油气管道泄漏检测方法的研究及运用

王 锡 钰

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 113001)

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。

油气管道；泄漏检测；间接/直接检漏法

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]。

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[2]，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[3,4]。

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性突变的影响，由此严重制约着探地雷达应用效果的提高[5,6]。

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[7]。

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[8]。

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/入口的压力梯度相等。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]。

1.2.2 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（0.05～10 Hz）的传播损耗较低，且传播距离远。此外，温度为 5～32 ℃时，负压波的传播速度达 1 100 ～1 300 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。负压波的属性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，因此已被广泛应用[10,11]。

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孔盗油盗气的现象，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5 000 m/s及＞1.8 km。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[12]。

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。

［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,2014(5): 97-97.

［2］赵则祥, 王延年, 朱强. 长输油气管道泄漏检测方法[J]. 中原工学院学报，2008, 19(5): 10-14.

［3］Alistair M acLean, Chris Moran, Walter Johnstone, et al. Detection of Hydrocarbon Fuel Spills Using a Distributed Fibre Op-tic sensor[J].Sensors and Actuators A, 2003, 109(1): 60- 67.

［4］Antonio Carrillo, Enrique Gonzalez, Armando Rosas, et al. New Distributed Optical Sensor for Detection and Localization of Liquid Leaks: Part I[J]. Experimental studies. Sensors and Actuators A. , 2002, 99(3): 229- 235.

［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,2012,31(3):215-218.

［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[J].广州化工,2013,41(6):43-45.

［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,2011.

［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].石油机械，2007, 35(5): 49-53.

［10］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,2010(2): 102-103.

［11］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, 2008.

［12］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].管道技术与设备, 2002 ( 4) : 37- 40.

Research and Application of Oil and Gas Pipeline Leak Detection Methods

WANG Xi-yu
（College of Petroleum and Natural Gas Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001, China）

At present, pipeline transportation mode has been widely applied in oil and gas transportation，and has showed advantages of significant energy saving, high efficiency and security. But the pipeline transport process is easily affected by the third party or man-made destruction to cause pipeline leakage or rupture, even serious explosion and fire accidents, which will bring a serious threat to the safety of the surrounding personnel. So it is necessary to attach importance to oil and gas pipeline leak detection. In this paper, combined with practical experiences, application of oil and gas pipeline leak detection methods was discussed.

Oil and gas pipelines; Leak detection; Indirect/direct leak detection method

TE 832

： A

： 1671-0460（2015）05-1017-03

］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,2010.

10.7666/d.y1878242.

2015-03-24

王锡钰（1991-），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-mail：178192916@qq.com。