馬劍

北京華油國際物流工程服務有限公司

 

［摘 要］本文結合我國管道輸送的實際情況，對目前現有的各種泄漏檢測與定位方法的優缺點進行比較，重點研究了管道內聲波檢測泄漏的問題，即利用傳感器技術檢測識別泄漏產生的聲波信號，利用里程輪和標定系統進行定位，利用多光譜進行分析。針對長距離輸油管線微小泄漏及“細水長流”型打孔盜油情況的特點，對原油集輸管道內微滲漏檢測技術進行了介紹。

［關鍵詞］管道 微滲漏 定位 內檢測

 

1 技術背景 

1.1 滲漏檢測的必要性 

目前我國大慶、長慶、勝利、大港、遼河、華北、中原等油田管線和部分始建于上世紀70、 80年代的長輸管道，很多已達設計年限，正處于超齡服役階段，油氣管道泄漏事故時有發生。在泄漏事故中除了自然腐蝕穿孔和外部機械撞擊等因素外，人為打孔破壞管道的事故也占有一定的比例。 

管道泄漏造成的經濟損失、環境污染及人員傷害是巨大的。如果能夠及時發現泄漏，確定泄漏點，就能有效地減輕泄漏事故造成的損失和危害。然而由于管道埋地較深，通過常規的巡線檢測方法很難及時找到泄漏點。另外，長輸管道沿途多為荒漠、沼澤、戈壁或河流，而檢測方式多為人工定期巡檢，這都限制了泄漏檢測與定位的實時性與準確性。所以除了從立法上加強保護外，也需要從技術上提供高效、可靠的泄漏檢測方法。 

1.2 現有泄漏檢測方法優缺點 

1.2.1 流量平衡法

流量平衡法的原理是當管道的入口流量大于出口流量時，就可以判斷出管道中間發生了泄漏。這種方法原理簡單，易于實現，但是檢測精度受到兩端的流量計的精度限制，而且不能對泄漏點進行定位。對于加熱輸送的管道還需考慮沿程溫降對流體密度和體積的影響。

1.2.2 光纖傳感器方法

光纖傳感器是最近兒年來發展的一個熱點，在實現物理量測量的同時可以進行信號的傳輸，在解決信號衰減和抗干擾方面有著獨特的優越性。用光纖傳感器檢測管道泄漏的方法是根據管道中輸送的熱物質泄漏會引起周圍環境溫度的變化，利用分布式光纖溫度傳感器連續測量沿管道的溫度分布，當沿管道的溫度變化超過一定的范圍，就可以判斷發生了泄漏。光纖檢測泄漏當下應用經驗不足，但隨著各種分布式光纖傳感器的發展，未來可以實現利用一根或幾根光纖對油氣管線內介質的溫度、壓力、流量、管壁應力進行分布式在線測量，這在管道監控系統中將極具應用潛力。

1.2.3 實時模型及統計決策方法

瞬變模型法是建立管內流體流動的數學模型，在一定邊界條件下求解管內流場，然后將計算值與管端的實測值相比較。當實測值與計算值的偏差大于一定范圍時，即認為發生了泄漏。在泄漏定位中使用穩態模型，根據管道內的壓力梯度變化可以確定泄漏點的位置。 

瞬變模型法報警門限值與測量儀器誤差、流動模型誤差、數值方法誤差以及要求的報警時間有關。如果采用較小門限值來檢測更小的泄漏，那么由于以上原因導致的不確定性就會產生更多的誤報警;如果要求實現低誤報警率，那么所能檢測到的最小的泄漏必然變大。誤報警率高是瞬變模型法在實際應用中的一個難以解決的問題。

1.2.4 負壓波法

在泄漏發生時，泄漏處立即產生因流體物質損失而引起局部流體密度減小出現的瞬時壓力降低，這個瞬時的壓力下降作用在流體介質上就作為減壓波源，通過管道和流體介質向泄漏點的上下游以聲速傳播。當以泄漏前的壓力作為參考標準時，泄漏時產生的減壓波就稱為負壓波。

管道中輸送介質不同，負壓波的傳播速度大小也不相同。如在天然氣中大約為300m/s，在液體油中則大約為1200m/s。負壓波檢測法可迅速檢測突發性的大量泄漏，在快速診斷法中占有重要地位。在眾多的管道泄漏檢測方法中，負壓波法最為適合檢測突發性的泄漏事故。 

以上方法都可以對管道泄漏進行實時檢測，但是在泄漏量和定位精度上都有缺點，無法實現對小于10L/H的微小滲漏進行檢測。針形孔腐蝕缺陷等小缺陷及微泄露的檢測、探測是當前國際上共同的技術難題。其他檢測技術如超聲、漏磁等可以檢測管道本體上的缺陷，但無法實現對針孔型泄漏點的檢測。國外公司一般采取管道內微滲漏檢測技術檢測較小的缺陷，在檢測周期內定期開展微滲漏專項檢測，而國內在這方面還沒開展過。 

2 管道內微滲漏檢測技術 

2.1 管道內微滲漏檢測技術介紹

管道內微滲漏檢測技術主要是靠管道內運行檢測器進行數據收集，檢測設備由驅動裝置、數據處理裝置和地面定標裝置組成。 

設備運行采用的是收發球的方式，設備在管道內靠驅動裝置運行，在管道內隨介質一起流動。驅動裝置為皮碗或其他形狀外殼，主要材料是聚乙烯，同時與管壁保持一定空隙，以減少誤差。 

數據處理裝置由探測器、壓力傳感器、內部時鐘、電子處理和存儲系統等組成，通過聲學探測器記錄管道本體上的泄漏點，并記錄存儲在CPU里，設備上有發射機、里程輪、陀螺儀及慣導系統等模塊，可以配合管外定標裝置進行設備的追蹤和定位。定位裝置由里程輪和地面定標裝置共同組成，在設備運行過程中通過對里程的實時記錄和地面標定裝置的配合使用，實現對泄漏點的定位，定位誤差可控制在±1m。

 

 

埋地管線泄漏檢測器原理

 

2.2 技術特點及價值

從科研價值來講，本技術檢測和定位精度都比較高，尤其適用于大于6.8L/H的微小滲漏的檢測，可以定期對輸油管道進行泄漏檢測，彌補其他技術的不足。 

從經濟角度來看，本技術的開展使用對加強我國輸油管道安全管理，減小可能因油品泄漏造成的巨大損失，促進我國管道運輸事業發展具有重要意義。

2.3 微滲漏檢測技術的應用

2.3.1 微滲漏檢測技術在國外的應用

該技術在歐洲和美洲一些國家都已經相繼開展使用，由于當地法律法規的要求，微滲漏檢測在國外管道管理中已被作為管道完整性管理的一部分，要求在一定周期內對管道進行一次檢查，該技術獲得良好的效果，逐步在應用中進行完善，各個國家所使用檢測設備雖然外形和綜合性能都有一定差異，但基本原理相同。

2.3.2 微滲漏檢測技術在國內的應用

北京華油國際物流工程服務有限公司經調研，引進國外比較先進的管道內聲波泄漏檢測器進行管道泄漏的檢測，精度可達6.8L/H，定位距離可到±1m，數據采用多頻光譜技術進行分析，是目前國際上性能比較優越的檢測技術，該技術已經在中石油管道公司開展試用，并取得良好的效果。

 

2.3.3 實際項目運行介紹

為了驗證檢測設備的實際性能，北京華油國際物流工程服務有限公司、中石油管道公司共同成立了領導小組，選擇了呼包鄂分公司實施試驗項目，并邀請國外技術專家對整個項目運行進行指導。

（ 1）現場調研。通過填寫調查問卷，掌握了管線基本運行參數。對沿線收發球站及閥室等設置情況進行了現場勘查（下圖所示），進一步明確了本次項目所需所有工況條件。

 

 

（ 2）運行測徑板清管器。管道企業在檢測前運行了一個帶測徑板的清管器，用來確保管道內沒有凹陷或變形，不會對檢測器造成損壞或造成檢測器在管道內的卡堵，清管工作能夠順利完成。本次清管說明管道里面沒有較大的變形，不會影響檢測器通過。

（ 3）模擬泄漏點。在管道上制造了一個模擬泄漏點，驗證在當前管線條件下，設備能夠準確檢測和定位滲漏點。為了確保模擬點的泄漏量能夠滿足要求，在整個過程中用了刻度瓶和計時器進行計量（下圖所示）。

 

（4）運行模擬器。模擬器在重量和尺寸方面是和實際檢測器相同的，但是不包含任何的電子部件。可以通過運行模擬器，來確定管線內的情況及可能會對檢測器造成的損壞，從而增加測試成功的機率。

模擬器于2016年1月19日從始發站發出，于1月21日到達終點站。在模擬器到達收球站的時候，可能因為管道內沉積物的出現，模擬器外觀產生了一些損壞（下圖所示）。經過評定，這些損壞在可接受的水平，所以同意繼續發送實際的檢測器。

 

（ 5）運行滲漏檢測器。在收出模擬器后，按照計劃將滲漏檢測器準備好，于2016年1月22日下午在首發站發出，滲漏檢測器的運行環境是柴油，于1月24日中午11： 21到達終點站。在整個運行過程中，技術人員按照計劃進行嚴密追蹤，整個檢測工作進展順利，檢測器在收出球筒時帶出了一些雜質和沉淀物，出現了輕微損壞。

（ 6）檢測器定位。按照預先制定好的方案來追蹤定位檢測器，追蹤定位系統（下圖所示）由一個外部的接收機和安裝在檢測器上的信號發射機組成。同時，當檢測器通過一些暴露在外的管段（如截斷閥閥室）時，也可以通過聽聲音來進行判斷。

 

（ 7）出具分析報告。在現場檢測作業完成后，北京華油國際物流工程服務有限公司給管道公司出具了一份檢測報告，包括設備在管線內運行情況、管線內異常點定位與分析，以及檢測結果的介紹等。

本次實驗項目成功檢測并定位出了模擬泄漏點，發現了管線存在的一些其他問題，且數據采集完整，檢測過程得到了相關企業的認可，證實了該檢測工具有較好的適用性，可以幫助企業完善管道完整性管理流程，提高所運行管網的安全性能。

作者簡介：馬劍，男， 1968年5月生，法國MBA，現任北京華油國際物流工程服務有限公司副經理。

《管道保護》2016年第4期（總第29期）