浅论油气管道泄露的自动检测技术

　　

浅论油气管道泄漏的自动检测技术

段 纯 华

（中石化天然气分公司广西液化天然气工程项目部　广西·北海·536000）

关键词：油气管道;泄漏;自动;检测技术

摘 要：本文论述了目前我国管道泄漏的四种检测技术：负压波的检测技术、分布式光纤传感器技术、软硬结合技术、音波管道检测技术。在实际的管道泄漏检测工作中，我们还可结合应用一些其他的方法来对油气管道进行泄漏检测。

Discussion the automatic detection technology of oil and gas pipeline leakage

Duan-chunhua

(The project department of Guangxi Branch of Sinopec Natural Gas ,Guangxi ,North Sea, 536000,China) Key words：oil and gas Pipeline ; leakage; automatic; detection technology Abstract：This paper discusses four kinds of pipeline leak detection techniques. They include the negative pressure wave detection technologies, distributed optical fiber sensor technology, software and hardware combination technology, acoustic pipeline inspection technology. In the actual pipeline leak detection work, we can combine with other methods to detect the leakage of oil and gas pipeline.

1引言

西方发达国家从上个世纪70年代以来，就在许多油气管道中安装了自动泄漏检测系统，取得了较好的效果。我国在油气管道方面的研究虽然开展较晚，但一直在努力，多年来结合国外的先进技术与我国的实际情况，有针对性地开展了油气管道穿越沙漠、海底、沼泽等恶劣环境下的自动检测技术研究。

随着我国经济持续快速地发展，我国必将成为一个世界管道大国，对管道泄漏检测新技术的要求也必将日益迫切，因而结合国外的技术及我国的实际情况，研制开发出几种适合我国管道状况的自动泄漏检测技术，对于促进我国经济建设的发展将具有非常重要的战略意义！

本人根据多年的实践工作经验，认为目前适合我国的自动泄漏检测技术主要有基于负压波的检测技术、分布式光纤传感器技术、软硬结合技术、音波管道检测技术等四种技术。下面将对这四种技术依次做出论述。

2 基于负压波的检测技术

2.1负压波泄漏检测技术的原理

管道发生泄漏之后，泄漏点处产生的负压波会以波动的形式向管道上下游传播，利用安装在管道上下游的压力变送器就能检测到该负压波，从而判断出管道发生泄漏的位置。

2.2负压波泄漏检测技术的系统组成

负压波泄漏检测系统由硬件和软件两部分组成。

2.2.1负压波泄漏检测系统的硬件组成：负压波泄漏检测系统的硬件由中心站系统和子站系统组成。中心站系统由SCADA主机、存储设备、打印机、GPS实时校时系统、终端显示器、操作员工作站、工程师站等组成。子站系统由现场压力变送器、PLC系统、信号调理单元、通信终端机、通信终端机、通信网络等组成。

2.2.2负压波泄漏检测系统的软件组成：负压波泄漏检测系统软件由中心站软件和站控软件组成。中心站软件主要包括通信模块、报警处理模块、泄漏定位模块和趋势模块、数据显示模块、数据存储模块、GPS时间同步模块等。站控软件包括数据采集、数据处理分析、数据存储、GPS时间同步和数据通信模块组成。

2.3负压波泄漏检测技术的优缺点

2.3.1负压波泄漏检测技术的优点：负压波法灵敏准确，无需建立管线的数学模型，原理简单，适用性很强。

2.3.2负压波泄漏检测技术的缺点：负压波法要求泄漏的发生是快速突发性的，对微小缓慢泄漏不是很有效。该技术存在以下几个问题：

2.3.2.1负压波的传播速度并不是一个固定的常数，它与管道的弹性、油气的压缩性、管道的摩擦系数等因素有关。

2.3.2.2由于噪音的干扰，仅仅使用压力传感器不容易精确地检测到负压波的突降点。

2.3.2.3由于长输管道系统工况复杂，正常的操作，如泵的启停、阀门的调节等都会引起负压波。这些负压波会导致误报负压波事件的发生，降低负压波泄漏检测系统的诊断精度。

2.4克服负压波泄漏检测技术缺点的举措

针对油气传输介质，我国科研人员给出了一定的解决办法，认为压力波的传播速度受油气的弹性，密度，管材弹性等因素影响，是一个变化的物理量。针对这一点使用小波变换技术来提取瞬态负压波的信号边缘，并对两端的测点信号进行特征点捕捉。将小波变换技术用于检测泄漏引发的压力突降点并对其进行消噪，可以提高精度和对微小泄漏的灵敏度。

2.5负压波泄漏检测技术的性能指标

负压波泄漏检测技术的性能指标主要有以下八个：

2.5.1灵敏度：负压波泄漏检测技术的灵敏度是指泄漏检测系统对小的泄漏信号的检测能力。

2.5.2及时性：负压波泄漏检测技术的及时性是指泄漏检测系统在尽可能短的时间内检测到泄漏发生的能力。

2.5.3误报率：负压波泄漏检测技术的误报率是指泄漏检测系统没有发生泄漏却被错误地判定出现了泄漏的概率。

2.5.4漏报率：负压波泄漏检测技术的漏报率是指泄漏检测系统出现了泄漏却没有被检测出来的概率。

2.5.5分辨力：负压波泄漏检测技术的分辨力是指泄漏检测系统对正常的开停泵、调阀、倒罐等情况和管道泄漏情况的区分能力。这种区分能力越强，误报率越低。

2.5.6准确性：负压波泄漏检测技术的准确性是指泄漏检测系统对泄漏的大小及其时变特性的估计的准确程度。对于泄漏时变特性的准确估计，不仅可以识别泄露的程度，而且可对老化、腐蚀的管道进行预测并给出一个合适的解决办法。

2.5.7鲁棒性：负压波泄漏检测技术的鲁棒性是指泄漏检测系统在存有噪音、干扰、建模误差等情况下正确完成泄漏诊断的任务，同时保证较低的误报率和漏报率的能力。

2.5.8适应性：负压波泄漏检测技术的适应性是指泄漏检测系统对于变化的检测对象具有自适应能力，并且能够充分利用由于变化产生的新信息来调整，使检测系统能适应变化了的检测对象。

3 分布式光纤传感器技术

3.1分布式光纤传感器技术的泄漏检测原理

当油气管道附近发生泄漏时，会对光纤产生声波扰动信号，此时光纤受到声压作用将导致光纤长度、直径和折射率发生变化产生光波相位变化，测量传感光纤中光波相位变化即可获得管道附近的振动信号。通过实时检测干涉光信号的变化，就可以检测出分布式光纤传感器沿途产生的微震动信号，然后对这些信号进行分析和处理，就可以有效地检测出油气管道沿线所发生的泄漏点。

3.2分布式光纤传感器技术的特点

光纤传感器泄漏检测技术是近年来发展的一个新型热门技术，它在实现物理量测量的同时可以实现信号的传输，在解决信号衰减和抗干扰方面有着独特的优越性，它比传统的传感器泄漏检测技术优越许多。此外，随着各种分布式光纤传感器的发展，在不久的将来可以实现利用一根或几根光纤对油气管道内介质的温度、压力、流量、管壁应力进行分布式在线测量，这必将推动分布式光纤传感器技术在管道泄漏检测方面的大力应用。

4 软硬结合技术

4.1软硬结合技术的含义

软硬结合技术是指应用以软件方法为主、硬件方法为辅的软硬结合的技术对油气管道进行泄漏检测。

4.2软硬结合技术的特点

基于硬件的检测技术有较高的定位精度和较低的误报率。基于软件的检测技术有较强的实时性。将这两种技术相结合，可又快又好地实现实时在线检测，及时给出泄漏点的准确位置，最大程度地减少泄漏损失。

5 音波管道检测技术

音波管道检测技术是近几年新发展的管道泄漏检测技术。它利用泄漏点产生的次声波沿管道两壁传播的特点，利用配套的软件，可判断出泄漏点的位置。该技术具有反应灵敏、定位精度高、可靠性强的特点。

6 结束语

在实际的管道泄漏检测工作中，我们还可结合应用直接观察法、泄漏检测电缆法、示踪剂检测法、压力梯度法、质量平衡法、实施模型法、统计决策法、相关分析法、频率响应法、基于信号的方法、基于人工智能的方法来对油气管道进行泄漏检测。

作者简介:段纯华（1971-）：男 ，汉族，工程师，大学本科，中石化天然气分公司广西液化天然气工程项目部投资控制部副主任 联系方式： duan1997@163.com

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