长输油气管道泄漏监测预警技术分析及展望

长输油气管道泄漏监测预警技术分析及展望长输管道上应用的泄漏监测预警技术各有其优势和缺陷，单一技术无法实现对管道各类风险的有效监测监控。光纤预警技术可作为管道泄漏监测系统的补充手段，分时域、分区域地对干扰信号的低风险、高频率位置做合理的静默化处理，以降低模式识别技术的难度，提高系统的实用性。1长输油气管道泄漏监测预警技术分类及简介管道泄漏监测技术从上个世纪70年代兴起，至今已发展了几十年，形成了较为成熟的理论，得到了长足的发展。根据测量手段、检测装置所处位置和检测对象的不同，管道泄漏监测技术大体上可按以下方式分类：直接检测法与间接检测法，基于硬件与软件的检测法，内部检测法与外部检测法。较常用的分类方法为外部检测法和内部检测法。1.1流量平衡法在管道运行过程中一旦发生管道破裂导致泄漏时，管道传输上游与下游流量将出现不平衡，这种不平衡在选定的时间间隔内与预先设定的报警阈值不一致。通过流量计可以监测不同大小的管道泄漏。1.2负压波法当管道发生泄漏时，泄漏处由于物质损失而造成压力突然下降，压降由泄漏处向上、下游传播，即是负压波。根据泄漏产生的负压波传播到上、下游的时间差和管内负压波的传播速度可以对泄漏点进行定位。1.3次声波法当输送管道管壁破裂时，管内的流体瞬间自洞孔喷出，介质与管壁摩擦振动会产生特定频率的次声波信号，信号会沿介质向管道的上、下游传送，利用信号到达管道两端传感器的时间差，可计算出泄漏位置。2管道泄漏的原因2.1外力影响外力影响主要有三个方面：管道占压、第三方施工破坏和打孔盗油。管道占压：输油气管体大部分埋藏在地下，当管道上方存在违章建筑物时，如果占压物和地基被损坏下沉，则不均匀的沉降对被占压的管道产生一定的作用力，导致管体的受损破裂；第三方施工破坏：在项目施工过程中造成的管道本体损坏，包括地质勘探钻破管体导致油品的泄漏，推土机、挖掘机损坏管道，钻穿管道管网与市政工程交叉处引起的管道变形等；打孔盗油：不法分子受利益驱使，非法在输油管道上方凿孔，私自安装支路管线将油品用罐车运走的违法行为。这几个方面在一定程度上都对管体造成破坏，致使油气泄漏爆炸，不仅造成油品的损失和环境的污染，还会给生命财产造成极大的伤害和损失。2.2管道腐蚀腐蚀是管道失效的主要形式。管道腐蚀形成的因素包括差异充气、杂散电流、细菌、应力与疲劳、金属材料不均匀等。管道的内外腐蚀、开裂、防腐层老化等因素都会造成油气的泄漏。特别是在东北地区，很多老管线运营时间较长，防腐层老化严重，通过检测均发现大面积腐蚀缺陷，很多管段无法进行内部检测，现已成为高风险地段，存在极大的安全隐患。另外，由于站外部分管道本体的开裂，很难在第一时间发现泄漏点，给检测定位带来极大的困。2.3环境影响气候变化影响地质中土壤的生长环境，土层的热胀冷缩引发土地结构越来越不均匀，导致输油管道的沉降度不稳定，管道切口受力不均匀，管道切口一旦崩开，就会出现管线泄漏。冬季东北地区寒冷，有些城市的气温甚至降到零下三四十度，埋在土壤中的输油管道因为温度的下降造成管体冻裂，造成管线泄漏。3长输油气管道泄漏监测预警技术分析3.1负压波法泄漏监测技术分析负压波法泄漏监测技术应用于中石化管道储运公司30余条长输原油管道。华北、华东销售公司的部分成品油管道及中石油管道公司近8700km长输管道。负压波法的可靠性、灵敏性较好，工程造价低，可有效监测管道发生的突发性、大量泄漏以及典型快放快泄的打孔盗油事件，但对于管道本体裂纹、腐蚀等引起的缓慢泄漏，以及缓慢泄放的专业化盗油，由于没有明显的压力波动信号而无法准确检测。负压波法监测系统对泄漏位置的定位需要人工判断波形拐点，而负压波在管道中的传播速度约为1000m/s，系统定位精度通常存在几百米的误差。管道起停泵、压力调节、流量调节等工况变化时引起的压力波动，易导致系统误报警，需要调度人员核实，因此在管道工况变化时发生的泄漏可能会无法识别。3.2次声波法泄漏监测技术分析次声波法泄漏监测技术的发展日益成熟，已成功应用于中石化鲁皖二期成品油管道及埕孤、榆济天然气管道等长输管道工程。次声波泄漏监测技术具有较好的可靠性、灵敏性和精确性，其工程造价要高于负压波法。由于管道破裂泄漏时介质与管壁摩擦会持续产生次声波信号，次声波监测技术对于缓慢、微小泄漏的检测能力要高于负压波法。通过系统调试周期的数据积累，次声波监测系统可收集到大部分管道操作工况变化引起的误报警特征信号，利用数学模型及信号处理大幅降低外界干扰因素的影响，可实现管道工况变化时的泄漏监测。次声波监测系统的波形是一条有中心线的振动波形，通过提高异常波形的时间分辨力，其对泄漏位置的定位精度可达100m以内。由于声学监测技术不受管道输送介质种类的影响，对于原油、成品油、天然气等各类管道，均可采用次声波泄漏监测系统，尤其是高压天然气管道，由于泄漏时产生的次声波信号强，监测系统的应用效果尤为突出。3.3分布式光纤预警技术分析分布式光纤预警技术通过监测管道周围的微弱振动信号可判别出人工挖掘、机械挖掘等威胁管道安全的行为，其最大的优势是能够在管道被破坏前给出预警。光纤预警技术多采用相干光时域反射技术原理，具有很高的灵敏性和精确性，可以判别几十米内的威胁事件，同时由于光纤的无源性监测系统可以实现本质安全。该技术作为周界预警已成熟应用在边境、机场、电力系统等，对于长输管道的安全预警工业应用较少，目前在中石油长庆油田、中石化天津输油处进行过测试应用。分布式光纤预警系统如果单独敷设光缆会产生巨大的施工费用，因此主要适用于已有同沟光缆的长输管道。4结语近年来管道运输行业看到光纤传感技术能够对管道破坏行为进行事前预警的特性，致使管道分布式光纤预警技术发展十分迅速，并在长输管道上进行过多次测试应用。利用管道内监测与分布式光纤预警相结合的管道泄漏监测预警技术，可以有效监测并定位管道泄漏事件，对挖掘破坏、打孔盗窃具有一定的预警防护能力，可为长输油气管道的安运行提供有力保障，具有良好的应用前景，是长输油气管道泄漏监测系统的发展趋势。参考文献[1]高鹏，王培鸿,杨耀辉，等.2015年中国油气管道建设新