石油天然气长输管道泄漏检测及定位措施研究

石油天然气长输管道泄漏检测及定位措施研究

作者：杨德水

来源：《中国石油和化工标准与质量》2013年第03期

【摘要】随着石油天然气等工业的发展，管道输送在国民经济中的地位越来越重要，所以长距离输送管道的在线实时泄漏检测和定位技术已显得更为重要，而且也是一个亟待解决的问题.本文介绍了长距离输送管道的泄漏检测性能指标及目前泄漏检测和定位方法。

【关键词】长输管道 泄漏检测 泄漏定位

管道作为输送原油、天然气的重要运输工具。但是管道的老化、锈蚀、突发性自然灾害及人为破坏等，都会造成管道破裂乃至泄漏，这样不仅造成能源浪费、经济损失、污染环境，而且会危及人身安全，甚至造成灾难事故.所以长输管道泄漏检测和定位技术日益受到人们的重视。

1 泄漏检测的性能指标

1.1 性能检测指标

（1）泄漏检测的灵敏度：指泄漏检测系统对小的泄漏信号的检测能力。

（2）泄漏检测的及时性：指检测系统在尽可能短的时间内检测到泄漏发生的能力。

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（3）泄漏的误报率和漏报：误报率是指系统没有发生泄漏时却被错误地判定出现了泄漏；漏报率是指系统出现了泄漏却没有被检测出来的情况。1.2 诊断性能指标

（1）正常工序操作和泄漏的分离能力：是指对正常的起/停泵、调阀、倒罐等情况和管道泄漏情况的区分能力.这种区分能力越强，误报率越低。

（2）泄漏辨识的准确性：指泄漏检测系统对泄漏的大小及其时变特性的估计的准确程度。对于泄漏时变特性的准确估计，不仅可识别泄漏的程度，而且可对老化、腐蚀的管道进行预测并给出一个合理的处理方法。

1.3 综合性能指标

（1）鲁棒性：指泄漏诊断系统在存有噪声、干扰、建模误差等情况下正确完成泄漏诊断的任务，同时保证满意的误报率和漏报率的能力。诊断系统鲁棒性越强，可靠性就越高。

（2）自适应能力：指诊断系统对于变化的诊断对象具有自适应能力，并且能够充分利用由于变化产生的新的信息来改善自身。

在实际工程设计中，首先要正确分析工况条件及最终性能要求，明确各性能要求的主次关系，然后从众多的泄漏检测方法中进行分析，经过适当权衡和取舍，最后选定最优解决方案。

2 泄漏检测方法分类

目前，国际上已有的管道泄漏检测的方法有两类：一类是基于磁通、超声、涡流、录象等技术的管内检测法，此类方法较为准确，但是投资巨大，实时性差，而且只适用于较大口径管道，极易发生管道堵塞、停运等严重事故；另一类是外部检测方法，包括直接检测油气泄漏的

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直接检测法和检测因泄漏而引起的流量、压力、声音等物理参数发生变化的间接检测方法。这里主要针对外部检测法进行讨论。

2.1 管外直接检测法该方法大致可分为以下三种

（1）人工巡视管道及周围环境：这依赖于人的敏感性、经验和责任心，只能发现一些较大的泄漏。

（2）用探测器沿管线方向在外部进行检测：这种方法的优点是检测准确，缺点是探测只能间断进行，且只适用于地面上的管道。

（3）管线外壁敷设一种特殊的线缆：如泄漏检测专用线缆、半渗透检测管、检测光纤等。这种检测方法不受管道运行状态影响，灵敏度很高，能够检测出微小的泄漏.但由于线缆需要开沟施工，不适用于现有管线，且线缆的费用很高，长期使用性能差。

3 间接检漏法

3.1 基于物质平衡的检漏方法

基于物质平衡的检漏方法是利用动态体积或质量平衡原理以及管道进、出口流量差来检漏。该方法有较高的应用价值，既能检测出大的泄漏，也能检测出小的泄漏，但易受流量计精度和对管道油品存余量估计误差的影响。

对于多个人口和出口的管道，根据动态质量平衡原理，考虑压力、温度、多重粘性参数变化的影响，可采用以下动态质量平衡法计算公式：

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3.3 体积或质量平衡法

在稳定流动的情况下，根据体积/质量平衡原理，考虑到因温度压力等因素造成的管线充填体积的改变量，一定时间内出入口体积/质量差应在一定的范围内变化.体积/质量差超出一定范围，可确定管线发生了泄漏.该方法可靠性很高。

3.4 建立管道数学模型的方法

（1）状态估计器法：建立管道内流体的压力、流量和泄漏量的状态方程，以被检测的两站压力为输入，对两站流量的实测值和估计值的偏差信号采用适当的算法进行检漏和定位。该方法假定两站的压力不受泄漏量的影响，所以仅适用于小泄漏量情形来进行检漏和定位。

（2）系统辨识法：用线性ARMA模型结构增加某些非线性项来构造管线的模型结构，或建立管道的故障灵敏模型和无故障模型，通过实际检测值和模型输出值的变化情况，采用适当的算法就能进行泄漏量检测和定位.该法需在管线上施加M序列激励信号，并假设两站的压力不受泄漏量的影响，也仅适于小泄漏量情形。

（3）Kalman滤波器法：建立包含泄漏量在内的压力、流量状态空间离散模型，以上下游的压力和流量作为输入，以泄漏量作为输出，运用适当判别准则可进行泄漏检测和定位.该法需要知道过程噪声的均值、方差等先验知识，且检测与定位精度和等分段数有关。 参考文献

[1] 王雪亮，苏欣，杨伟. 油气管道泄漏检测技术综述[J].天然气与石油，2007（03）

[2] 唐恂，张琳，苏欣，张鹏，李辉. 长输管道泄漏检测技术发展现状[J].油气储运，2007（07）

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[3] 张爱民，梁平，马超，袁屹峰，唐柯. 长输管道泄漏检测原理及应用[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2007（04）

[4] 冯健，张化光，伦淑娴，王占山. 输油管道泄漏监测与定位系统的研制[J].东北大学学报，2003（08）

[5] 李炜，朱芸. 长输管线泄漏检测与定位方法分析[J].天然气工业，2005（06） 作者简介

杨德水（1980-），男，大学学历，工程师，2004年毕业于中国石油大学（华东）油气储运专业，现任职于中油辽河工程有限公司油气管道所。