马剑

北京华油国际物流工程服务有限公司

 

［摘 要］本文结合我国管道输送的实际情况，对目前现有的各种泄漏检测与定位方法的优缺点进行比较，重点研究了管道内声波检测泄漏的问题，即利用传感器技术检测识别泄漏产生的声波信号，利用里程轮和标定系统进行定位，利用多光谱进行分析。针对长距离输油管线微小泄漏及“细水长流”型打孔盗油情况的特点，对原油集输管道内微渗漏检测技术进行了介绍。

［关键词］管道 微渗漏 定位 内检测

 

1 技术背景 

1.1 渗漏检测的必要性 

目前我国大庆、长庆、胜利、大港、辽河、华北、中原等油田管线和部分始建于上世纪70、 80年代的长输管道，很多已达设计年限，正处于超龄服役阶段，油气管道泄漏事故时有发生。在泄漏事故中除了自然腐蚀穿孔和外部机械撞击等因素外，人为打孔破坏管道的事故也占有一定的比例。 

管道泄漏造成的经济损失、环境污染及人员伤害是巨大的。如果能够及时发现泄漏，确定泄漏点，就能有效地减轻泄漏事故造成的损失和危害。然而由于管道埋地较深，通过常规的巡线检测方法很难及时找到泄漏点。另外，长输管道沿途多为荒漠、沼泽、戈壁或河流，而检测方式多为人工定期巡检，这都限制了泄漏检测与定位的实时性与准确性。所以除了从立法上加强保护外，也需要从技术上提供高效、可靠的泄漏检测方法。 

1.2 现有泄漏检测方法优缺点 

1.2.1 流量平衡法

流量平衡法的原理是当管道的入口流量大于出口流量时，就可以判断出管道中间发生了泄漏。这种方法原理简单，易于实现，但是检测精度受到两端的流量计的精度限制，而且不能对泄漏点进行定位。对于加热输送的管道还需考虑沿程温降对流体密度和体积的影响。

1.2.2 光纤传感器方法

光纤传感器是最近儿年来发展的一个热点，在实现物理量测量的同时可以进行信号的传输，在解决信号衰减和抗干扰方面有着独特的优越性。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，当沿管道的温度变化超过一定的范围，就可以判断发生了泄漏。光纤检测泄漏当下应用经验不足，但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油气管线内介质的温度、压力、流量、管壁应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。

1.2.3 实时模型及统计决策方法

瞬变模型法是建立管内流体流动的数学模型，在一定边界条件下求解管内流场，然后将计算值与管端的实测值相比较。当实测值与计算值的偏差大于一定范围时，即认为发生了泄漏。在泄漏定位中使用稳态模型，根据管道内的压力梯度变化可以确定泄漏点的位置。 

瞬变模型法报警门限值与测量仪器误差、流动模型误差、数值方法误差以及要求的报警时间有关。如果采用较小门限值来检测更小的泄漏，那么由于以上原因导致的不确定性就会产生更多的误报警;如果要求实现低误报警率，那么所能检测到的最小的泄漏必然变大。误报警率高是瞬变模型法在实际应用中的一个难以解决的问题。

1.2.4 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局部流体密度减小出现的瞬时压力降低，这个瞬时的压力下降作用在流体介质上就作为减压波源，通过管道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。

管道中输送介质不同，负压波的传播速度大小也不相同。如在天然气中大约为300m/s，在液体油中则大约为1200m/s。负压波检测法可迅速检测突发性的大量泄漏，在快速诊断法中占有重要地位。在众多的管道泄漏检测方法中，负压波法最为适合检测突发性的泄漏事故。 

以上方法都可以对管道泄漏进行实时检测，但是在泄漏量和定位精度上都有缺点，无法实现对小于10L/H的微小渗漏进行检测。针形孔腐蚀缺陷等小缺陷及微泄露的检测、探测是当前国际上共同的技术难题。其他检测技术如超声、漏磁等可以检测管道本体上的缺陷，但无法实现对针孔型泄漏点的检测。国外公司一般采取管道内微渗漏检测技术检测较小的缺陷，在检测周期内定期开展微渗漏专项检测，而国内在这方面还没开展过。 

2 管道内微渗漏检测技术 

2.1 管道内微渗漏检测技术介绍

管道内微渗漏检测技术主要是靠管道内运行检测器进行数据收集，检测设备由驱动装置、数据处理装置和地面定标装置组成。 

设备运行采用的是收发球的方式，设备在管道内靠驱动装置运行，在管道内随介质一起流动。驱动装置为皮碗或其他形状外壳，主要材料是聚乙烯，同时与管壁保持一定空隙，以减少误差。 

数据处理装置由探测器、压力传感器、内部时钟、电子处理和存储系统等组成，通过声学探测器记录管道本体上的泄漏点，并记录存储在CPU里，设备上有发射机、里程轮、陀螺仪及惯导系统等模块，可以配合管外定标装置进行设备的追踪和定位。定位装置由里程轮和地面定标装置共同组成，在设备运行过程中通过对里程的实时记录和地面标定装置的配合使用，实现对泄漏点的定位，定位误差可控制在±1m。

 

 

埋地管线泄漏检测器原理

 

2.2 技术特点及价值

从科研价值来讲，本技术检测和定位精度都比较高，尤其适用于大于6.8L/H的微小渗漏的检测，可以定期对输油管道进行泄漏检测，弥补其他技术的不足。 

从经济角度来看，本技术的开展使用对加强我国输油管道安全管理，减小可能因油品泄漏造成的巨大损失，促进我国管道运输事业发展具有重要意义。

2.3 微渗漏检测技术的应用

2.3.1 微渗漏检测技术在国外的应用

该技术在欧洲和美洲一些国家都已经相继开展使用，由于当地法律法规的要求，微渗漏检测在国外管道管理中已被作为管道完整性管理的一部分，要求在一定周期内对管道进行一次检查，该技术获得良好的效果，逐步在应用中进行完善，各个国家所使用检测设备虽然外形和综合性能都有一定差异，但基本原理相同。

2.3.2 微渗漏检测技术在国内的应用

北京华油国际物流工程服务有限公司经调研，引进国外比较先进的管道内声波泄漏检测器进行管道泄漏的检测，精度可达6.8L/H，定位距离可到±1m，数据采用多频光谱技术进行分析，是目前国际上性能比较优越的检测技术，该技术已经在中石油管道公司开展试用，并取得良好的效果。

 

2.3.3 实际项目运行介绍

为了验证检测设备的实际性能，北京华油国际物流工程服务有限公司、中石油管道公司共同成立了领导小组，选择了呼包鄂分公司实施试验项目，并邀请国外技术专家对整个项目运行进行指导。

（ 1）现场调研。通过填写调查问卷，掌握了管线基本运行参数。对沿线收发球站及阀室等设置情况进行了现场勘查（下图所示），进一步明确了本次项目所需所有工况条件。

 

 

（ 2）运行测径板清管器。管道企业在检测前运行了一个带测径板的清管器，用来确保管道内没有凹陷或变形，不会对检测器造成损坏或造成检测器在管道内的卡堵，清管工作能够顺利完成。本次清管说明管道里面没有较大的变形，不会影响检测器通过。

（ 3）模拟泄漏点。在管道上制造了一个模拟泄漏点，验证在当前管线条件下，设备能够准确检测和定位渗漏点。为了确保模拟点的泄漏量能够满足要求，在整个过程中用了刻度瓶和计时器进行计量（下图所示）。

 

（4）运行模拟器。模拟器在重量和尺寸方面是和实际检测器相同的，但是不包含任何的电子部件。可以通过运行模拟器，来确定管线内的情况及可能会对检测器造成的损坏，从而增加测试成功的机率。

模拟器于2016年1月19日从始发站发出，于1月21日到达终点站。在模拟器到达收球站的时候，可能因为管道内沉积物的出现，模拟器外观产生了一些损坏（下图所示）。经过评定，这些损坏在可接受的水平，所以同意继续发送实际的检测器。

 

（ 5）运行渗漏检测器。在收出模拟器后，按照计划将渗漏检测器准备好，于2016年1月22日下午在首发站发出，渗漏检测器的运行环境是柴油，于1月24日中午11： 21到达终点站。在整个运行过程中，技术人员按照计划进行严密追踪，整个检测工作进展顺利，检测器在收出球筒时带出了一些杂质和沉淀物，出现了轻微损坏。

（ 6）检测器定位。按照预先制定好的方案来追踪定位检测器，追踪定位系统（下图所示）由一个外部的接收机和安装在检测器上的信号发射机组成。同时，当检测器通过一些暴露在外的管段（如截断阀阀室）时，也可以通过听声音来进行判断。

 

（ 7）出具分析报告。在现场检测作业完成后，北京华油国际物流工程服务有限公司给管道公司出具了一份检测报告，包括设备在管线内运行情况、管线内异常点定位与分析，以及检测结果的介绍等。

本次实验项目成功检测并定位出了模拟泄漏点，发现了管线存在的一些其他问题，且数据采集完整，检测过程得到了相关企业的认可，证实了该检测工具有较好的适用性，可以帮助企业完善管道完整性管理流程，提高所运行管网的安全性能。

作者简介：马剑，男， 1968年5月生，法国MBA，现任北京华油国际物流工程服务有限公司副经理。

《管道保护》2016年第4期（总第29期）