油氣泄漏檢測論述

1、油氣泄漏檢測論述摘 要：石油天然氣的運(yùn)輸要經(jīng)過長輸管道，為保證其運(yùn)輸?shù)目煽堪踩?，必須對管道運(yùn)輸情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，避 出現(xiàn)油氣的大面積泄露，所以我們便要重視油氣泄露的檢測方法以及檢測技術(shù)。通過對油氣泄露的原因分析以及檢 測技術(shù)的發(fā)展歷史回顧，對油氣泄露檢測技術(shù)的現(xiàn)狀以及發(fā)展前景進(jìn)行了探究。關(guān)鍵詞：油氣泄露；運(yùn)輸管道；檢測技術(shù)；石油天然氣等作為帶動國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步的重要能源，保證其供應(yīng)正常是必要的。大多 數(shù)的油氣都要經(jīng)過長距離的管道運(yùn)輸?shù)竭_(dá)指定站點(diǎn)，在這個過程中，管道所經(jīng)過的地理環(huán)境和地質(zhì) 狀態(tài)是變化多樣的，于是不可避免的就會因?yàn)楦鞣N原因出現(xiàn)泄漏等現(xiàn)象，而油氣泄漏可能會帶來的 危害是不容輕

2、視的，這也就使得管道泄漏成為國內(nèi)外人們非常關(guān)注的一個問題。比如中石化11.22事 故的發(fā)生，共造成62人遇難，對人們的生命財(cái)產(chǎn)以及社會環(huán)境都造成了不可彌補(bǔ)的損失，也造成了 極大的社會影響。所以能夠準(zhǔn)確、及時的檢測到泄漏以及發(fā)生地點(diǎn)顯得尤為重要。而我們也必須不 斷的提升進(jìn)步，促進(jìn)泄漏技術(shù)的發(fā)展與完善，保證油氣運(yùn)輸?shù)陌踩耘c可靠性，從而促進(jìn)國家的經(jīng) 濟(jì)發(fā)展。1油氣泄漏的原因11管道腐蝕。輸送油氣的管道幾乎都是鋼制管道，這些管道有的直接暴露在空氣中，有的埋在地底 下，都不可避免會被腐蝕，油氣中含有多種雜質(zhì)，這些物質(zhì)在一定條件下會與管道發(fā)生化學(xué)反應(yīng)， 也會導(dǎo)致管道發(fā)生不同程度的腐蝕。1.2焊接缺陷。管

3、道內(nèi)的油氣會對管道產(chǎn)生一定的壓力與沖擊，如果焊縫處工藝不符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)， 則很可能由于沖擊等出現(xiàn)裂縫，引起泄漏的發(fā)生。1.3自然災(zāi)害。管道在鋪設(shè)過程中可能會穿越山區(qū)等地質(zhì)不穩(wěn)定的地區(qū)，如果發(fā)生山體滑坡或者地震 等地質(zhì)災(zāi)害，則會對管道造成嚴(yán)重的破壞，影響其安全性。14機(jī)械破壞。在管道附近進(jìn)行施工等行為都有可能對管道產(chǎn)生破壞。1.5受壓過大。如果管道上方建筑物較重，則有可能導(dǎo)致地基變形，從而致使管道發(fā)生斷裂。16偷油。雖然現(xiàn)在偷油人員的素質(zhì)及技術(shù)都有一定程度的提升，但是各種偷油現(xiàn)象依然存在。在鉆 孔過程中，如果處理不得當(dāng)或者使用的設(shè)備可靠性比較低，則都有可能出現(xiàn)漏油情況。2油氣泄露檢測技術(shù)的發(fā)展雖

4、然我國對于管道泄漏技術(shù)的研究起步較晚，但發(fā)展很快。1988年方崇智提出了基于狀態(tài)估計(jì) 的觀測器的方法；1989年王桂增提出了一種基于Kullback信息測度的管線泄漏檢測方法；1990年董 東提出了采用帶時變噪聲估計(jì)器的推廣Kalman濾波方法；1992年提出了負(fù)壓波法泄漏檢測法；1997, 1998年天津大學(xué)分別采用模式識別、小波分析等技術(shù)對負(fù)壓波進(jìn)行了很大程度的改進(jìn)；1997年唐秀 家等人首次提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的管道泄漏檢測模型；1999年張仁忠等提出了壓力點(diǎn)分析(PPA)法和 采集數(shù)據(jù)與實(shí)時仿真相關(guān)分析法相結(jié)合的方法；2000年胡志新等提出了分布式光纖布拉格光柵傳感 器的油氣管道監(jiān)測系統(tǒng)；

5、2002年崔中興等介紹了聲波檢漏法；2003年胡志新提出了基于Sagnac光纖 干涉儀原理的天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)理論模型；2003年潘緯等利用小波分析方法來分析信號的奇 異性及奇異性位置，來檢測天然氣管線泄漏；2003年夏海波等提出了基于GPS時間標(biāo)簽的管道泄漏定 位方法；2004年白莉等提出了一致最大功效檢驗(yàn)探測泄漏信號；2004年吳海霞等運(yùn)用負(fù)壓波和質(zhì)量 平衡原理,采用模糊算法和邏輯判斷法，利用壓力、流量和輸差三重機(jī)制實(shí)現(xiàn)了對原油管道的泄漏監(jiān) 測及定位、原油滲漏監(jiān)測和報(bào)警；2004年倫淑嫻等利用自適應(yīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的去噪方法可以提 高壓力信號；2005年張紅兵等介紹了根據(jù)管道的瞬態(tài)數(shù)學(xué)

6、模型，并應(yīng)用特征線法求解進(jìn)行不等溫輸 氣管道泄漏監(jiān)測；2005年劉恩斌等研究了一種新型的基于瞬態(tài)模型的管道泄漏檢測方法，并對傳統(tǒng)的 特征線法差分格式進(jìn)行了改進(jìn),將其應(yīng)用于對管道瞬態(tài)模型的求解；2005年朱曉星等提出了將仿射變 換的思想應(yīng)用到基于瞬態(tài)壓力波的管道泄漏定位算法中；2005年白莉等等將擴(kuò)展卡爾曼濾波算法，應(yīng) 用于海底管道泄漏監(jiān)測與定位；2006年白莉等利用多傳感器的信息融合思想，提出分布式檢測與決策 融合方法進(jìn)行長距離海底管線泄漏監(jiān)測；2006年提出了一種基于Mach-Zehnder光纖干涉原理的新型 分布式光纖檢漏測試技術(shù)。3油氣泄露檢測方法不同的管道具有各自不同的鋪設(shè)環(huán)境，所有所

7、以在進(jìn)行泄露檢測時，我們也要根據(jù)不同的地理狀 況、周邊環(huán)境以及流體性質(zhì)等來選擇不同的檢測方法。3.1基于硬件檢漏法3.1.1人工巡線法這種方法是利用人工對管道沿線進(jìn)行巡查，通過看、聞的方式查看管道沿線是否有動土的痕 跡、油污存在。這種方法比較簡單，對較大的泄露識別準(zhǔn)確率高，但這種方法的效果與巡線人的責(zé) 任心、經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系。這種方法無法實(shí)現(xiàn)海底管道的泄漏檢測、對諸如沙漠、沼澤等環(huán)境中的 管道實(shí)施檢測的難度比較大，且無法做到實(shí)時檢測，目前該方法已經(jīng)成為其他檢漏方法的有益補(bǔ) 充。3.1.2示蹤劑檢漏法放射性示蹤劑檢測法是在輸送介質(zhì)中加入放射性元素，當(dāng)管道發(fā)生泄漏時,放射性元素便會隨介 質(zhì)流出并揮

8、發(fā)到周圍土壤、空氣中。通過巡線檢測就可以檢測到這種物質(zhì)?；蛘呤褂檬聚檮z漏 儀，將其放于管道內(nèi)部，在輸送介質(zhì)的推動下行走，經(jīng)過泄漏地點(diǎn)時時，示蹤劑檢漏儀便可感受到泄 漏到管外的示蹤劑的放射性，并記錄下來。根據(jù)記錄，可確定管道的泄漏部位，但是不能提供泄露時 間信息。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度很高，缺點(diǎn)是不能做到實(shí)時檢測，并且放射性元素有可能對泄露 點(diǎn)環(huán)境造成影響。3.1.3電纜檢測法此種方法多用于液態(tài)烴類燃料的泄漏檢測。通過在管道沿線鋪設(shè)一種特殊的電纜，這種電纜具 備與管道輸送介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或者物理反應(yīng)的能力。當(dāng)發(fā)生泄漏時，內(nèi)部流體介質(zhì)與電纜發(fā)生物理、 化學(xué)變化，導(dǎo)致電纜的某些傳導(dǎo)性質(zhì)發(fā)生改變。目前己

9、研制的有滲透性電纜、油溶性電纜和碳?xì)浠?合物分布式傳感電纜。這種方法能夠快速而準(zhǔn)確地檢測管道的微小滲漏及其滲漏位置，但其必須沿 管道鋪設(shè)，施工不方便，且發(fā)生一次泄漏后，電纜受到污染，在以后的使用中極易造成信號混亂， 影響檢測精度，如果重新更換電纜，將是一個不小的工程。3.1.4分布式光纖檢漏法利用光纖作為傳感器檢測管道沿途的振動信號，當(dāng)傳感光纜周圍有人員活動、機(jī)械操作等事件 時，事件產(chǎn)生的振動信號會引起光纜發(fā)生應(yīng)變，導(dǎo)致光纜中的光的相位以及偏振態(tài)發(fā)生變化，系統(tǒng) 對檢測到的變化進(jìn)行識別和報(bào)警。這種方法不僅可以檢測出管道發(fā)生泄露的情況，而且可以對管道 沿線所發(fā)生的危害管道時間進(jìn)行預(yù)警。但這種方法靈

10、敏度過高、難以排出干擾。3.1.5探地雷達(dá)探地雷達(dá)(GPR)將脈沖發(fā)射到地下介質(zhì)中，通過時域波形的處理和分析探知地下管道是否泄漏。 當(dāng)管道內(nèi)的原油發(fā)生泄漏時，管道周圍介質(zhì)的電性質(zhì)會發(fā)生變化,從而反射信號的時域波形也會發(fā)生 變化，根據(jù)波形的變化就可以檢測到管道是否發(fā)生了泄漏。應(yīng)用探地雷達(dá)探測時，物體必須有一定的 體積,因此這種方法不適用于較細(xì)的管道。而且用探地雷達(dá)探測泄漏時，與管道周圍的地質(zhì)特性有關(guān), 地質(zhì)特性的突變對圖象有很大的影響,這也是應(yīng)用中的一個難點(diǎn)。3.1.6探測球法基于磁通、超聲、渦流、錄像等技術(shù)的探測球法是上世紀(jì)80年代末期發(fā)展起來的一項(xiàng)技術(shù)，將 探測球沿管線內(nèi)進(jìn)行探測，利用超聲技

11、術(shù)或漏磁技術(shù)采集大量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行事后分析，以判斷管道 是否有泄漏點(diǎn)。該方法檢測準(zhǔn)確、精度較高，缺點(diǎn)是探測只能間斷進(jìn)行，易發(fā)生堵塞、停運(yùn)的事 故，而且造價(jià)較高。3.2基于軟件檢漏法3.2.1體積或質(zhì)量平衡法在正常運(yùn)行狀態(tài)下，管道一端的輸入量和另一端的輸出量應(yīng)該相等，當(dāng)發(fā)生泄漏時，這兩者就會 產(chǎn)生差值，利用此差值可實(shí)現(xiàn)檢測。體積或質(zhì)量平衡法是最基本的泄漏探測方法，可靠性較高。但 是管道泄漏定位算法對流量測量誤差十分敏感,管道泄漏定位誤差為流量測量誤差的6-7倍，因此流 量測量誤差的減小可顯著提高管道泄漏檢測定位精度。3.2.2負(fù)壓波檢漏法當(dāng)管道發(fā)生泄漏事故時，在泄漏處立即有物質(zhì)損失，進(jìn)而造成壓力降

12、低。由于管道中流體不能立即 改變流速,會在泄漏處和其任一端流體之間產(chǎn)生壓差。該壓差引起液流自上而下流至泄漏處附近的 低壓區(qū)。該液流立即擠占因泄漏而引起密度及壓力減小的區(qū)域在臨近泄漏區(qū)域和其上、下游之間又 產(chǎn)生新的壓差。泄漏時產(chǎn)生的減壓波就稱為負(fù)壓波。設(shè)置在泄漏點(diǎn)兩端的傳感器根據(jù)壓力信號的變 化和泄漏產(chǎn)生的負(fù)壓波傳播到上下游的時間差，就可以確定泄漏位置。該方法靈敏準(zhǔn)確，無需建立 管線的數(shù)學(xué)模型，原理簡單，適用性很強(qiáng)。但它要求泄漏的發(fā)生是快速突發(fā)性的，對微小緩慢泄漏 不是很有效。3.2.3壓力梯度下降法壓力梯度法是上世紀(jì)80年代末發(fā)展起來的一種技術(shù)，它的原理是：當(dāng)管道正常輸送時，站間管 道的壓力坡

13、降呈斜直線，當(dāng)發(fā)生泄漏時，漏點(diǎn)前后的壓力坡降呈折線狀，折點(diǎn)即為泄漏點(diǎn)，據(jù)此可 算出實(shí)際泄漏位置。壓力梯度法只需要在管道兩端安裝壓力傳感器，簡單、直觀，不僅可以檢測泄 漏，而且可確定泄漏點(diǎn)的位置。但因?yàn)楣艿涝趯?shí)際運(yùn)行中，沿線壓力梯度呈非線性分布，因此壓力 梯度法的定位精度較差，而且儀表測量對定位結(jié)果有很大影響。所以壓力梯度法定位可以作為一個 輔助手段與其它方法一起使用。3.2.4基于瞬變流模型的檢漏法該方法根據(jù)擬穩(wěn)態(tài)流的假設(shè)，考慮了在瞬態(tài)條件下管道的流量變化和壓力分布，比以往一些未考 慮管道的流量變化和壓力分布的常規(guī)方法更準(zhǔn)確地確定管道的泄漏點(diǎn)。這種方法也能應(yīng)用于設(shè)有能 引起管道流量分布突變的配

14、氣站的管道系統(tǒng)。瞬態(tài)模型法主要針對動態(tài)檢測泄漏，瞬時模擬管道運(yùn)行 工況，它可以提供確定管道存儲量變化的數(shù)據(jù)，為流量平衡法提供參考量。使用管道瞬變模型法的關(guān) 鍵在于建立比較準(zhǔn)確的管道流體實(shí)時模型，以可測量的參數(shù)作為邊界條件，對管道內(nèi)的壓力和流量等 參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。當(dāng)計(jì)算結(jié)果的偏差超過給定值時，即發(fā)出泄漏報(bào)警。3.2.5水力坡降線法水力坡降線法的技術(shù)不太復(fù)雜。這種方法是根據(jù)上游站和下游站的流量等參數(shù)，計(jì)算出相應(yīng)的水 力坡降，然后分別按上游站出站壓力和下游站進(jìn)站壓力作圖，其交點(diǎn)就是理想的泄漏點(diǎn)。但是這種方 法要求準(zhǔn)確測出管道的流量、壓力和溫度值。對于間距長達(dá)幾十或百公里的長輸管道，由儀表精度 造成的誤

15、差可能使泄漏點(diǎn)偏移幾公里到幾十公里,甚至更遠(yuǎn)，給尋找實(shí)際泄漏點(diǎn)帶來困難。因此，應(yīng)用 水力坡降線法尋找長輸管道泄漏點(diǎn)時應(yīng)考慮儀表精度的影響。壓力表、溫度計(jì)和流量計(jì)等的精度對 泄漏點(diǎn)的判定都有直接關(guān)系。4存在問題及發(fā)展趨勢為了保證油氣運(yùn)輸?shù)陌踩煽啃?，及時的發(fā)現(xiàn)泄漏的發(fā)生及泄漏地點(diǎn)有著十分重要的意義。經(jīng)過 國內(nèi)外相關(guān)專家學(xué)者的研究，在泄露檢測方面已經(jīng)取得很大的進(jìn)步，在現(xiàn)實(shí)中也已經(jīng)成功的應(yīng)用并避 免了多次事故的發(fā)生，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。但同時也暴露了許多尚需解決的問題。比如檢測的精 確性、反應(yīng)及時性等。就目前現(xiàn)狀來說，長輸管道的小泄漏檢測和定位仍是重點(diǎn)攻克的問題，泄漏 檢測和定位系統(tǒng)的自適應(yīng)能力和

16、自學(xué)習(xí)能力依舊需要得到提高，同時還有長輸管道的非線性分布參 數(shù)的時間滯后問題也許得到改善。當(dāng)前的泄漏檢測技術(shù)和定位手段是多學(xué)科多技術(shù)的集成，特別是隨著通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、信 號處理技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、專家系統(tǒng)等人工智能技術(shù)等發(fā)展，為泄漏檢測定位方法帶來了新 的活力，可對諸如流量、壓力、溫度、密度、粘度等管道和流體信息進(jìn)行采集和處理，通過建立數(shù)學(xué) 模型或通過信號處理，或通過模糊理論對檢測區(qū)域進(jìn)行模糊劃分，從而提取故障特征等進(jìn)行檢測和 定位。當(dāng)前，如何將多種方法有機(jī)的結(jié)合起來進(jìn)行綜合診斷，從而使其發(fā)揮各自的優(yōu)勢，提高整個系 統(tǒng)的綜合診斷性能成為人們研究的重點(diǎn)。如何將建立管道的數(shù)學(xué)模型和某種信號處理方法相結(jié)合、 將管外檢測技術(shù)和管內(nèi)檢測技術(shù)相結(jié)合、將智能方法引入檢測和定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能檢測、機(jī)器人檢 測和定位等是檢測技術(shù)的研究方向。在選擇檢測方法的時候，一定要根據(jù)運(yùn)輸介質(zhì)、管道鋪設(shè)環(huán)境等實(shí)際情況來選擇合適的技術(shù)方 法。同時根據(jù)管道泄漏以及現(xiàn)行檢測技術(shù)暴露出的各種問題，隨著各種科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，相 信我國的管道泄露檢測在相關(guān)技術(shù)專家的研究開發(fā)之下一定會越來越精確，檢測系統(tǒng)也會更加成熟 與完善。參考文獻(xiàn)朱蕓.天然氣長輸管道泄漏檢測與定位方法研究D.蘭州.2005.蘇欣，袁宗明,范小霞，等.油氣長輸管道檢漏技術(shù)綜述J.石油化安全技術(shù)，2005.劉恩斌，彭善碧,李長俊.現(xiàn)代管道泄漏