油气管道泄漏检测方法的研究及运用.pdf

第 4 4卷第 5 期 2 0 1 5 年 5 月 当 代 化 工 C o n t e m p o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o1 ． 4 4．N O ． 5 M a y，2 0 1 5 油气管道泄漏检测方法的研究及运用 王 锡 钰 辽宁石油化工大学 石油天然气学院， 辽宁 抚顺1 1 3 0 0 1 摘 要目前 ，管道运输方式已被广泛应用到油气运输领域，且表现出显著的节能性、高效性及安全性。 但管道运输过程， 极易受到第三方或人为的破坏， 从而导致管道泄漏或破裂， 甚至引发严重的爆炸或火灾事故 ， 从而给周边人员的安全造成严重威胁。 可见， 重视油气管道泄漏检测非常必要，以便对存在的险情进行及时排 查。结合实践经验 ，就油气管道泄漏检测方法的应用进行了研究讨论。 关键词油气管道；泄漏检测；间接／ 直接检漏法 中图分类号T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 50 5 - 1 0 1 7 0 3 Re s e a r c h a n d Ap p l i c a t i o n o f Oi l a n d Ga s P i p e l i n e Le a k De t e c t i o n M e t ho ds W ANGXi - y u Co l l e g e o f P e t r o l e u m a n dNa t u r a l Ga sE n g i n e e ri n g ， Li a o n i n g S h i h u aUn i v e r s i t y , Li a o n i n gF u s h u n 1 1 3 0 0 1 ， Ch i n a Ab s t r a c t At p r e s e n t ，p i p e l i n e t r a n s p o r t a t i o n mo d e h a s b e e n wi d e l y a p p l i e d i n o i l an d g a s t r a n s p o r t a t i o n， a n d h a s s h o we d a d v a n t a g e s o f s i g n i fi c a n t e n e r g y s a v i n g ，h i g h e ffic i e n c y a n d s e c u r i t y ．Bu t t h e p i p e l i n e ga n s p o a p r o c e s s i s e a s i l y a f f e c t e d b y t h e t h i r d p a r t y o r ma i l ma d e d e s t r u c t i o n t o c a u s e p i p e l i n e l e a k a g e o r r u p t u r e ， e v e n s e rio u s e x p l o s i o n a n d fi r e a c c i d e n t s ，wh i c h wi l l b r i n g a s e r i o u s t h r e a t t o t h e s a f e ty o f the s u r r o u n d i n g p e r s o n n e 1 ． S o i t i s n e c e s s a r y t o a t t a c h i mp o r t anc e t o o i l a n d g a s p i p e l i n e l e a k d e t e c t i o n ． I n t h i s p a p e c o mb i n e d wi th p r a c t i c a l e x p e rie n c e s ． a p p l i c a t i o n o f o i l ma d g a s p i p e l i n e l e a k d e t e c t i o n me t h o d s wa s d i s c u s s e d ． Ke y wo r d s Oi l a n d g a s p i p e l i n e s ； Le a k d e t e c t i o n ； I n d i r e c t ／ d i r e c t 1 e a k d e t e c t i o n me t h o d 管道运输具有 经济实用性及安全 可靠性的特 点，因此被广泛应用到油气运输领域， 且占据着国 民经济发展的重要战略地位。另外，因为我国国民 经济的发展及世界能源需求的不断增大，石油及天 然气等能源的需求量继续不断增加， 同时油气管道 的分布面积越来越广。但油气管道的使用环境相当 恶劣，经过管道运行的时间增加，人为的损坏、管 道的老化、机械施工、地形沉降及腐蚀重压等因素 对管道的长时间作用定会损伤管道，甚至导致管道 泄漏。若未对此进行及时排查处理 ，定为引发严重 的安全事故 ，从而为国家及社会造成严重的损失。 可见 ，加强对油气管道泄漏检测方法 的研究非常必 要。但与国外发达国家相比，我 国管道工业的起步 较晚，因此油气管道泄漏检测技术较落后。为此， 本文笔者结合相关文献资料及实践经验，着重就油 气管道泄漏检测方法的研究及运用进行分析，以期 提高我国油气管道泄漏检测水平 ，从而为我国国民 经济的发展及国家稳定提供保障 。 1 油气管道泄漏检测方法的应用研究 1 ． 1 直接检漏法的应用 所谓直接检漏法 ，是指应用探测器对管道外 的泄漏物进行直接性检测 ， 以判断管道的泄漏情况 。 当前经常使用的的直接检漏法包括传感光缆法 、导 电高聚合物检漏法、 绝缘电缆检漏法、 气体成像法、 红外线法及探地雷达法等，而本节着重介绍电缆检 漏法、传感光缆法、探地雷达法及热红外线成像法 的应用 。 1 ． 1 ． 1 电缆检漏法 的应用 电缆检漏法的实现方法有两种 ，即 1 顺着 管线埋设两芯材料 ，此种材料属绝缘材料 ，容易被 一 些碳氢化合物溶解。当运输管道发生泄漏时 ，经 漏油浸泡后的电缆，会改变阻抗值，为了进行漏点 定位和管道泄漏的判断；可以从两芯电缆端部对阻 抗分布参数进行测量。 2 顺着管道铺设同轴电缆， 此种电缆具有透油性及非透水性的特点。此种方法 的应用原理为电缆经过泄漏的油的侵透，会发生 脉冲现象 ，这些电缆的端部会发射脉冲。因此对反 收稿 日期 2 0 1 5 - 0 3 - 2 4 作者筒介 王锡 钰 1 9 9 1 一 ，男 ，辽 宁盘锦 人，辽宁石油化工大学油气储运硕士在读 ，研 究方向管道泄漏及其选线的研究。E - m a i l 1 7 8 1 9 2 9 1 6 q q ． c o m。 化 工 2 0 1 5 年 5月 射脉冲信号的检测 ， 便可判断管道泄漏及漏点定位。 综上所述 ，电缆检测法 的应用具有下列优点 无需 配备地面检测设备 ， 便可检测出油气管道的微小渗 漏及定位 ，且具有检测速度快及检测结果准确度高 的特点 。 1 ． 1 ． 2 传感光缆法 的应用 分布式光纤传感器能够采集到传感光纤区内任 何随空间及时间变化的待测分布信息，且此种传感 器属传感型光纤传感器。 研究表明， 光波传播过程， 光波的特征参量定会随着外界因素的作用而发生变 化。传感光缆法的应用原理为将传感光缆沿着油 气管道铺设 ，采集管道周围的声音 、压力及振动信 号 ，处理采集到的经信号 ，对管道泄漏及成因进行 判断， 亦或采用传感光缆 对碳氢化合物极度敏感 对油气管道泄漏进行检测及定位p ’ 。。。 1 ． 1 ． 3 探地雷达法的应用 探地雷达多用来定位地下介质的分布以及探测 浅层地质的构造。由天线向地下介质发射无载波电 磁脉冲然后接收地下各介质界面的反射回波就是这 种光谱电磁波技术的核心。介质内电磁波的传播过 程 ，介质的几何形态及 电性质定会发生作用 ，因此 地下物体的探明可采用对反射信号时域波形的处 理。当油气管道发生泄漏时，发生泄漏的管道四周 地表的电性质定会发生改变所以也会发生改变的是 反射信号的时域波形，所以依据波形变化特征便能 判断油气管道的泄漏。车载式及便携式是探地雷达 的俩种形式，同时随着远程油气管道泄漏检测技术 的发展 ，星载合成孔径雷达和机载侧视雷达被广泛 应用。 雷达图像信号表现出了管道四周的地质特征， 所以管道泄漏在应用探地雷达进行检测的过程，雷 达信号定会受到地质特I 生突变的影响 ，由此严重制 约着探地雷达应用效果 的提高 。 1 ． 1 ． 4 红外线法 油气管道运输过程，需先加热原油，使原油的 粘稠性 降低 ，若地表红外辐射被改变 ，则是 因为管 道 四周被原油浸泡及覆盖 的地表温度被改变 ，从而 判断管道泄漏的发生。此外 ，空气 内，油气管道泄 漏物形成的气团与四周空气的光谱存有差异。结合 此事实可知，红外线法的应用原理为记录管道四 周的热辐射效应，然后再对精密红外摄像装置记录 下的光谱信号进行分析，以实现对油气管道局部泄 漏的检测及漏点的定位 。 1 ． 2间接检漏法 间接检漏法是对油气 管道的运行参数进行监 测 ，并依据监测结果对管道泄漏进行估计 。目前 ， 比较常用的油气管道间接检漏法有质量平衡法、压 力梯度法、负压波检漏法、管内智能爬行机法应力 波法及声学方法 ，而本节着重介绍压力梯度法 、负 压波检漏法及应力波法的应用 。 1 ． 2 ． 1 压力梯度法 流体顺着管道流动的过程， 除温度基本不变外， 流体的密度、粘度、热熔等均会受到温度变化的影 响而发生较小变化 ，管道内压力梯度则呈直线型下 降趋势， 而管道出／ 人口的压力梯度相等。 若油气管 道发生泄漏 ，则管道 内压力分布状况被改变 ，同时 漏点前方流量与梯度呈上升的正相关，流量增大梯 度变陡，而漏点后方流量与梯度呈下降的正相关， 流量减小梯度变缓。判断管道是否发生泄漏，需要 观察油气管道端部的压力梯度是否相同，如果压力 梯度下降趋势呈折现状则判断管道发生泄漏 ，这个 折点即是泄漏点，泄漏位置是按照管道的口的压力 梯度做线的交点。但我国原油具有粘度高 、含蜡量 高及凝点高的特点，因此需先加热后运输，这样使 压力梯度顺着管道呈非线性分布，因为原油的温度 变化对石油类物质特性的影响较大，且及其微小的 温度改变也会造成原有粘度发生相 当大的改变。可 见 ，线性压力梯度法具有定位精度差及仪器测量误 差影响大的缺点 ，因此这种方法多被用做于辅助手 段[9 】c l - 2 ． 2 负压波检漏法 当油气管道某处突发泄漏，则由于管道内外压 力差的存在，泄漏部位由于物质损失造成瞬时压力 突然下降的现象，压降由泄露处分别产生向上， ／ 下 游传播，这就叫负压波。研究表明，管道内低频负 波 0 ．0 5 ～ l 0 H z 的传播损耗较低， 且传播距离远。 此外 ，温度为 5 ～ 3 2℃时 ，负压波的传播速度达 l 1 0 0～ l 3 0 0 m ／ s 。负压检漏法的应用原理为 通过被 压力传感器捕捉到的负压波判断管道是否泄漏 ，泄 漏地点是根据捕捉到的负压波到达管道俩端的时间 长短来判断。负压波的属|l生 均相同且负压波信号前 峰陡降段拥有最大斜率，则可采用相关分析法进行 管道漏检及漏点定位。由于负压波法的应用过程对 信号分析及处理的要求较高， 所以管道泄漏检测定 位的关键是对负压波的捕捉及对负压波到管道端部 时差的判断，所以需要使用降噪技术去处理采集到 的压力信号，为了保证管道泄漏检测的准确性及可 靠性 ，还需要同时对泵站正常作业及管道泄漏所产 生的负压波进行区分。对传感器接收的信号进行分 析可以极大的提高检测的灵敏度。总体而言，负压 波检漏法具有操作简单 、 检漏结果精准度高的优点 ， 第 4 4卷第 5期 王锡钰油气管道泄漏检测方法的研究及运用 1 0 1 9 因此已被广泛应用 “ 。 1 ． 2 ． 3 应力波法 据调查结果显示 ，我国某些地区出现严重 的管 道钻孑 L 盗油盗气的现象，如此严重影响着我国在役 管道运行的安全性，此乃油气管道泄漏的关键成因。 油气管道均采用金属弹性体做管壁，因此对管壁打 孔定会产生振动现象 ，且此振动顺着管道内以应力 波的形式进行传播， 此传播速度及传播距离分别为 5 0 0 0 m／ s 及 1 ． 8 k m。此外 ，若管道发生泄漏 ，则管 壁与泄漏产生的多相湍射相互作用，定会使管壁产 生顺着管壁内高速传播的高频应力波。应力波导致 的管壁振动方式有圆环振动 、 纵／ 横振动。 研究表明 ， 阻尼作用发生在了油气管道的管道壁上，因此应力 波强度指数与传播距离呈负相关，若管道与应力波 发生共振这样就能实现应力波的远距离传播。应力 波法的应用原理为对油气管道外壁装设的应力波 传感器接收到的应力波信号功率谱进行分析，通过 分析对管道泄漏 进行 检测及对漏点 和打孔进 行定 位，亦或者通过管道端部分别安装的传感器接收到 的信号的时间来开始进行管道泄漏和打孔的定位 。 2 结束语 前文所述检测方法仅为特定问题的解决方案， 因此各具特色。例如 ，仅需接收被测对象发出的信 号的是红外线法 ，这种方法属于被动探测法 ，把脉 冲信号发射至地下介质，以接收反射信号来判断管 道 的泄漏 的方法叫探地雷达法 ，这种方法属于主动 探测法。 管道具有点多线长及地质结构复杂的特点 ， 因此红外线法及探地雷达法均无实现实时检测 ，而 此时最好采用线缆法。间接检漏法主要依据油气管 道的运行参数来判断管道的泄漏及漏点定位。 目前， 压力梯度法 、负压波检漏法及应力波法等间接漏检 法的应用最广，但压力梯度法对漏点的定位精度较 低，且受到仪表测量误差的影响较大，因此仅作辅 助手段 。此外 ，上述所有方法仅能对 已发生的管道 泄漏进行检测，因此无法对任何第三方责任事件进 行预警。可见，对油气管道新材料、新技术、新方 法及管道泄漏／ 外力损伤检测 与定位技术的研 究非 常必要 。 参考 文献 [ 1 ]杜翠． 泄漏检测技术在油气管道建设中的应用[ J 】 ． 化工管理， 2 0 1 4 5 9 7 -9 7 ． [ 2 ]赵则祥，王延年， 朱强． 长输油气管道泄漏检测方法[ J 1 ．中原工学 院学报 ，2 0 0 8 ， 1 9 5 1 0 1 4 ． [ 3 ]A l i s t a i r M a c L e a n ， C h ri s Mo r a n ， Wa l t e r J o h n s t o n e ， e t a 1 ． D e t e c t i o n o f Hy d r o c a r b o n F u e l S p i l l s Us i n g a Di s t r ib u t e d F i b r e Op - t i c s e n s o J ] ． S e n s o r s a n d A c t u a t o r s A ． 2 0 0 3 ． 1 0 9 1 6 0 6 7 ． [ 4 j A n t o n i o C a r r i l l o ，E n r i q u e G o n z a l e z ，A r ma n d o R o s a s ，e t a 1 ．N e w Di s t r i b u t e d Op t i c a l S e n s o r f o r De t e c t i o n a n d L o c ali z a t i o n o f Liq u i d L e a k s P a r t I [ J ] ． E x p e r i m e n t a l s t u d i e s ． S e n s o r s a n d A c t u a t o r s A ． ， 2 0 0 2 ， 9 9 f 3 1 2 2 9 -2 3 5． [ 5 ] 赵会军， 武伟强， 王克华 ， 等．基于次声波法的油气管道泄漏检测与定 位[ J ] ．油气储运，2 0 1 2 ，3 l 3 2 1 5 2 1 8 ． [ 6] 郑琬郁_ 音波检测技术在油气管道泄漏检测中的应用研究叭 广州化 工，2 0 1 3 ， 4 1 6 4 3 - 4 5 ． [ 7]迟省利． 基于小波包及神经网络的管道泄漏定位检测模型研究【 D 】 ． 大庆 东北石油大学， 2 0 1 1 ． [ 8 ]王延年， 朱强，赵则祥．长输油气管道泄漏检测方法研究进展【J J ．石 油机械 ，2 0 0 7 ， 3 5 5 4 9 5 3 ． [ 9] 孙良基于模型的油气管道泄漏检测与定位方法研究[ D ] ．北京化工大 学， 2 0 1 0 ．D O I 1 0 ． 7 6 6 6 ．y 1 8 7 8 2 4 2 ． [ 1 O]阳光，邓松圣， 张福伦 ，等． 油气输运管道泄漏检测 的部分方法及优 缺点分析【 J ] ．中国储运，2 0 1 0 2 1 0 2 1 0 3 ． [ 1 1 ]张现霞． 基于虚拟仪器的集输管网支线泄漏检测系统研究[ D 】 ． 上海 交通大学， 2 0 0 8 ． [ 1 2] 黄文，毛汉领， 包家福等． 管网泄漏检测的单传感器定位方法[ J 1 ． 管道技术与设备， 2 0 0 2 4 3 7 4 0 ． 上接第 1 0 1 6页 [ 2] 黄国彬． 火灾 、爆炸危险指数评价法在汽车加油站的应用[ J ] ．环境工 程． 2 0 0 4 ，2 2 5 7 2 7 5 ． [ 3] 陈晓君． 细解道化学火灾 、爆炸危险指数评价法对某汽油罐区的安 全评价[ J ] ．科技创新导报， 2 0 1 2 1 0 6 5 6 6 ． [ 4] 蓝柳恒，郝银贵． 某聚氯乙烯厂聚合车间生产系统危险性评价【 J ] l 中国 职业安全卫生管理体系认证， 2 0 0 4 6 1 5 1 8 ． [ 5]聂岸 ， 龙长 江． 加 油站火灾爆炸 危险指数 评价[ J ] ． 工业安全 与环 保， 2 0 0 6 ， 3 2 7 5 6 5 7 ． [ 6] 时亮， 安雪微． F a m p ； E I评价法在原油储罐安全评价中的应用f J ] ．河 南科技， 2 0 1 3 ， 2 7 9 ． [ 7]王荣荣， 付路路，姜慧， 等．基于事故树分析法的环氧乙烷生产中火灾 爆炸事故分析[ J ] ． 当代化工，2 0 1 4 ， 4 5 9 8 5 9 9 ，6 0 2 ． [ 8] 刘扬。 李晓凤，姜志勇， 等． 道化学火灾 、爆炸危险指数评价法在轻烃 储罐中的应用【 J 1 ．科学技术与工程， 2 0 1 0 ， 1 0 2 2 5 5 0 9 5 5 1 2 ． [ 9] 付再华 ，刘同飞，崔广华，等． 火灾 、爆炸危险指数评价法在煤焦油深 加工过程中的应用【 J ] ．河北化工， 2 0 1 1 ， 3 4 1 O 7 3 7 7 ． [ 1 0] 郑亮．火灾爆炸危险指数评价法在催化裂化装置 中的安全运用f J 1 l 中国安全生产科学技术，2 0 1 2 ， 0 8 9 1 9 5 ． [ 1 1 ]王丽敏，翟润培， 孙友平， 等． 道化学火灾、爆炸危险指数法在 1 ,3丁 二 烯 聚合 安 全 性 评 价 中 的 应 用 【 J 1 ． 中 国 安 全 生 产 科 学 技 术，2 0 1 2 ，0 8 5 9 6 - 1 0 0 ． [ 1 2 ]王荣荣，付路路， 陈广芳，等． 基于 A N S Y S的圆柱销装配预应力受力 分析叨． 当代化工， 2 0 1 4 2 3 0 8 3 0 9 ． [ 1 3 ] 胡广霞， 王永柱， 段晓瑞，等． 道化学火灾、爆炸指数评价法在油库中 的应用[ J ] ． 石油化工安全环保技术， 2 0 1 1 ，2 7 4 3 8 4 1 ． [ 1 4 ]叶云弟．贮油区火灾爆炸危险指数评价法 ． 铜业工程， 2 0 1 1 1 1 6 1 9 ．