1、油气管道泄漏检测定位技术概油气管道泄漏检测定位技术概述述目录目录1 绪论2 油气管道泄漏检测3 结论与展望1 绪绪论论1.1背背 景景截止到2017年底，中国长距离油气管道总长约133100km，其中输气管道总长为77200km，原油 管道为28700km（扣除退役封存管道），成品油管道为27200km。管道建设平稳推进。中俄东 线天然气管道工程的建设完工，标志着我国油气管道开始从“数字管道数字管道”步入“智慧管道智慧管道”时 代。1.1背背 景景我国管道工业正面临着严重的安全运行问题，据不完全统计，近二十年来，我国的事故率年 平均值达到了3次次 /km，远高于其他国家，远高于其他国家，由泄漏
2、引发的事故所占比例较大。油气泄漏除了 对埋地土壤造成污染，严重泄漏事故会引发爆炸，给周边群众正常的生产生活和生命财产造 成严重威胁。黄岛输油管道泄漏爆燃事故为我国管道事业敲响了警钟，管道泄漏智能检测与 定位技术的发展日益受到各大单位的重视。输油管道与排水暗渠交汇处管道腐蚀减薄、管道破裂，原油泄漏流入排水暗渠，现 场处置人员采用液压破碎锤在暗渠盖板 打孔破碎，产生撞击火花，引发暗渠内油 气爆炸。该事故造成62人遇难、136人受伤，直接 经济损失人民币75172万元。1.2管 道 泄 漏 原 因 和 部管 道 泄 漏 原 因 和 部位位管道泄漏主要包括以下原因：1)外力作用外力作用，包括管道占压、
3、施工挖掘和打孔盗油；2）管管道道 腐蚀腐蚀，影响因素包括土壤pH值、细菌、杂散电流、金属材料的不均匀性等；3）环境影响环境影响，季节的更换会引起土壤结构的变化造成埋地管道沉降度不稳定，管道切口发生破坏。法兰泄漏、螺纹连接部位泄法兰泄漏、螺纹连接部位泄漏漏焊接存在的缺陷如未焊透、杂渣、气孔裂纹引起的泄漏焊接存在的缺陷如未焊透、杂渣、气孔裂纹引起的泄漏；由于天然气高速流动在改变方向时对管壁产生较大的冲刷力导致管道穿孔泄由于天然气高速流动在改变方向时对管壁产生较大的冲刷力导致管道穿孔泄漏漏阀门的填料处或机泵的轴向填料密封处发生的泄阀门的填料处或机泵的轴向填料密封处发生的泄漏漏连接部位焊接部位冲刷填料
4、部位泄漏部位2 油气管道泄漏检油气管道泄漏检测测2油 气 管 道 泄 漏 检油 气 管 道 泄 漏 检测测管道泄漏检测系统即管道泄漏信息管理系统，可以对油气输送管道全天候实时监测全天候实时监测，一旦管 线发生穿孔泄漏，则检测系统可通过其信息管理系统及时报警定位报警定位。根据检测手段、检测装 置所在的位置和检测对象的不同，管道泄漏检测技术大体上可按以下方式分类:直接检测法 与间接检测法，基于硬件与软件的检测法，内部检测法与外部检测法。现代科技的飞速发展，使管道泄漏检测 的新方法和新成果层出不穷。特别是与 传感器技术、计算机技术、探测技术、仪表自动化的融合，为检漏技术向智智能能 化化、多样化多样化
5、发展提供了广阔发展空间。2.1直 接 检 测直 接 检 测 法法直接检测法是将检测元件（如光纤传感法和电缆）和管道在管沟中同时敷设，检测元件与泄 漏介质接触性质发生变化从而达到检测的目的，管道建设期就需要安装建设管道建设期就需要安装建设。人工巡人工巡线线电缆检测电缆检测法法光纤传感检测光纤传感检测法法直接检测直接检测法法最直接最直接的检测方法，无法实时监测常用于原油和成品油管道原油和成品油管道检测，但是电缆受到污染后需要及时 更换，否则管道再次泄漏后无法准确定位，因此投资成本很大可以避免信号在传递过程中严重衰减的状况，具有耐腐蚀耐腐蚀可可 长距离传输长距离传输的优点，还可以在管沟中同时敷设通信
6、光缆，同时敷设通信光缆，同同 时实现检测和通讯的目的时实现检测和通讯的目的，具有广泛的应用前景2.2间 接 检 测间 接 检 测 法法间接检测法是通过监测管道内参数运行情况来判断是否发生泄漏。灵敏度较直接检测法低，适用于泄漏量较大（一般为适用于泄漏量较大（一般为1%）的检测）的检测，这种检测方法的优点是在不影响管道安全运行的 条件下进行安装。间接检测法建设投资费用低于直接检测法，随着计算机技术和信号处理技 术的发展，间接检测方法仍在不断地改进完善，其中负压波法和声波法负压波法和声波法得到广泛应用。流量平流量平衡衡 法法负压波负压波法法智能球智能球法法声波声波法法实时模实时模型型 法法2.2间
7、接 检 测间 接 检 测 法法1.流量平衡法油气管道在正常工况下，首/末两端流出/流入流体的质量流量约是相等的，首末两端的流 量差值大于一定阈值时则管道发生泄漏。这种方法的灵敏性较低，对于微小的泄漏只有泄 漏量积累到一定程度才能够达到检测目的。所以这种检测方法无法及时报警和定位，一无法及时报警和定位，一般般 与其他检测方法配合使用与其他检测方法配合使用。2.实时模型法建立管道的流动模型，设定一定的边界条件进行求解，将管内实时参数和计算所得参数进 行比较，若是两者的偏差超过一定范围，则管道发生了泄漏。采用压力梯度法对泄漏点进 行定位。实时模型法能够对大于大于5%的泄漏量进行检测，由于没有考虑温度
8、没有考虑温度对诸多参数的 影响，误报率较高误报率较高。2.2间 接 检 测间 接 检 测 法法3.3.负压波负压波法法当管道泄漏时，泄漏处因流体质量损失而引起局部 流体密度减小，会产生一个瞬间压力降和速度差，并形成负压波。将所得到的负压波与正常工况下的 进行分析判断管道有无泄漏，对负压波传递到首末 端的时间差进行分析确定泄漏点的位置。这种方法是国内外最成熟最成熟的泄漏检测方法，天津大学已将该技术成功地商品化，并且取得了极好的应 用效果。负压波法对突发性大规模泄漏突发性大规模泄漏反应灵敏，对于管道腐蚀穿孔和焊缝开裂等微小泄漏微小泄漏状况往往 会出现漏报漏报的情况。也常受到启停泵和调整阀门等站内正
9、常操作压力波动的影响，容易出现误报，多 用于液体介质液体介质输送管道。常和流量平衡法结合使用，从而达到及时准确检测和定位的目的。2.2间 接 检 测间 接 检 测 法法4.声波法当油气管道发生泄漏时,气体介质从泄漏 点喷射流出,由于管内外压差及气体与管 壁的相互作用形成强烈的湍流,从而产生 压力和速度脉动,产生喷射四极子声源喷射四极子声源辐辐 射声波射声波。同时气体碰到输气管道中存在 的管壁、阀门、弯头等固壁又会伴随产 生偶极子声源偶极子声源。偶极子声源和四极子声 源相互叠加,叠加效果表现为管道内介质 中有一个声波波动信号传播着,声波法泄 漏检测技术正是通过检测泄漏瞬间产生 的声波波动及时发现
10、管道泄漏。这种方法适用范围广适用范围广，油气管道均可使用c为声速，L为首末端传感器之间的距离，a1/a2为泄漏点与上/下游传感器之间管段内气体流速，t为同一泄漏声波传播到首末站传感器的时间差值2.2间 接 检 测间 接 检 测 法法5.智能球法智能球在管道内运动可以记录全频段的声波信号，泄漏点处与正常工况下的声信号在幅度和幅度和频频 率率分布方面并不相同，由此判断管道是否泄漏。传统的管内检测仪器往往会受到电缆长度和管 道变形和弯曲的影响，限制了检测距离，还具有卡堵风险。智能球直径小，运动时对管道的变 形和弯曲不敏感，具有功耗低、定位准确、使用方便和运行安全等优点具有功耗低、定位准确、使用方便和
11、运行安全等优点。天津大学天津大学精仪学院在 国内首先首先提出了智能 球检测的这一概念，在中石化珠三角成品 油输送管道进行了现 场试验测试，定位定位精精 度达到度达到0.3%0.3%。2.3检 测 方 法 对检 测 方 法 对 比比泄漏检测方泄漏检测方法法灵敏灵敏度度定定位位精精度度误报误报率率实时实时性性适适应应能能力力费费用用人工巡线人工巡线法法高高低低有高电缆检测电缆检测法法高高较低较低无高光纤传感检测光纤传感检测法法高高低高有高流量平衡流量平衡法法较低低高低无低负压波负压波法法较高较高高较高有较高声波声波法法高较高低高有较高实时模型实时模型法法较高较高高较高有低智能球智能球法法高高低高有
12、较高评价一种泄漏检测方法的优劣，主要包括灵敏度、定位精度、误报率、实时性、适应 能力等指标3 结论与展结论与展望望3.1结结 论论 对于某种检测方式往往具有一定的缺陷，结合多种方法进行综合检测，发挥各自的 优势，从而提高整个系统的综合检测定位性能。由于负压波法和声波法具有灵敏性和定位精度较高，原理简单，适应性强灵敏性和定位精度较高，原理简单，适应性强的优点，被国内外广泛应用。但是，负压波和声波在长距离传输过程中会出现严重衰减严重衰减的问 题，只有当管道总泄漏量大于1（气体管道泄漏量为5%）可以有效地进行突发性 检测。管道泄漏如腐蚀和裂缝通常无法及时检测，会出现漏报漏报情况。Conclusion
13、 智能球法可以检测泄漏点附近的泄漏信号，有效避免长距离传播衰减有效避免长距离传播衰减，具有良好的 通行性和操作性，能够在短时间内，以高频率，低成本和准实时方式检测陆地和陆地和海海 底管道底管道中的小泄漏小泄漏。因此，这种方法将是管道泄漏检测的一个重要发展方向。3.2尚 待 解 决 的 问 题 与 展尚 待 解 决 的 问 题 与 展望望尚待解决问题尚待解决问题多相流管道多相流管道和海底管道海底管道的泄漏和定 位方法需重点研究对于小泄漏，泄漏信号的提取和增强 需进一步研究。通过靠近泄漏源以提高信号的信噪比。可以在管道上密集地敷设传感器，但 是需要技术创新来解决供电、功耗供电、功耗和和 组网问题组网问题。应用智能球检测法也需要 解决球体在管道内解决球体在管道内翻滚和壳体声屏翻滚和壳体声屏蔽蔽 的问的问题题研究展望研究展望 进行理论分析、数值模拟和实验研究泄漏特征信号传播规律研究泄漏特征信号传播规律 针对不同检测原理改进检测方法改进检测方法 提高定位精度提高定位精度
