输油管道泄漏检测技术及应用探讨

输油管道泄漏检测技术及应用探讨 薛燕!胡娜“ （!#中国矿业大学管理学院； “#徐州经贸学校） 摘要文章介绍了国内外近十年来发展起来的管道泄漏检测技术和原理。对管道泄漏检测技术 的系统组成、 技术要求及性能指标等方面分别作了介绍。 主题词泄漏检测技术应用 石油作为一种燃料和化工原料， 最经济的输送方 式是采用管道运输。到目前为止， 我国已建成输油管 线 $ % !&()， 随着运行时间的延长， 管道的老化和腐 蚀造成的穿孔经常发生， 不仅损失了大量的原油， 而且 还对环境造成污染， 给企业带来了严重的经济损失。 另外， 由于输油管道大部分铺设在农村和经济欠发达 地区， 管理环境令人担忧， 管道盗油现象时有发生， 直 接威胁着管道的安全运行。因此， 应加强管道泄漏检 测技术的研究和应用， 提高管道输送管理水平， 减少经 济损失和环境污染。 !管道泄漏检测方法简介 自上世纪 *& 年代以来， 在管道泄漏检测技术方面 的研究工作不断进行， 尝试各种新的方法和手段。从 简单的人工分段沿管线巡视发展到较为复杂的软硬件 相结合的方法， 提高了管线泄漏检测的灵敏度和准确 定位。 !#!流量平衡法 该方法基于管道流体流动的质量守恒关系， 根据 管道进出口的流量测量值， 结合管道中原油的流量分 析， 确定管道中是否发生泄漏。该方法简单、 直观， 但 对于任何一个扰动或管线本身的动力变化都是敏感 的， 容易造成误检。为了提高检测精度和灵敏度， 人们 改进了基于时点分析的流量平衡法， 改进后的动态流 量平衡法在检测精度和灵敏度上比一般的流量平衡法 有所提高， 但它需要建立管线的动态模型， 而且这种方 法确定泄漏位置对少量泄漏的敏感性差， 不能及时发 现泄漏。 !#“压力坡降检漏法 （恒定流动检测法、 压力梯度法） 压力坡降检漏法是上世纪 +& 年代末发展起来的 一种技术， 它的原理是： 正常输送时站间管道的压力坡 降呈斜直线， 当发生泄漏时， 漏点前的流量变大， 坡降 变陡， 漏点后， 则流量变小， 坡降变平， 沿线的压力坡降 呈折线状， 折点即为泄漏点， 据此可算出实际泄漏位 置。压力坡降检漏法以上下游压力梯度信号构成时间 序列模型， 该时间序列模型的统计特性对泄漏量敏感， 用 ,-/01( 信息测度准则对时间序列进行分析， 便可 进行泄漏检测， 但线性压力梯度法， 不适合 “三高” 原 油。所进行的试验表明， 在长 2 ()、 管径 2“3 ) 的原 油管道上进行泄漏点检测， 其精度为 &#*4。 !#2压力波检漏法（瞬变流动检漏法、 负压波法、 波敏法） 当管道上某处突然泄漏， 在泄漏处将引起瞬态压 突降， 类似于分支管线上的阀门开启， 会产生一个负压 波， 从漏点开始， 该波以一定速度分别向上、 下游传播。 管壁象一个波导管， 压力波可以传播相当远， 分别传到 上、 下游， 上下游压力传感器捕捉到特定的瞬态压力波 形就可以进行泄漏判断， 如果能够准确确定上、 下游端 压力及接收到信号的时间差， 那么根据负压波的传播 速度就可以检测出泄漏点的位置。根据这一原理， 利 用相关分析法和小波变换法进行泄漏的检测和定位。 在一个长*!#3+ ()、 内径为 *3& ) 的输油管线进行试 验表明， 该方法能检测出泄漏量在 "以上时的原 油泄漏， 定位误差小于 “4。 该方法需要在沿线设置能连续测量压力、 流量、 温 度的检测点， 记录并远传到主控室 （一般要求每 !& () 建一个检测点） ， 而且对传感器精度、 传输电路、 计算机 及配套仿真软件要求很高。压力波检漏法的特点是能 迅速地检测出泄漏量少的漏点。 !#探测球法 基于磁通、 超声、 涡流、 录像等技术的探测法是上 世纪 +& 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， 并将探测所得数据存在内置的专用数据存储器中 进行事后分析， 以判断管道是否被腐蚀、 穿孔等情况， 即是否有泄漏点。该方法检测准确， 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以估时器为基础的实时模拟法 该方法是上世纪 +& 年代中期发展起来的一项技 $&! 石油与天然气化工“&“ 术， 由于管道内流动的各物理参数都可能随时间变化， 属于一类时变的非线性系统， 因而运用估时器能较好 地处理上述问题。在泄漏量较小的情况下， 可以假定 上、 下游入口压力不受泄漏的影响， 只是压力梯度呈折 线分布， 因此， 估计器的输出也不受泄漏的影响。由实 测值与估计值得出偏差信号， 通过对偏差信号做相关 分析， 便可得到定位结果。在一条长 !“ #$、 内径为 %& $ 的汽油管道上进行的试验， 在 () 秒内检测出 了 )*%+的泄漏量， 定位精度为 )*(+。 ,*!以系统辨识为基础的实时模型法 该方法分别建立 “故障灵敏模型” 及 “无故障模型” 进行检测和定位， 以满足泄漏和定位对模型的不同要 求， 在管道完好的条件下， 建立其无故障模型和故障灵 敏模型， 然后， 基于故障灵敏模型， 用自相关分析算法 实现泄漏检测； 基于无故障模型， 用适当的算法进行定 位， 最后进行漏量估计。在长 ,%) $、 内径 ,) $ 的水 管道上所做的试验表明， 该方法能可靠地检测出)*%+ 的泄漏量， 定位精度为 %+左右， 大泄漏量的定位精度 则更高。 ,*&-./$.0/ 滤波器实时模型法 该方法将管道等分成 1 段， 假定中间分段点上的 泄漏量分别为 2, 、 2 % 、 2 13 ,， 然后， 建立包括上述泄漏在 内的状态空间离散模型， 用 -./$.0/ 滤波器来估计这些 泄漏量， 运用适当的判别准则， 便可进行泄漏点的检测 和定位。所进行的试验表明， 在长 ,%) $、 内径 ,) $ 的水管道上， 能检测出 ,+的泄漏量， 定位精度 ,+。 ,*“统计学和模式识别方法 统计学和模式识别方法是 ,(! 年开发的一个用 统计学方法检测泄漏的软件， 该方法对进入计算机的 采样数据进行原重守恒的概率计算和假设检验， 除非 发生泄漏， 否则在输入和输出之间在考虑了一定波动 的情况下， 质量应是平衡的， 偏差的检测是通过一个称 为 “序列概率检验” 的方法进行的。 综上所述， 泄漏检测与定位技术已进入到了软硬 件结合为主的新时代， 运用现代控制理论和信号处理 技术研究泄漏检测定位是当前的热点研究领域， 无论 何种方法， 面临的最大挑战与研究目标都是要提高对 微小的缓慢泄漏量检测的灵敏度以及对泄漏点定位的 精度。 %瞬变流动法检测泄漏定位系统的组成 瞬变流动检测法是上世纪 “) 年代发展起来的一 种新的泄漏检测技术， 并且在欧美等国输油管道中得 到广泛的应用， 是目前输油管道泄漏检测准确性、 可靠 性较高的方法。 瞬变流动泄漏检测系统由两部分组成： !监控微 机及计算机仿真软件； “测量管道中瞬时流量、 压力、 温度的传感器及其将检测数据传输到监控微机的通讯 设备 （电缆或无线电发射器） 。 系统组成如图 , 所示， 在首站和末站进出管道上 设置流量、 压力、 温度传感器， 在两站之间管道中设置 若干压力和温度传感器， 用以提高泄漏检测的准确性、 灵敏度及精度。将首站和末站的流量、 压力、 温度及管 道中检测点的压力、 温度等参数传输到中心计算机， 中 心计算机中装有在线仿真软件， 在线仿真软件主要由 实时模块、 泄漏检测定位模块及报警模块组成， 实时模 块是在线仿真软件的核心模块， 描述管道运行的数学 模型就放在此块中， 通过中心计算机计算出的数据输 出后， 供管理人员进行分析和处理。 4瞬变流动检漏法泄漏检测系统性能指标 瞬变流动检漏法检测系统的性能主要由下述指标 来衡量， 尽管在具体应用时受各种因素的影响， 但这些 指标是对管道泄漏检测系统性能和功能的综合评定。 （,）定位精度。当泄漏瞬时流量达到管道正常流 量的 ,+时， 系统能够确定泄漏位置， 定位误差不超过 5 /) $， 定位精度 ,*%+。 （%）检测时间。泄漏发生 6 $71 时， 所确定的管道 泄漏位置不应随泄漏消失而改变。 （4）报警。当管线泄漏量达到管线正常输量的 )* 4+时， 系统能够提供声、 光报警。 （6）检测长度。两个检测点之间距离为 ,) #$ 左 右， 由于压力波在传播中的衰减， 如测压点间距太远， 少量泄漏所引起变化由于过于微弱而不易判断。 （）记录。将泄漏的油量和时间等数据录入实时 数据库， 便于查询。 6瞬变流动检漏法检测系统技术要求 瞬变流动检漏法检测系统的技术要求主要有以下 五点： &), 第 4, 卷第 % 期输油管道泄漏检测技术及应用探讨 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m （!）管道泄漏检测系统应该对过程中的噪声不敏 感， 而对管道中出现的微小泄漏能迅速反应。对诸如 仪表零点漂移之类的问题要有合理的处理方案。 （“）管道泄漏检测系统不仅能识别管道中正常的 瞬变流动情况， 而且能处理由异常监测数据所产生的 假泄漏报警状态， 从而保证泄漏检测结果的可靠性。 （#）仿真软件中的实时模块应具有自动调校功 能， 这是由于管内粗糙度、 土壤导热系数、 土壤温度及 压力修正系统等参数可随时间发生改变， 如不及时自 动调校， 将会严重影响仿真效果。 （$）在线仿真软件的开发编制不宜单条管道使用 一套软件， 应以管网系统为单位， 这样既考虑使用效 率， 又考虑系统经济性。 （%）在线系统的泄漏检测与定位模块的检测方法 分为两种： 一是动态质量平衡法； 二是压力偏差法或管 道体积平衡法和压力偏差法。如美国 & 公司和 &()*+ 公司向用户提供的检测模块都含有这两种方 法， 这两种方法提供的检测信息相当准确。但应当注 意的是由于仪表灵敏度引起的误差会影响泄漏检测效 果。因此， 设定的泄漏限值大小要适当， 太低会发生误 报警， 而太高又检测效果差。 %结束语 国外输油管道管理先进的国家， 如美国、 英国、 法 国等， 自上世纪 ,- 年代以来， 已经在许多油气管道系 统中安装了泄漏检测系统， 效果显著。国内自上世纪 .- 年代以来， 数家单位相继开展了液体管道泄漏检测 的研究工作， 对流体的性质、 流体的流动、 传热及过程 控制系统进行了试验和研究。 目前国内还没有一个长期运行的、 集泄漏检测与 定位为一体的输油管道监控系统。随着管道自动化水 ! 平的提高， 管道泄漏检测的应用环境也将愈趋成熟。 收稿日期： “-! / !- / “#； 收修改稿： “-“ / -“ / -0； “ 编辑： 冯学军 （上接第 !-% 页） “1“1“脱硫系统存在的问题 甲基二乙醇胺脱硫工艺流程比碱洗工艺复杂， 设 备投资和生产操作成本都较高。 #脱硫系统目前存在的问题 脱硫系统到现在已运行了约一年的时间， 装置运 行较正常， 但还存在以下问题。 （!）酸气中带烃严重， 硫磺回收系统操作不稳定。 从硫磺回收装置的运行来看， 生产出的硫磺积炭严重， 经常发生积硫堵塞、 冲液封的现象。反应器中催化剂 表面也覆盖了一层积炭， 致使催化剂失效， 阻止了进一 步反应， 造成硫磺回收装置不能正常运行。从以上情 况分析来看， 主要是酸气带烃严重 （我厂酸气烃含量高 达 #-2 （!） ， 而国内其它炼油厂酸气烃含量一般在 %2 （!） 以下） ， 由于酸气中烃含量高， 生产的硫磺颜色呈 黑色不能作为产品销售。为了把酸气中的烃含量降到 %2 （!） 以下， 我厂准备在气体脱硫系统增设闪蒸罐， 使 部分烃类分离回收， 减少酸气带烃量。保证硫磺回收 系统正常运行。 （“）含硫污水中含油较多， 使污水汽提塔操作存 在一定问题。主要是污水中含油量偏高 （一般在 %- 3456） ， 造成污水汽提塔时常冲塔， 不能很好地将污水 中的硫化氢和氨气分开， 而且造成酸气带油。为了减 少含硫污水中的油含量， 拟增设一个 #- 3#的脱油罐 和聚结过滤器， 延长油水沉降分离时间， 使污水中的油 含量降到 !- 345 6 以下， 确保污水汽提塔正常操作。 也可回收部分废油， 同时减少汽提后污水中油含量， 降 低污水处理场的处理难度。 这些整改措施完成后， 将很好地解决酸气带烃的 问题， 从而保证硫磺回收装置正常运行， 同时每年可回 收硫磺产品数百吨， 为我厂带来一定的经济效益。 $结语 在环保要求日益严格的今天， 炼油厂要生存则必 须把控制环境污染放在首位。从我厂脱硫工程投建和 正常运行的经验证明： 要彻底治理重油催化裂化装置 硫化物对环境的污染问题， 必须采用清洁的生产工艺， 把对污染物的末端治理， 改为控制生产过程中污染物