输油管道泄漏检测方法综述2 检漏系统的性能指标对一种泄漏检测方法优劣或一个检漏系统性能的评价 ,应从以下几个方面加以考虑1 泄漏位置定位精度当发生不同等级的泄漏时 ,对泄漏点位置确定的误差范围。

2 检测时间管道从泄漏开始到系统检测到泄漏的时间长度。

3 泄漏检测的范围系统所能检测管道泄漏的大小范围 ,特别是系统所能检测的最小泄漏量。

4 误报警率误报警指管道未发生泄漏而给出报警信号。

它们发生的次数在总的报警次数中所占比例。

5 适应性适应性是指检漏方法能否对不同的管道环境 ,不同的输送介质及管道发生变化时 ,是否具有通用性。

6 可维护性可维护性是指系统运行时对操作者有多大要求 , 及当系统发生故障时 ,能否简单快速地进行维修。

7 性价比，性价比是指系统建设、运行及维护的花费与系统所能提供性能的比值。

3 检漏方法管道的泄漏检测技术基本上可分为两类 ,一类是基于硬件的方法 ,另一类方法是基于软件的方法。

基于硬件的方法是指对泄漏物进行直接检测。

如直接观察法、检漏电缆法、油溶性压力管法、放射性示踪法、光纤检漏法等。

基于软件的方法是指检测因泄漏而造成的影响 ,如流体压力、流量的变化来判断泄漏是否发生及泄漏位置。

这类方法有压力/ 流量突变法、质量/ 体积平衡法、实时模型法、统计检漏法、 PPA (压力点分析)法等。

除上述两类主要方法外 ,还有其他的一些检漏法 ,如清管器检漏法。

各类方法都有一定的适用范围。

3. 1 基于硬件的检漏法3. 1. 1 直接观察法有经验的管道工人或经过训练的动物巡查管道。

通过看、闻、听或其他方式来判断是否有泄漏发生。

近年美国 OIL TON 公司开发出一种机载红外检测技术。

由直升飞机带一高精度红外摄象机沿管道飞行 ,通过分析输送物资与周围土壤的细微温差确定管道是否泄漏。

3. 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)油溶性电缆〔 3〕电缆的同轴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 ,因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。

(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。

(3)分布式传感电缆这种电缆主要用于碳氢化合物的泄漏检测 ,如燃油、溶剂等。

它在 2km 的范围内 ,可达 1 %的检测精度。

当泄漏物质透过电缆编织物保护层 ,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。

3. 1. 3 声学方法当管道发生泄漏时 ,通常在泄漏点会产生噪声 ,声波沿管道向两端传播 ,管道上的声音传感器检测到声波 ,经处理后确定泄漏是否发生及漏点位置。

由于受到检测范围的限制 ,若要对长距离的管道检漏 ,则必须沿管道安装许多声音传感器。

光纤具有电绝缘性 ,柔软性及径细、量轻等优点。

近年来 ,有人提出了利用一种分布式光纤声学传感器进行管道检漏的方法,其原理是由泄漏产生的声压对光纤中的相位进行调制 ,相位的变化可由光纤构成的 sagnac 干涉仪检测到。

一根光纤能替代许多普通声音传感器。

在理论上计算 ,10km 管道定位精度能达到± 5m。

3. 1. 4 负压波法管道发生泄漏时 ,泄漏部位的物质损失会导致压力的下降 ,压降沿管道向两端扩散而形成负压波。

其传输速度与声波在流体中的传播速度相同 ,传输距离可达几十 km。

根据安装在管道上、下游的传感器检测到负压波的时差及负压波的传播速度 ,可确定泄漏的具体位置。

如下图所示:Z = 1 2( l - 簟另 ) (1)式中Z ———泄漏点距上游传感器距离; l ———管道长度; ô———负压波传到上、下游传感器的时差; í———负压波在管道内传播的速度。

泵、阀的正常作业也会引起负压波。

来自泵站方向的负压波与泄漏产生的负压波方向不同 ,为区分因泄漏引起的负压波和正常作业的负压波 ,国外研究出了负压波定向报警技术。

在管道的两端各设置两个压力变送器 ,用以区分负压波的方向。

国内有人提出了利用模式识别技术 ,在管道两端各安装一只变送器即可进行泄漏检测与定位。

其原理是泄漏引起的负压波与正常操作引起的负压波波形特征有较大的区别。

对负压波进行分段符号化处理 ,形成波形结构模式 ,检测到的负压波经预处理后 ,与标准负压波模式库进行匹配 ,判断是否有泄漏发生。

为了提高泄漏检测的灵敏度 ,还可运用相关技术对管道两端传感器接收的信号进行相关分析。

3. 1. 5 光纤检漏法 (1)准分布式光纤检漏准分布式光纤进行漏油检测的技术已比较成熟。

据报道 ,NEC 公司已研制出能在 10km 管道长度范围内进行漏油检测的传感器,它对水不敏感 ,可在易燃易爆和高压环境中使用。

传感器的核心部件由棱镜、光发与光收装置构成。

当棱镜底面接触不同种类的液体时 ,光线在棱镜中的传输损耗不同。

根据光探测器接收的光强来确定管道是否泄漏。

这种传感器的缺点是当油接触不到棱镜时 ,就会发生漏检的现象。

(2) 多光纤探头遥测法美国拉斯维加斯市的 FCI 环保公司开发的 PETROSENSE 光纤传感系统可对水中和蒸气态的碳氢化合物总量进行连续检测〔 8〕 , 可用于油罐及短距离输油管道的泄漏探测。

对于不同的应用可选择配置 1～16 个探头。

探头的核心部分是一小段光纤化学传感器 ,光纤包层能选择性地吸附碳氢化合物 ,使其折射率得到改变 ,从而使光纤中光的传播特性发生变化。

探头中内设电子装置 ,可将光信号转换为电信号。

数据采集模块有多种接口 ,可将信号远传以满足遥测的需要。

(3)塑料包覆石英(PCS) 光纤传感器检漏〔 9〕这种 PCS 光纤传感器的传感原理如下图:当油与光纤接触时渗透到包层 ,引起包层折射率变化 ,导致光通过纤芯与包层交界面的泄漏 ,造成光纤传输损耗升高。

传感器系统设定报警界限 ,当探测器的接收光强低于设定水平时 ,会触发报警电路。

这种传感器可用于多种油液的探测。

(4)光纤温度传感器检漏液态天然气管道 ,粘油、原油等加热输送管道的泄漏会引起周围环境温度的变化。

分布式光纤温度传感器可连续测量沿管道的温度分布情况 ,这为上述管道的泄漏检测开辟了新途径。

据报道 ,YORK 公司的 DTS 系统(分布式光纤温度传感系统) ,一个光电处理单元可连接几根温度传感光缆 ,长度达25km ,对于温度的变化可在几秒钟内反应。

DTS 可设定温度报警界限 ,当沿管道的温度变化超出这个界限时 ,会发出报警信号。

3. 2 基于软件的方法软件方法主要利用 SCADA (监控与数据采集系统)提供的压力、流量、温度等数据来检测管道的泄漏。

它的主要优点是适应性广、安装简单。

主要有下面几种类型的方法。

3. 2. 1 质量或体积平衡法质量或体积平衡法依赖于这样一个事实 ,即一条不泄漏的管道内 ,“流入与流出必相等”。

实时测出管道出口与入口流量 ,有差值则表明管段内可能发生泄漏。

实际上 ,由于所测流量取决于流体的各种性质(如温度、压力、密度、粘度) 以及流体的状态 ,而使情况变得复杂 ,在实际应用中可用如下公式进行修正: ? in =? in - ? out - ? i (2) 式中? l ———管道泄漏的体积流量; ? in ,? out ———分别为测量段入、出口体积流量; ? i ———与温度、体积等有关的体积改变量。

当上式? l 超过设定的阀值时 ,表明管道发生泄漏。

泄漏的具体位置可由下式确定〔 10〕。

( Pi - P0) + gg ?( hi - h0) - C? 2 f 2 L Q2 0/ D5 C(? 1 f 1 Q2 1 - ? 2 f 2 Q2 0) / D5(3)式中l ———上游站到泄漏点的距离; Pi ( P0) ———上游站(下游站)测量的释放(吸入)压力; g ñ———上游站到下游站之间的流体平均密度; hi 、 h0 ———分别为上游站和下游站的压头; C ———系数; ? 1、 ? 2 ———上游和下游到泄漏点之间流体平均密度; f 1、 f 2 ———上游和下游的流体平均摩擦系数; L ———泵站间管道长度;3. 2. 2 流量或压力突变法这是管道检漏最直接的方式之一。

在运行管道上的泄漏将引起上游流量的增加 ,同时上游和下游的压力减小。

泄漏引起的压降在泄漏点最大 ,向泄漏段的头、尾逐渐减轻。

当出入口流量或压力瞬间发生较大变化时 ,可能表明管道发生泄漏。

这种方法一般只用于稳态流的非压缩性流体 ,仅能探测到较大的泄漏 ,并且不能确定泄漏位置。

3. 2. 3 实时模型法实时模型法是研究得最多的一种方法 ,它不仅能探测到较小的泄漏 ,且定位准确。

这种方法的工作原理是由一组几个方程建立一个精确的计算机管道实时模型〔 11〕 ,此模型与实际管道同步执行。

定时取管道上的一组实际值 ,如上下游压力、流量 ,运用这些测量值 ,由模型估计管道中流体的压力 , 流量值 ,然后将这些估计值与实测量值作比较来检漏。

3. 2. 4 统计检漏法〔 12〕质量或体积平衡法监测管道的完好性 ,方法简便 ,费用低 ,但当管道的运行状况不断变化时 ,它就不能有效地应用。

考虑到流体的动态特性 ,开发管道实时模型用于检漏 ,需要大量的模拟实验和计算。

壳牌公司开发了一种不用管道模型的检漏系统 ,该系统根据管道出入口的流量和压力 ,连续计算压力和流量之间关系的变化。

当泄漏发生时 ,流量和压力之间的关系总会变化。

应用序列概率比试验方法和模式识别技术 ,可检测到这种变化。

当泄漏确定之后 ,用最小二乘法进行泄漏定位。

基于软件的方法对检测仪表精度要求很高 ,否则会带来较大的定位误差。

根据检测的具体要求可选用精度较高的仪表 ,或利用数学方法对采集的数据进行修正。

3. 3 SCADA 系统 SCADA 系统是 Supervisory Control and Data Ac2q uisition 的简称 ,即监控和数据采集系统。

它利用计算机技术收集现场数据 ,通过通信网传送到监控中心 ,在监控中心监视各地的运行情况 ,并发出指令对运行状况进行控制。