输油管道泄漏监测技术

输油管道泄漏监测技术

张平霞王峰

长庆油田分公司第三输油处

摘要：随着我国经济发展,对资源的需求量也日益增多,输油管道是资源高效、安全运输的主要途径,因此我国逐渐意识到输油管道的重要性。输油管道由于腐蚀穿孔而发生泄漏的事故，一是造成油田生产的经济损失；二是输油管道泄漏易发生油气聚集，存在火灾爆炸等风险；三是成品油泄漏可导致空气、土壤及地表水等环境污染。随着智能化油田的应用和发展，油田智能化已逐步成为输油管道泄漏监测系统中的重要组成部分。所以，输油管道泄漏监测技术的研究应用，已悄然成为油田急需解决的问题。

关键词：输油管道；泄漏；监测技术

管道运输作为运输方式之一，以安全可靠、经济实用的特点在油气运输中被广泛应用。我国已形成遍布全国并连接国外的油气输送管网，极大地促进了经济的发展，改善了人民生活。由于输送介质的易燃、易爆特性，油气管道一旦失效发生泄漏，可能引发人员伤亡和环境污染等灾难性事故。输油管道不可避免地会偶尔发生泄漏，其原因总体可分为材料因素和人为因素。近年来，我国油气管道一直受到人为打孔盗油、气的威胁，造成了巨大的经济损失，严重影响输油气正常生产秩序。

一、输油管道泄漏监测技术原理

选择合适的泄漏监测方法，在线实时动态跟踪管道运行状况，准确定位管道泄漏位置是输油管道安全运行的重要保障。近年来，国内外涌现出许多好的安全监测和泄漏诊断方法，但总体来说，根据测量手段、测量媒介、检测装置所处位置和检测对象的不同，这些方法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。外部检测法通过探测从管道漏失的流体及其所造成的管道外部环境参数改变来实现，主要包括光纤传感技术、烃类传感器技术、热红外成像技术等。光纤传感监测技术通过测量温度和应变变化来感知热油或天然气管道泄漏，主要有布里渊光时域分析仪（BOTDA）和拉曼光时域分析仪（ROTDA）技术。内部检测法通过数据采集系统实时采集管道内流体的流量、压力、温度及其他数据，利用流量或压力变化、动量平衡、系统动态模型、压力梯度等原理，通过计算对泄漏进行检测和定位。外部检测法的检测灵敏度一般远高于内部检测法，但其要求泄漏检测传感器的工程设计与安装沿管道敷设并尽可能贴近管道，这一点对于在役输油管道来说，现场应用的费用是相当高的，因此，检测法的技术仍处于试应用状态。

二、输油管道泄漏监测系统构成

1、基础数据采集系统。在输油管道泄漏监测系统中,实时数据采集是其必要以及重要的功能之一。数据采集系统通常会安装在管道节点处,通过压力、流量和温度等传感器采集信号,对管道及管道内油品进行状态数据采集。采集系统对收集到的基础数据进行有效性分析,信号处理更操作,然后集成数据并传输,保证数据采集的实时性和有效性, 使之满足实际要求, 提高应用效果。

2、数据通信系统。数据通信系统首先需组建光纤局域网,由于各监控分输站通过现场检测仪表不间断地采集管道压力、流量等基础数据,通过组建的光纤局域网将数据包实时发送到位于控制中心的服务器上,中心服务器运行管道泄漏监测系统,在接收数据包后进行解密分析,判断是否为所需要的数据,数据无误则实时显示。用以监测实时流量、压力等参数的变化,判断管道当前时刻运行状态是否正常。

3、数据监测处理系统。输油管道监控系统的数据处理系统对前期采集到的基础数据信号进行分析、比对和判断, 其主要工作为实时调用异常判断算法模块,自动判断是否有异常情况发生,如有泄漏或其他异常情况,可自动(或手动)对泄漏点定位,便于实时监控。一旦输油管道出现异常,可在较短时间内做出判断并定位异常点,便于工作人员及时察觉,部署工作,实现对整个输油管道的监控。

三、输油管道泄漏监测技术

管道安全运行的关键问题是处理管道泄漏监测与控制技术。一项可靠安全的管道泄漏监测技术，要解决的重点技术是：一是正确识别产生泄漏的信号，二是精确定位泄漏点的位置。实时传输管道运行数据，并且做到科学管理，实现输油管道的实时在线以及远距离分布式监测，从而提高输油管道的监测水平。目前对于输油管道泄漏监测技术可分为基于硬件的监测方法，以及基于软件的监测方法。

1、硬件监测法。硬件监测法主要是指直接通过检测器对泄漏进行时所露出的地表痕迹以及散发的气味等进行检测检的方法。例如使用气体检测器、声波检测器、压力检测器等等。

（1）声发射技术。当管道内流体发生泄漏时，流体流出管道会发出泄漏噪声，在管道内产生声场形成声波,通过安装在管道壁外侧的声音传感器，可通过压电转换器探测其强度。从而监测出这种波而及时发现泄漏。管道内液体流动声音、探测器行走产生的噪音，以及管道外的干扰都会产生噪音，所以声发射方式的泄漏监测器中心频率选择在 35kHz。经过滤波后，若出现声音信号,即判断发生泄漏。

（2）示踪剂检漏法。主要是预先添加到输送管道中一种惰性稳定的示踪剂或者示踪气体，当管道泄漏时 ,示踪气体或示踪剂随泄漏的介质流到管道以外 ,扩散的同时附着于周围的土壤中。可通过在管道泄漏点附近的土壤设置取样孔洞，从中设置的测定探头会自动地收集土中的示踪剂。再通过示踪剂检漏仪监测泄漏到管外的示踪剂 ，确定管道的泄漏部位。

（3）热红外成像法。常规的热红外探测器在工作时可探测温差范围为0.05～0.10℃，但是一般状况下，输油管道内介质的温度和周围的环境温度不同，如果管道在发生泄漏的时候，漏液必定会造成周围环境的温度随之变化。而长波红外影像具有可穿透烟雾,分辨率高等优点。所以可凭热红外成像技术,来记录输油管道日常状态下周边热图谱和环境温度数据,对比变化做到实时监测输油管道环境温度场的变化，通过判读输送石油与周围土壤的细微温差成像，确定是否有介质泄漏。从而发现泄漏。

2、软件监测法。软件监测法的原理是利用软件系统提供的压力、流量、温度数据，根据因泄漏造成的输油管道内流体压力、流量、温度等各项物理参数的变化差异，通过数学模型等方法来确定管道内流体的运行状态，做出判断管道是否出现了泄漏、确定泄漏点位置以及判定泄漏量的大小。

（1）压力梯度法。在稳定流动的条件下，泄漏会导致压力分布由直线变成折线，进出口处压力梯度不再一致。需要在管道上安装多个压力检测点，通过上下游压力梯度的分析计算，计算出泄漏点的位置。

（2）负压波技术。当输送液体的管道发生泄漏时，在泄漏处会由于管道内外压差，使得泄漏点的压力突然发生下降。而漏点周围的液体会由于压差的存在，快速向漏点处进行补充，从而在管道内产生了负压的波动，在管道两端的设置压力传感器，凭借传感器接收到的管道的瞬变压力，做到判断泄漏是否发生，从而进一步再去测量泄漏时，所产生的瞬时压力波到达管道下游和上游的两端的时间差，加上输油管道内的压力波传播速度，再通过计算得出漏点在管道的所处位置。

（3）输量平衡法。输量平衡法是根据质量守恒定理，管道在正常运行状态下，同一段期间流出和流进管道的液体的质量相等。在管道两端可安装流量计，实时监测比对管道两端的流量，来判断管道是否发生泄漏。当发生泄漏时管道内流量平衡被打破，两端瞬时流量发生相应变化，输出流量多于接收流量产生输差，造成输出端流量上升且接收端流量下降的现象。通过输差可以判定泄漏是否发生，并结合泄漏时长可确定泄漏量，同时根据上、下游站点流量变化趋势可进一步核实是否发生泄漏。

输油管道的管容大，液体管道的充装对流量影响较大，为准确识别管道瞬变时的泄漏，必须对液体管道瞬变时充装的变化规律加以深入研究，输油管道泄漏监测技术尽管已经取得了很大的进步，在工程实践中得到应用，并取得了一定的社会效益。

参考文献：

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