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1、1油气泄漏检测论述摘要：石油天然气的运输要经过长输管道，为保证其运输的可靠安全性，必须对管道运输情况进行实时监测，避出现油气的大面积泄露，所以我们便要重视油气泄露的检测方法以及检测技术。通过对油气泄露的原因分析以及检测技术的发展历史回顾，对油气泄露检测技术的现状以及发展前景进行了探究。关键词：油气泄露；运输管道；检测技术；石油天然气等作为带动国家经济发展、社会进步的重要能源，保证其供应正常是必要的。大多数的油气都要经过长距离的管道运输到达指定站点，在这个过程中，管道所经过的地理环境和地质状态是变化多样的，于是不可避免的就会因为各种原因出现泄漏等现象，而油气泄漏可能会带来的危害是不容轻视的，这也
2、就使得管道泄漏成为国内外人们非常关注的一个问题。比如中石化11.22事故的发生，共造成62人遇难，对人们的生命财产以及社会环境都造成了不可弥补的损失，也造成了极大的社会影响。所以能够准确、及时的检测到泄漏以及发生地点显得尤为重要。而我们也必须不断的提升进步，促进泄漏技术的发展与完善，保证油气运输的安全性与可靠性，从而促进国家的经济发展。1 油气泄漏的原因1.1管道腐蚀。输送油气的管道几乎都是钢制管道，这些管道有的直接暴露在空气中，有的埋在地底下，都不可避免会被腐蚀，油气中含有多种杂质，这些物质在一定条件下会与管道发生化学反应，也会导致管道发生不同程度的腐蚀。1.2焊接缺陷。管道内的油气会对管道
3、产生一定的压力与冲击，如果焊缝处工艺不符合相关的标准，则很可能由于冲击等出现裂缝，引起泄漏的发生。1.3自然灾害。管道在铺设过程中可能会穿越山区等地质不稳定的地区，如果发生山体滑坡或者地震等地质灾害，则会对管道造成严重的破坏，影响其安全性。1.4机械破坏。在管道附近进行施工等行为都有可能对管道产生破坏。1.5受压过大。如果管道上方建筑物较重，则有可能导致地基变形，从而致使管道发生断裂。1.6偷油。虽然现在偷油人员的素质及技术都有一定程度的提升，但是各种偷油现象依然存在。在钻孔过程中，如果处理不得当或者使用的设备可靠性比较低，则都有可能出现漏油情况。2 油气泄露检测技术的发展虽然我国对于管道泄漏
4、技术的研究起步较晚，但发展很快。1988年方崇智提出了基于状态估计的观测器的方法；1989年王桂增提出了一种基于Kullback信息测度的管线泄漏检测方法；1990年董东提出了采用带时变噪声估计器的推广Kalman滤波方法；1992年提出了负压波法泄漏检测法；1997, 1998年天津大学分别采用模式识别、小波分析等技术对负压波进行了很大程度的改进；1997年唐秀家等人首次提出基于神经网络的管道泄漏检测模型；1999年张仁忠等提出了压力点分析(PPA)法和采集数据与实时仿真相关分析法相结合的方法；2000年胡志新等提出了分布式光纤布拉格光栅传感器的油气管道监测系统；2002年崔中兴等介绍了声波
5、检漏法；2003年胡志新提出了基于Sagnac 光纤干涉仪原理的天然气管道泄漏检测系统理论模型；2003年潘纬等利用小波分析方法来分析信号的奇2异性及奇异性位置,来检测天然气管线泄漏；2003年夏海波等提出了基于GPS 时间标签的管道泄漏定位方法；2004年白莉等提出了一致最大功效检验探测泄漏信号；2004年吴海霞等运用负压波和质量平衡原理,采用模糊算法和逻辑判断法,利用压力、流量和输差三重机制实现了对原油管道的泄漏监测及定位、原油渗漏监测和报警；2004年伦淑娴等利用自适应模糊神经网络系统的去噪方法可以提高压力信号；2005年张红兵等介绍了根据管道的瞬态数学模型，并应用特征线法求解进行不等温
6、输气管道泄漏监测；2005年刘恩斌等研究了一种新型的基于瞬态模型的管道泄漏检测方法,并对传统的特征线法差分格式进行了改进,将其应用于对管道瞬态模型的求解；2005年朱晓星等提出了将仿射变换的思想应用到基于瞬态压力波的管道泄漏定位算法中；2005年白莉等等将扩展卡尔曼滤波算法,应用于海底管道泄漏监测与定位；2006年白莉等利用多传感器的信息融合思想,提出分布式检测与决策融合方法进行长距离海底管线泄漏监测；2006年提出了一种基于Mach-Zehnder光纤干涉原理的新型分布式光纤检漏测试技术。3 油气泄露检测方法不同的管道具有各自不同的铺设环境，所有所以在进行泄露检测时，我们也要根据不同的地理状
7、况、周边环境以及流体性质等来选择不同的检测方法。3.1基于硬件检漏法3.1.1人工巡线法这种方法是利用人工对管道沿线进行巡查，通过看、闻的方式查看管道沿线是否有动土的痕迹、油污存在。这种方法比较简单，对较大的泄露识别准确率高，但这种方法的效果与巡线人的责任心、经验有很大的关系。这种方法无法实现海底管道的泄漏检测、对诸如沙漠、沼泽等环境中的管道实施检测的难度比较大，且无法做到实时检测，目前该方法已经成为其他检漏方法的有益补充。3.1.2示踪剂检漏法放射性示踪剂检测法是在输送介质中加入放射性元素，当管道发生泄漏时, 放射性元素便会随介质流出并挥发到周围土壤、空气中。通过巡线检测就可以检测到这种物质
8、。或者使用示踪剂检漏仪，将其放于管道内部, 在输送介质的推动下行走，经过泄漏地点时时, 示踪剂检漏仪便可感受到泄漏到管外的示踪剂的放射性, 并记录下来。根据记录, 可确定管道的泄漏部位，但是不能提供泄露时间信息。这种方法的优点是灵敏度很高，缺点是不能做到实时检测，并且放射性元素有可能对泄露点环境造成影响。3.1.3 电缆检测法此种方法多用于液态烃类燃料的泄漏检测。通过在管道沿线铺设一种特殊的电缆，这种电缆具备与管道输送介质发生化学或者物理反应的能力。当发生泄漏时，内部流体介质与电缆发生物理、化学变化，导致电缆的某些传导性质发生改变。目前己研制的有渗透性电缆、油溶性电缆和碳氢化合物分布式传感电缆
9、。这种方法能够快速而准确地检测管道的微小渗漏及其渗漏位置，但其必须沿管道铺设，施工不方便，且发生一次泄漏后，电缆受到污染，在以后的使用中极易造成信号混乱，影响检测精度，如果重新更换电缆，将是一个不小的工程。3.1.4分布式光纤检漏法利用光纤作为传感器检测管道沿途的振动信号，当传感光缆周围有人员活动、机械操作等事件时，事件产生的振动信号会引起光缆发生应变，导致光缆中的光的相位以及偏振态发生变化，系统对检测到的变化进行识别和报警。这种方法不仅可以检测出管道发生泄露的情况，而且可以对管道3沿线所发生的危害管道时间进行预警。但这种方法灵敏度过高、难以排出干扰。3.1.5 探地雷达探地雷达(GPR) 将
10、脉冲发射到地下介质中，通过时域波形的处理和分析探知地下管道是否泄漏。当管道内的原油发生泄漏时,管道周围介质的电性质会发生变化,从而反射信号的时域波形也会发生变化,根据波形的变化就可以检测到管道是否发生了泄漏。应用探地雷达探测时,物体必须有一定的体积,因此这种方法不适用于较细的管道。而且用探地雷达探测泄漏时,与管道周围的地质特性有关,地质特性的突变对图象有很大的影响,这也是应用中的一个难点。3.1.6 探测球法基于磁通、超声、涡流、录像等技术的探测球法是上世纪80年代末期发展起来的一项技术，将探测球沿管线内进行探测，利用超声技术或漏磁技术采集大量数据，并进行事后分析，以判断管道是否有泄漏点。该方
11、法检测准确、精度较高，缺点是探测只能间断进行，易发生堵塞、停运的事故，而且造价较高。3.2 基于软件检漏法3.2.1 体积或质量平衡法在正常运行状态下，管道一端的输入量和另一端的输出量应该相等，当发生泄漏时，这两者就会产生差值，利用此差值可实现检测。体积或质量平衡法是最基本的泄漏探测方法，可靠性较高。但是管道泄漏定位算法对流量测量误差十分敏感, 管道泄漏定位误差为流量测量误差的6-7 倍, 因此流量测量误差的减小可显著提高管道泄漏检测定位精度。3.2.2 负压波检漏法当管道发生泄漏事故时, 在泄漏处立即有物质损失,进而造成压力降低。由于管道中流体不能立即改变流速, 会在泄漏处和其任一端流体之间
12、产生压差。该压差引起液流自上而下流至泄漏处附近的低压区。该液流立即挤占因泄漏而引起密度及压力减小的区域在临近泄漏区域和其上、下游之间又产生新的压差。泄漏时产生的减压波就称为负压波。设置在泄漏点两端的传感器根据压力信号的变化和泄漏产生的负压波传播到上下游的时间差，就可以确定泄漏位置。该方法灵敏准确，无需建立管线的数学模型，原理简单，适用性很强。但它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。3.2.3 压力梯度下降法压力梯度法是上世纪80年代末发展起来的一种技术，它的原理是：当管道正常输送时，站间管道的压力坡降呈斜直线，当发生泄漏时，漏点前后的压力坡降呈折线状，折点即为泄漏点，据此可
13、算出实际泄漏位置。压力梯度法只需要在管道两端安装压力传感器，简单、直观，不仅可以检测泄漏，而且可确定泄漏点的位置。但因为管道在实际运行中，沿线压力梯度呈非线性分布，因此压力梯度法的定位精度较差，而且仪表测量对定位结果有很大影响。所以压力梯度法定位可以作为一个辅助手段与其它方法一起使用。3.2.4 基于瞬变流模型的检漏法该方法根据拟稳态流的假设，考虑了在瞬态条件下管道的流量变化和压力分布,比以往一些未考虑管道的流量变化和压力分布的常规方法更准确地确定管道的泄漏点。这种方法也能应用于设有能引起管道流量分布突变的配气站的管道系统。瞬态模型法主要针对动态检测泄漏,瞬时模拟管道运行工况,它可以提供确定管
14、道存储量变化的数据,为流量平衡法提供参考量。使用管道瞬变模型法的关键在于建立比较准确的管道流体实时模型,以可测量的参数作为边界条件,对管道内的压力和流量等参数进行估计。当计算结果的偏差超过给定值时,即发出泄漏报警。43.2.5 水力坡降线法水力坡降线法的技术不太复杂。这种方法是根据上游站和下游站的流量等参数, 计算出相应的水力坡降, 然后分别按上游站出站压力和下游站进站压力作图, 其交点就是理想的泄漏点。但是这种方法要求准确测出管道的流量、压力和温度值。对于间距长达几十或百公里的长输管道, 由仪表精度造成的误差可能使泄漏点偏移几公里到几十公里, 甚至更远 , 给寻找实际泄漏点带来困难。因此,应
15、用水力坡降线法寻找长输管道泄漏点时应考虑仪表精度的影响。压力表、温度计和流量计等的精度对泄漏点的判定都有直接关系。4存在问题及发展趋势为了保证油气运输的安全可靠性，及时的发现泄漏的发生及泄漏地点有着十分重要的意义。经过国内外相关专家学者的研究，在泄露检测方面已经取得很大的进步,在现实中也已经成功的应用并避免了多次事故的发生,取得了一定的经济效益。但同时也暴露了许多尚需解决的问题。比如检测的精确性、反应及时性等。就目前现状来说，长输管道的小泄漏检测和定位仍是重点攻克的问题，泄漏检测和定位系统的自适应能力和自学习能力依旧需要得到提高，同时还有长输管道的非线性分布参数的时间滞后问题也许得到改善。当前
16、的泄漏检测技术和定位手段是多学科多技术的集成,特别是随着通信技术、传感器技术、信号处理技术和神经网络、模糊逻辑、专家系统等人工智能技术等发展,为泄漏检测定位方法带来了新的活力,可对诸如流量、压力、温度、密度、粘度等管道和流体信息进行采集和处理,通过建立数学模型或通过信号处理，或通过模糊理论对检测区域进行模糊划分，从而提取故障特征等进行检测和定位。当前，如何将多种方法有机的结合起来进行综合诊断,从而使其发挥各自的优势,提高整个系统的综合诊断性能成为人们研究的重点。如何将建立管道的数学模型和某种信号处理方法相结合、将管外检测技术和管内检测技术相结合、将智能方法引入检测和定位技术实现智能检测、机器人检测和定位等是检测技术的研究方向。 在选择检测方法的时候，一定要根据运输介质、管道铺设环境等实际情况来选择合适的技术方法。同时根据管道泄漏以及现行检测技术暴露出的各种问题，随着各种科学技术的进步与发展，相信我国的管道泄露检测在相关技术专家的研究开发之下一定会越来越精确，检测系统也会更加成熟与完善。参考文献1 朱芸.天然气长输管道泄漏检测与定位方法研究D.
