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1、管道泄漏检测技术应用分析摘要:近年来,油气输送管道泄漏事故时有发生,造成了巨大经济损失和环境污 染。因此,对液体输送管道进行检测和定位的研究与实践非常必要。介绍了国内 外液体输送管道泄漏检测与定位的主要方法,分析了各种方法的原理及优缺点, 提出了实际实施过程中应注意的问题及相应对策。关键词:泄漏;检测技术;分析1 基于硬件的管道泄漏检测方法基于硬件的检测方法主要有:直接观察法,泄漏电缆法,示踪剂检测法1和 光纤泄漏检测法2,其中基于光纤传感器的管道泄漏检测方法越来越受到人们 的重视。1.1 直接观察法该方法是指有经验的工作人员用肉眼观测、闻气味、听声音查出泄漏的位置, 或专门训练过的狗通过辨气
2、味确认泄漏位置。早期的管道泄漏检测方法是有经验的技术人员沿管线行走查看管道附近异 常情况,闻管道释放出来的介质的气味,或听介质从管道泄漏时发出的声音。这种 检测方法的结果主要依赖于个人经验和查看前后泄漏的发展。另外一种方法是用 经过训练的、能够对管道泄漏物质的气味很敏感的狗进行检测。该方法无法对管 道泄漏进行连续检测,灵敏性较差。宁波广强机器人CCTV管道检测机器人利用先进的CCTV内窥检测技术进行管 道检测。广强管道检测机器人是按照国家卫生部颁发的公共场所集中空调通风 系统卫生规范的相关技术要求，设计的进行检测的专业设备，可完成各种检测 作业，还可搭载各种声纳、切割设备，可按需定制。广强机器
3、人是完成公共场所 集中空调检测项目的得力工具。管道机器人具有超强驱动力，通过镜头可以观测管道内景了解管道内部情况 并完成采样维护作业。广强管道机器人小巧灵活，便于携带，造型美观，可搭载 在车上，一次即可完成多种检测和维护作业。广强机器人管道机器人用途：用于 公共场所集中空调采样和检测、用于环境卫生、职业安全、检验检疫等场所的检 测，是检测人员的最佳安全伴侣、最得力的工具.宁波广强机器人科技有限公司 管道检测机器人是由控制器、爬行器高清摄像头、电缆等组成。在作业的时候主 要是由控制器控制爬行器搭载检测设备进入管道进行检测。检测过程中，管道机 器人可以实时传输管道内部情况视频图片以供专业维修人员分
4、析管道内部故障 问题。去年7 月，由广强公司自主研发的高端化管道探测机器人在杭州市萧山机场 开始应用；该公司普及型管道探测机器人研发成功并投入使用，目前为止已经在 浙江、江苏、安徽、山东等多省的管网检测中获得应用，在功能上设计上更加符 合城乡管网的检验要求。与此同时，为满足高端市场实际需求，该公司还自主研 发了多种cctv管道检测车，通俗来说就是将cc tv管道检测系统集成到汽车内部。 今年以来，广强公司已在浙江、江苏等省的相关政府招投标项目中中标。据了解， 原先国业自主研发或者代理的国外品牌管道探测机器人内置相机均采用模拟相 机，信号传输的分辨率较低，在44 万像素以下，广强公司技术团队在攻
5、克了远 距离数字相机视频传输技术的基础上，自主研发机型创造性地采用了数字相机， 内置相机摄像头分辨率达到 300 万像素至 100 万像素。摄像头分辨率越高，机器 人对管道内部堵塞、塌陷、非法插入、错位、裂痕等各种缺陷状态的分辨能力就 越强。同时，由于数字相机采用光纤技术进行信号传输，机器 人传输信号的最 远距离也由之前的一般不超过 200 米，到目前在确保电力供应前提下，达到500 米甚至更远。1.2 检漏电缆法 检漏电缆多用于液态烃类燃料的泄漏检测。电缆与管道平行铺设, 当泄漏的 烃类物质渗入电缆后,会引起电缆特性的变化。目前,已研制的有以下几种电缆。1.2.1 油溶性电缆 3该电缆的同轴
6、结构中有一层导电薄膜,当其接触烃类物质时会溶解,从而失 去导电性。从电缆的一端发送电脉冲信号,电路在薄膜溶解处被切断,从返回的脉 冲中能检测出泄漏的具体位置。另一种结构的电缆中有两根平行导线,导线外都 覆盖有一层绝缘油溶性膜,当油渗透进电缆后,溶解薄膜使两根导线之间短路,测 两导线之间的电阻值能推测漏油位置。1.2.2 渗透性电缆 这种电缆芯线导体的特性阻抗为定值。当油渗透进电缆后,会改变电缆的特 性阻抗。从电缆的一端发送电脉冲,通过反射回来的电脉冲可知阻抗变化的位置, 从而可确定泄漏的位置 。1.2.3 分布式传感电缆4 这种电缆主要用于碳氢化合物的泄漏检测,如燃油、溶剂等。当泄漏物质透 过
7、电缆编织物保护层时,会引起电缆内聚合物导电层的膨胀,外层的编织物保护 层会限制膨胀,使导电层向内压缩与传感线接触,从而构成导电回路,通过测得传 感导线回路电阻,可确定泄漏的位置。这种电缆还可以多根连接起来,对长距离管 道泄漏进行检测。检漏电缆法能够快速而准确地检测管道的微小泄漏及其泄漏位置, 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,工程量较大 。1.3 放射性检漏技术 （示踪剂检测法 ） 放射性检漏技术是20世纪90年代初开发的,目前,油气管道的放射性检漏技 术已经比较成熟,并进入实用阶段,取得了良好的
8、经济效益。国内在 20 世纪90 年代初开始研究此项技术,先后研究成功静态法检漏、动态法检漏。对采用放射 性检漏技术进行油气管道泄漏检测的可行性进行了论证。油气管道的放射性检漏技术是将放射性标记物（碘或溴）加入管道内,经过泄 漏处时,示踪剂漏出附着于泥土中,采用示踪剂检漏仪在管道内部或地表沿线检 测,记录漏出示踪元素的放射性数据,根据记录曲线,可找出泄漏部位。示踪剂检 测技术对微量泄漏检测的灵敏度很高,能快速检测出微量泄漏,并可确定泄漏点。1.4 基于光纤传感器的管道泄漏检测方法光纤传感器是近年来发展的一个热点,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
9、的优越性。用光纤传感器 检测管道泄漏的方法是根据管道中输送的热物质泄漏会引起周围环境温度的变 化,利用分布式光纤温度传感器连续测量沿管道的温度分布,当管道的温度变化 超过一定的范围,就可以判断发生了泄漏。或者利用一种聚合物封装光纤光栅, 这种聚合物遇到碳氢化合物时会膨胀,没有了碳氢化合物后可恢复。将这种光纤 光栅传感器置于待测的地方,如果有碳氢化合物的泄漏,聚合物就会膨胀,光纤产 生应变,光栅反射的布喇格波长发生漂移,通过监视布喇格波长的漂移就可知道 光纤光栅处的石油泄漏情况。此外,随着各种分布式光纤传感器的发展,未来可以实现利用一根或几根光 纤对天然气管线内介质的温度 、压力、流量 、管壁应
10、力进行分布式在线测量, 这在管道监控系统中将极具应用潜力 。2 基于软件的管道泄漏检测方法基于软件的管道泄漏检测方法主要有:负压波法5、压力梯度法6、实时 模型法7、质量平衡法、统计决策法8、应力波法9和声发射法等 。2.1 负压波法在泄漏发生时,泄漏处立即产生因流体物质损失而引起的局部液体密度减小, 出现瞬时压力降低和速度差,这个瞬时的压力下降,作用在流体介质上,就作为减 压波源,通过管线和流体介质向泄漏点的上下游以声速传播。当以泄漏前的压力 作为参考标准时,泄漏时产生的减压波就称为负压波,其传播的速度在不同规格 管线中不同.设置在泄漏点两端或泵站两端的传感器拾取压力波信号,根据两端 拾取压
11、力波的梯度特征和压力变化率的时间差 ,利用信号相关处理方法就可以 确定泄漏程度和泄漏位置。负压波法是目前国际上应用较多的管线泄漏检测和漏 点定位方法。该方法适用于液体介质的长输管道,对泄漏率大的情况,泄漏定位精度和灵 敏度高。且由于该方法只需要在管道两端安装压力变送器,具有施工量小、成本 低、安装维护方便的特点,因此得到了广泛应用。由于负压波传播到两端的时间 差决定泄漏定位的精度,因此要求数据的采样速率高,数据量大。常规压力传感器 不能完成对于泄漏产生的微小（分辨率lOOPa）负压波动的测量。同时，输送油气 和管线吸收能量也使得负压波振荡的物理参量特征减弱。泵机组的运行交变压力 噪声、调阀时压
12、力的瞬间变化和管道沿线输送油气进出管线时产生压力变化等因 素， 给采集泄漏信号造成很多困难。因此对于比较小的泄漏或已经发生的泄漏效 果不佳。2.2 压力梯度法在管道上、下游两端各设置两个压力传感器， 检测压力信号， 通过上下游的压 力信号分别计算出上、下游管道的压力梯度。当没有发生泄漏时，沿管道的压力 梯度呈斜直线;当发生泄漏时，泄漏点前的流量变大，压力梯度变陡，泄漏点后的 流量变小，压力梯度变平，沿管道的压力梯度呈折线状，折点即为泄漏点，由此可 计算出泄漏点的位置。在实际运行中， 由于管道的压力梯度是非线性分布， 因此压力梯度法的定位 精度较差， 并且仪表测量的精度和安装位置都对定位结果有较
13、大的影响。针对这 个问题， 国内学者提出通过建立反映输送管道沿热力变化的水力和热力综合模型， 找到更能反映实际情况的非线性压力梯度分布规律，对输送管道的泄漏进行定 位。对于流体在黏度、密度、热容等特性随着沿程温度下降有较大变化的管道而 言，该方法具有较大的优越性，但需要流量信号，并且需要建立较复杂的数学模 型。2.3 实时模型法根据瞬变流的水力模型和热力模型,综合管内流体的温度、流量、压力、密 度、黏度等参数的变化,建立输送管道的实时模型,在线估计管道的上下游压力、 流量等参数。实时模型与实际管道同步运行,定时取得管道上的实际测量值,如上 下游的压力、流量等,然后将估计值与实际测量值相比较,当
14、实际测量值与估计值 的偏差大于一定范围时,即认为发生了泄漏。该方法主要有以估计器为基础的实 时模型法、以系统辨识为基础的实时模型法和基于以扩展 Kalman 滤波器的实时 模型法 3 种。实时模型法对管道模型的准确性要求高,但影响管道模型准确性的因素较多, 计算量较大。另外,该方法都需要安装流量计,对仪表的精度要求高,因而使用该 方法进行输送管道的泄漏检测和定位有一定的难度。2.4 基于动态体积或质量平衡原理检测法动态质量平衡原理是对于一条输送一种或多种石油产品的管道,在一段时间 内,流量计测量到的管道入口流量可能不等于管道的出口流量,这种差异归因于 流量测量误差和对管道中油品存余量变化的估计
15、,根据动态质量平衡原理,考虑 压力-温度-多重黏性参数变化的影响,可进行动态质量平衡计算。最后通过将计 算出来的结果与某一设定的阙值相比较来判断是否发生泄漏。该方法是一种重要的实用检测方法,也是当代许多新建管道泄漏检测技术的 基础。国外管道运营公司最普遍的作法就是连续测量管道入口和出口的流量,应 用动态质量平衡计算法监测管道,以确定管道是否发生泄漏。该方法设定合适的管道泄漏阙值非常困难,阙值设定过低,管道检漏系统很 容易发生误报警,而阙值设定过高,管道检漏系统的灵敏度和准确性很低,往往是 比较大的管道泄漏已经发生而检漏系统仍不会报警。2.5 统计检漏法该方法根据管道出入口的流量和压力,连续计算
16、流量和压力之间的关系。当 发生泄漏时,流量和压力之间的关系就会发生变化,应用序列概率比试验方法和 模型识别技术对实际测量的流量值和压力值进行分析,计算发生泄漏的概率,从 而判断是否发生了泄漏。此方法采用最小二乘法对泄漏点进行定位,但定位精度 受检测仪表精度的影响比较大。2.6 声波法检测原理是当输送管管壁破裂时,管内的流体瞬间自洞孔喷出, 管内外压力 差将产生特定频率的声波信号,信号会沿上、下游的管线传送,利用信号到达管线 传感器的时间差,可计算出泄漏位置。该方法具有以下特点:(1) 能在短时间内探测出泄漏位置。探测气体介质管道 3 km 约用 15 s,15 km 约 50 s; 探测油管 3 km 约 10 s, 15 km 约 20 s. 两探头间距最远达 90 km.(2) 泄漏源定位精度为 30 m.(3) 具有高灵敏度、高分辨率 。在流体静止、马达泵浦启动 、阀门
