以輸送多種油品。只有利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制、計(jì)量和設(shè)備檢測(cè),才能使整個(gè)系統(tǒng)高效運(yùn)行。管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展也將進(jìn)一步得益于管道系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬。泄漏檢測(cè)過程中,需要實(shí)