油气长输管道泄漏检测技术研究-.pdf

学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m i2 6 I 2。 4年 2月 I 2。14年 12月 2常用 的在线检测方法 2 ． 1 实时瞬态模型法 实 时瞬态模型法 是国际上重 点研 究 、 应 用较多 的管 道检漏方法 [2 ．5] 。 建立该模型需要提供管道参数和流体参 数 ， 从而列 出连续 性方程 、 运动方程和能量 方程 ， 得 到流 体 在任一时刻 的流速 、 压力 、 流体 、 密度 随时 间变化 的方 程组 砸 ] 。 S C A D A系统将管道两端实时采集的流量 、 压力 、 温 度等现场数据作 为边界 条件。在此边界 条件下 ， 求解 管 内流 程 ， 然 后将计 算值 与实测值 比较 ， 当两者 差值 达 到或超过某一值 时 ， 则判定为泄漏 。 该 模型 是一种 反 映流体 流量 、 压力 、 密 度 和温度 关 系的理想 模型。这种检漏方法可 以估计泄漏点 的大小和 对 泄漏 点进行 定位 ， 适用 于输气 输油 管线 、 陆地 管 线和 海 上管 线 ， 能 够 区分泄漏 和偷 油 ， 是 一种 较为 成熟 的检 漏 方法_ 4 ] 。当流体性 能较稳定 、 管线仪表精 度较高时 ， 该 方 法会表现 出精准 的检漏 性能 。但是 ， 瞬态模 型检漏法 也 有不足之 处 误报率 高 ， 精度依赖 于现场仪表 和 S C A D A系统 的质量 ，灵 敏性受制 于流体的黏度 、密度 等特 性 。 2 ． 2序贯概率 比检验 法 序贯概率 比检验法 S e q u e n t i a l P r o b a b i l it y R a t i o T e s t ， 简称 S P R T 是一 种统计决策方 法 ， 2 0世 纪 4 0年代 由统 计 学家 Wa l d 提 出口 ]。 该方法使用序贯概率 比检验方法对 压力 、 流量 进行分析 ， 计算 出检验参 数 。 然后 与允 许 的误 报警率 和失 报警率进行 比较 ， 从而 判断是否泄漏 。对不 同时刻运行 参数进行采样 分析 ， 减 少误报警率 。利用压 力插值法 ， 列出泄漏定位公式对泄漏进行定位。采用最 小 二乘 法对 定位公 式求解 ，可 以提 供定 位 的精度 。在 S C A D A 系统 存在 的基 础上 ，采 用这种 检漏 方法较 为经 济。 S P R T检漏方法误报率低 。 能够辨认泄漏和偷盗情况 ， 适 用 于稳态 和瞬态 ， 不受 周 围环境 的影 响 ， 不 受流 体性 质的影响。因此 ， S P R T方法广泛应用 于海上 、陆地 的输 油输气 管线。值得注意 的是 ， 当泄漏量较小 时 ， 定位精度 较 差。另外 ， 该方法 的准确性 、 灵敏性还依赖 于现场仪表 和 S C A DA系统 的质量 [4 ,7 1 。 2 ． 3负压波法 负压波法对仪 表设备要求 简单 ， 是 国 内应用较 多 的 管道检漏 技术。 图 1 为负压波检漏法定 位示意图隋 ] 。 当管 道泄漏后 ， 泄漏点压力 突然降低 。管道泄漏产生 的压力 波从泄漏 点分别向上下游传播 。安装在管道两端 的传感 器接 收压力 数据后 ， 输往 中央 处理器 分析 数据 ， 从 而判 断泄漏和确定 泄漏点 ] 。 管道 运营 中 ， 正 常调 节管 道 中的泵 和 阀门时 ， 产 生 噪声信号 。这种 噪声信 号干扰 传感器 ， 最终 导致误报 警。 因此 ， 必须 采用有效 的方 法消除 噪声 干扰信号 。常用 的 方法有小 波变换滤波 、 统 计处理 、 自适 应滤波 、 卡尔曼滤 波等[ 。 ， 图 1 负压 波 泄 漏 定 位 示 意 图 该方法需要 高速采样 的硬件 系统 ， 否则可 能错过 检 测 出泄漏 的机会 。该方法具有如下优点 安装费用不高 ， 其灵 敏性 不受 现场仪 表 的质 量影 响 ， 定位精 度 高 ， 检测 性 能对 流体 的黏 度 、 密度等特性 不敏感 ， 不受环境 影响 ， 能够识 别偷盗行 为 。因此 ， 负压波法广泛 应用于输 油输 气 管道。负压波 法对多相流管 道 的应用 ， 目前 尚处于试 验研究 阶段 _4 ] 。 2 ． 4分布式光纤检测法 国外对光纤检测法 的研究 已经超过 4 0年 ． 并取得 了 显 著成果和广泛 应用 。分 布式 光纤检测 法的类型 较多 ， 但 技术成 熟 ，能 够实 时监控 长输 管道 的方法 只有 干涉 法 。干涉 式光纤 检测 技术根 据 光纤 检测 的物 理场 的不 同 ， 主要分为分 布式温度传 感法和分 布式声波 振 动 传 感法 [2 ,4 , 1 1 ] 。 2 ． 4 ． 1 分布式温度传感法 该 方法 的基本 原 理是根 据 管道 中输送 的流体 泄漏 后 ， 会改 变管 道周 围的温度 ， 沿 管道敷 设 的光纤 检 测温 度 的变化 ， 当温度变 化量超 过一 定 的范 围 ， 就认 为管道 泄 漏。该方法适 用于输送气 体和输送 液体管道 ， 但光纤 敷设 的位置不 同。沿输送气 体管道敷设 时 ， 光纤 电缆位 于管线之上 ， 输送液体管道正好相反 。 2 ． 4 ． 2分布式声波 振动 传感法 该方 法的基本原 理是管道泄 漏后 ，会 产生声 波 ， 光 纤 检测到声 波 或振 动 ， 系统便 会报警 。澳 大利亚 F F T 公 司基于模态分 布调制干 涉技术研制 了一种对声 波 、 振 动敏感 的分布式光纤管道安全 防御系统 。F 丌 公司称该 系统在 4 0 k m管段内检测 ， 定 位精度为 5 0 m。该系统 已 成功应用 于美 国 N e w Y o k e G a s G r o u p和印度尼 西亚 G u l f R e s o u r c e s L t d的长输 管道上 。 分 布式 温度传 感法 和分 布式 声波 振 动 传 感 法报 警 迅 速 、 定 位 精度 高 ， 可 应 用 于输 油 、 输 气 和多 相 流管 道。具体使用哪种方法更有效 ， 取决于管道泄漏产生的 信 号。例如 ， 油 品温度跟环境 温度相 差不 大时 ， 采用 分布 式 温度传感 法是 不可取 的。分布式温度传感 法适用 于输 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 天 然 号 与 石 油 NA TU RAL G AS AN D O IL 2 0 1 4 年1 2 月 W a n g Ya n n i a n，Z h u Qi a n g ，Zh a o Ze x i a n g ． Ad v a nc e me n t i n t h e S t u d y o f Le a ka ge D e t e c t i o n M e t ho d f o r Lo ng di s t a nc e O i l a n d G a s T r a n s p o r t a ti o n P i p e l i n e [ J J ． C h i n a P e t r o l e u m Ma c h i n e r y ， 2 0 0 7 ， 3 5 5 4 9 5 3 ． [ 2 ] 李玉星， 彭红伟 ， 唐建峰 ， 等． 天然气长输管道泄漏检测方案 对比[ J ] ． 天然气工业， 2 0 0 8 ， 2 8 9 1 0 1 1 0 4 ． L i Y u x i n g ， P e n g Ho n g we i ， T a n g J i anf e n g ， e t a 1 ． Co mp a r a ti v e S t ud y o n Le a k a g e De t e c ti ng Te c h ni qu e s f or Lo ng d i s t a nc e Na t u r a l Ga s P ip e l i n e s [ J ] ． N a tur a l G a s I n d u s t r y ， 2 0 0 8 ， 2 8 9 1 01 1 0 4． 1 3 J E n i o J ， F l e t c h e r R， Wr i g g l e s wo r t h M， e t a 1 ． S e e k i n g t h e Hi d d e n Th r e a t Ap p li c a ti o n s o f a Ne w Ap p r o a c h i n P i p e l i n e L e a k De t e c ti o n [ C] ． S P E 1 1 8 0 7 0 P r e s e n t e d a t t h e A b u D h a b i I n t e r n a t i o n al P e t r o l e u m E x h i b i ti o n an d Co n f e r e n c e ，3 - 6 No v e m b e r ， 2 0 0 8， Ab u Dh a b i ， UAE． Ne w Yo r k S P E， 2 0 0 8 ． 1 4 J Z h a n g J ， Ho ff ma n A， Mu r p h y K， e t a1 ． Re v i e w o f P i p e l i n e L e ak De t e c ti o n Te c h n o l o g i e s l C J ．P r a g n e ATM OS I n t e rna t i o n al PS I G An n u al M e e ti n g ， 2 0 1 3 ． [ 5 ] 孟令雅． 基于瞬态模型法的输气管道泄漏监测与定位技术 [ T ] ． 北京交通大学学报， 2 0 0 8 ， 3 2 3 7 3 7 7 ． M e n g L i n g y a ．R e s e a r c h o n L e ak De t e c t i o n a n d P o s i ti o n f o r Na tur al Ga s P i p e l i n e B a s e d o n T r a n s i e n t Mo d e l Me t h o d l J j ． J o u ma l o f B e ij i n g J i a o t 0 n g Un i v e r s i t y ， 2 0 0 8 ， 3 2 3 7 3 7 7 ． [ 6 ] 刘恩斌， 彭善碧， 李长俊， 等． 基于瞬态模型的油气管道泄漏 检测[ I ] ． 天然气工业， 2 0 0 5 ， 2 5 6 1 0 2 1 0 4 ． L i u E n b i n ， P e n g S h a n b i ， L i C h a n g j u n ， e t a1 ． L e a k a g e De t e c t i o n o f Oi l a n d Ga s P i p e l i n e s b y Tr a n s i e n t M o d e l ．Na tur al G a s I n d u s t r y ， 2 0 0 5 ， 2 5 6 1 0 2 1 0 4 ． [ 7 ] 崔谦 ， 靳世久， 王立坤， 等． 基于序贯检验的管道泄漏检测 方法[ 1 ] ． 石油学报， 2 0 0 5 ， 2 6 4 1 2 3 1 2 6 ． C u i Qi a n ， J i n S h i j i u ，Wa n g L i k u n ，e t a 1 ． De t e c ti o n Me t h o d for Pi p e l i n e Le a k a g e Ba s e d o n Se q ue ntial Pr o ba bt y R a tio Te s t [ T ] ． Ac t a P e t r o l e i S i n i c a ， 2 0 0 5 ， 2 6 4 1 2 3 1 2 6 ． [ 8 ] 郭炳睿． 基于负压波法的泄漏检测研究[ D] ． 山东 中国石 油大学 ， 2 0 0 9 ． Gu o Bi n g r u i ．Re s e a r c h o f t h e L e ak a g e De t e c ti o n Ba s e d o n Ne g a ti v e P r e s s u r e Wa v e Me t h o d【 D J ． S h a n d o n g C hin a un i v e r s i t y o f P e t r o l e u m ，2 0 0 9 ． [ 9 ] 李长俊， 刘恩斌， 梁党国， 等． 基于负压波原理的输油管道泄 漏检测技术研究及应用[ c] ． 北京 中国国际石油天然气安 全技 术管理高层研讨会 ， 2 0 0 5 ． L i Ch a n g j u n，L i u E n b i n ，L i a n g Da n g g u o，e t a 1 ． Re s e a r c h o n L e a k De t e c ti o n for Oil Tr an s p o r t a ti o n P i p e l i n e Ba s e d o n Ne g a ti v e P r e s s u r e W a v e Me t h o d l c J ． B e i j i n g P a p e rs o f S e m i n a r F or um o n O i l Ga s S a f e t y Te c h no l o g y M a na ge m e nt ．20 0 5． [ 1 O ] 马小林， 王泽根， 谢静文． 负压波在管道泄漏检测与定位中 的应用[．I ] ． 管道技术与设备， 2 0 1 3 ， 3 1 7 - 1 9 ． M a Xi a o l i n，W a n g Ze g e n， Xi e J i n g we n ．Ap p l i c a ti o n o f Ne g a ti v e P r e s s u r e W a v e i n P i p e l i n e L e a k a g e De t e c t i o n a n d L o c al i z a t i o n l J 』 ． P i p e l i n e T e c h n o l o g y a n d E q u i p me n t ，2 0 1 3 ， 3 1 7 1 9 ． [ 1 1 ] 冷建成， 周国强， 昊泽民， 等． 光纤传感技术及其在管道监 测中的应用[ i ] ． 无损检测， 2 0 1 2 ， 3 4 1 6 1 6 5 ． L e n g J i a n c h e n g ， Z h o u G u o q i a n g ， Wu Z e mi n ，e t a 1 ． Op t i c a l F i be r Se n s i ng Te c hn ol og y a nd I t s App l i c a t i o ns i n Pi pe l i ne Mo n it o ri n g [ J ] _ N o n c le s tr u c ti v e T e sti n g ， 2 0 1 2 ， 3 4 1 6 1 6 5 ． [ 1 2 ] 王朝晖， 张来斌， 辛若家， 等． 声发射技术在管道泄漏检测 中的应用[ 1 ] ． 中国石油大学学报 自然科 学版 ， 2 0 0 7 ， 3 1 5 8 7 9 0 ． W a n g Z h a o h u i ，Z h a n g L a i b i n ， Xi n Ru o j i a ，e t a 1 ． A p p l i c a t i o n o f Ac o u s t i c E mi s s i o n Te c h n i q u e i n P i p e l i n e L e a k a g e De te c ti o n⋯ ． J o u rn al o f C h in a U n i v e r si ty o f P e t r o le u m E d i tio n o f Na tur a l S c i e n c e ， 2 0 0 7 ， 3 1 5 8 7 9 0 ． [ 1 3 ] 焦敬品， 何存富， 吴斌， 等． 管道声发射泄漏检测技术研 究进展 ⋯ ． 无损检测 ， 2 0 0 3 ， 2 5 1 0 5 1 9 5 2 3 ． J i a o J i n g p i n ， He C u n f u ， w u B i n ， e t a1． A d v a n c e i n A c o u s t i c E mi s s i o n Te c h n i q u e s f o r P i p d i n e L e a k De t e c t i o n l J j ． No n d e s t mt i v e T e s ti n g ， 2 0 0 3 ， 2 5 1 0 5 1 9 5 2 3 ． [ 1 4 ] 赵方生． 基于音波的输气管道泄漏检测及定位试验研究 [ D] ． 东营 中国石油大学， 2 0 1 0 ． Zha o F an g s he n g Ex pe rime n t a l Stud y o n Le a k De t e c t i on a nd L o c a ti o n for G a s P i p e l i n e B a s e d o n A c o u s t i c Me t h o d[ D] ． Do n g y i n g Ch i n a Univ e rsi t y o f P e t r o l e u m ， 2 0 1 0 ． [ 1 5 ] 李炜 ， 朱芸， 毛海杰， 等． S P RT检验法和小波变换法 在管道泄漏检测中的应用 [ I ] _ 计算机测量与控制， 2 0 0 5 ， 1 3 9 9 0 3 9 0 7 ． L i We i ，Z h u Yu n ， Ma o H a ij i e ， e t a 1 ． P i p e l i n e L e a k De t e c t i o n B a s e d o n S P RT a n d Wa v e l e t T r a n s f o r m l J J ． C o mp u t e r Me a s u r e me n t Co n t r o l ， 2 0 0 5 ， 1 3 9 9 0 3 9 0 7 ． [ 1 6 ] 李炜， 朱芸， 毛海杰． 基于综合方法应用的管道泄漏检 测研究[ I ] ． 化工 自动化及仪表， 2 0 0 5 ， 3 2 2 5 卜5 3 ． L i W e i ，Z h u Y u n ，Ma o Ha i j i e ．S t u d y i n g o f Oil P i p e l i n e L e a k s De t e c ti o n a n d Lo c a ti o n Ba s e d o n S y n t h e s i z e d M e t h o d 【 J 』 ． Co n t r o l a n d I n s t rume n t s i n C h e mi c al I n d u s t r y ， 2 0 0 5 ， 3 2 2 5 1 -5 3 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m