馬劍

北京華油國(guó)際物流工程服務(wù)有限公司

［摘 要］本文結(jié)合我國(guó)管道輸送的實(shí)際情況，對(duì)目前現(xiàn)有的各種泄漏檢測(cè)與定位方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，重點(diǎn)研究了管道內(nèi)聲波檢測(cè)泄漏的問(wèn)題，即利用傳感器技術(shù)檢測(cè)識(shí)別泄漏產(chǎn)生的聲波信號(hào)，利用里程輪和標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行定位，利用多光譜進(jìn)行分析。針對(duì)長(zhǎng)距離輸油管線微小泄漏及“細(xì)水長(zhǎng)流”型打孔盜油情況的特點(diǎn)，對(duì)原油集輸管道內(nèi)微滲漏檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了介紹。

［關(guān)鍵詞］管道 微滲漏 定位 內(nèi)檢測(cè)

1 技術(shù)背景 

1.1 滲漏檢測(cè)的必要性 

目前我國(guó)大慶、長(zhǎng)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(jì)70、 80年代的長(zhǎng)輸管道，很多已達(dá)設(shè)計(jì)年限，正處于超齡服役階段，油氣管道泄漏事故時(shí)有發(fā)生。在泄漏事故中除了自然腐蝕穿孔和外部機(jī)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(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染及人員傷害是巨大的。如果能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏，確定泄漏點(diǎn)，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(guò)常規(guī)的巡線檢測(cè)方法很難及時(shí)找到泄漏點(diǎn)。另外，長(zhǎng)輸管道沿途多為荒漠、沼澤、戈壁或河流，而檢測(cè)方式多為人工定期巡檢，這都限制了泄漏檢測(cè)與定位的實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性。所以除了從立法上加強(qiáng)保護(hù)外，也需要從技術(shù)上提供高效、可靠的泄漏檢測(cè)方法。 

1.2 現(xiàn)有泄漏檢測(cè)方法優(yōu)缺點(diǎn) 

1.2.1 流量平衡法

流量平衡法的原理是當(dāng)管道的入口流量大于出口流量時(shí)，就可以判斷出管道中間發(fā)生了泄漏。這種方法原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但是檢測(cè)精度受到兩端的流量計(jì)的精度限制，而且不能對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位。對(duì)于加熱輸送的管道還需考慮沿程溫降對(duì)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(lái)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)物理量測(cè)量的同時(shí)可以進(jìn)行信號(hào)的傳輸，在解決信號(hào)衰減和抗干擾方面有著獨(dú)特的優(yōu)越性。用光纖傳感器檢測(cè)管道泄漏的方法是根據(jù)管道中輸送的熱物質(zhì)泄漏會(huì)引起周圍環(huán)境溫度的變化，利用分布式光纖溫度傳感器連續(xù)測(cè)量沿管道的溫度分布，當(dāng)沿管道的溫度變化超過(guò)一定的范圍，就可以判斷發(fā)生了泄漏。光纖檢測(cè)泄漏當(dāng)下應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不足，但隨著各種分布式光纖傳感器的發(fā)展，未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)利用一根或幾根光纖對(duì)油氣管線內(nèi)介質(zhì)的溫度、壓力、流量、管壁應(yīng)力進(jìn)行分布式在線測(cè)量，這在管道監(jiān)控系統(tǒng)中將極具應(yīng)用潛力。

1.2.3 實(shí)時(shí)模型及統(tǒng)計(jì)決策方法

瞬變模型法是建立管內(nèi)流體流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型，在一定邊界條件下求解管內(nèi)流場(chǎng)，然后將計(jì)算值與管端的實(shí)測(cè)值相比較。當(dāng)實(shí)測(cè)值與計(jì)算值的偏差大于一定范圍時(shí)，即認(rèn)為發(fā)生了泄漏。在泄漏定位中使用穩(wěn)態(tài)模型，根據(jù)管道內(nèi)的壓力梯度變化可以確定泄漏點(diǎn)的位置。 

瞬變模型法報(bào)警門限值與測(cè)量?jī)x器誤差、流動(dòng)模型誤差、數(shù)值方法誤差以及要求的報(bào)警時(shí)間有關(guān)。如果采用較小門限值來(lái)檢測(cè)更小的泄漏，那么由于以上原因?qū)е碌牟淮_定性就會(huì)產(chǎn)生更多的誤報(bào)警;如果要求實(shí)現(xiàn)低誤報(bào)警率，那么所能檢測(cè)到的最小的泄漏必然變大。誤報(bào)警率高是瞬變模型法在實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)難以解決的問(wèn)題。

1.2.4 負(fù)壓波法

在泄漏發(fā)生時(shí)，泄漏處立即產(chǎn)生因流體物質(zhì)損失而引起局部流體密度減小出現(xiàn)的瞬時(shí)壓力降低，這個(gè)瞬時(shí)的壓力下降作用在流體介質(zhì)上就作為減壓波源，通過(guò)管道和流體介質(zhì)向泄漏點(diǎn)的上下游以聲速傳播。當(dāng)以泄漏前的壓力作為參考標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，泄漏時(shí)產(chǎn)生的減壓波就稱為負(fù)壓波。

管道中輸送介質(zhì)不同，負(fù)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(fù)壓波檢測(cè)法可迅速檢測(cè)突發(fā)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(cè)方法中，負(fù)壓波法最為適合檢測(cè)突發(fā)性的泄漏事故。 

以上方法都可以對(duì)管道泄漏進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，但是在泄漏量和定位精度上都有缺點(diǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)小于10L/H的微小滲漏進(jìn)行檢測(cè)。針形孔腐蝕缺陷等小缺陷及微泄露的檢測(cè)、探測(cè)是當(dāng)前國(guó)際上共同的技術(shù)難題。其他檢測(cè)技術(shù)如超聲、漏磁等可以檢測(cè)管道本體上的缺陷，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)針孔型泄漏點(diǎn)的檢測(cè)。國(guó)外公司一般采取管道內(nèi)微滲漏檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)較小的缺陷，在檢測(cè)周期內(nèi)定期開(kāi)展微滲漏專項(xiàng)檢測(cè)，而國(guó)內(nèi)在這方面還沒(méi)開(kāi)展過(guò)。 

2 管道內(nèi)微滲漏檢測(cè)技術(shù) 

2.1 管道內(nèi)微滲漏檢測(cè)技術(shù)介紹

管道內(nèi)微滲漏檢測(cè)技術(shù)主要是靠管道內(nèi)運(yùn)行檢測(cè)器進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，檢測(cè)設(shè)備由驅(qū)動(dòng)裝置、數(shù)據(jù)處理裝置和地面定標(biāo)裝置組成。 

設(shè)備運(yùn)行采用的是收發(fā)球的方式，設(shè)備在管道內(nèi)靠驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行，在管道內(nèi)隨介質(zhì)一起流動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置為皮碗或其他形狀外殼，主要材料是聚乙烯，同時(shí)與管壁保持一定空隙，以減少誤差。 

數(shù)據(jù)處理裝置由探測(cè)器、壓力傳感器、內(nèi)部時(shí)鐘、電子處理和存儲(chǔ)系統(tǒng)等組成，通過(guò)聲學(xué)探測(cè)器記錄管道本體上的泄漏點(diǎn)，并記錄存儲(chǔ)在CPU里，設(shè)備上有發(fā)射機(jī)、里程輪、陀螺儀及慣導(dǎo)系統(tǒng)等模塊，可以配合管外定標(biāo)裝置進(jìn)行設(shè)備的追蹤和定位。定位裝置由里程輪和地面定標(biāo)裝置共同組成，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)對(duì)里程的實(shí)時(shí)記錄和地面標(biāo)定裝置的配合使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏點(diǎn)的定位，定位誤差可控制在±1m。

埋地管線泄漏檢測(cè)器原理

2.2 技術(shù)特點(diǎn)及價(jià)值

從科研價(jià)值來(lái)講，本技術(shù)檢測(cè)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(cè)，可以定期對(duì)輸油管道進(jìn)行泄漏檢測(cè)，彌補(bǔ)其他技術(shù)的不足。 

從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，本技術(shù)的開(kāi)展使用對(duì)加強(qiáng)我國(guó)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(jìn)我國(guó)管道運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展具有重要意義。

2.3 微滲漏檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

2.3.1 微滲漏檢測(cè)技術(shù)在國(guó)外的應(yīng)用

該技術(shù)在歐洲和美洲一些國(guó)家都已經(jīng)相繼開(kāi)展使用，由于當(dāng)?shù)胤�律法�?guī)的要求，微滲漏檢測(cè)在國(guó)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(nèi)對(duì)管道進(jìn)行一次檢查，該技術(shù)獲得良好的效果，逐步在應(yīng)用中進(jìn)行完善，各個(gè)國(guó)家所使用檢測(cè)設(shè)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(cè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用

北京華油國(guó)際物流工程服務(wù)有限公司經(jīng)調(diào)研，引進(jìn)國(guó)外比較先進(jìn)的管道內(nèi)聲波泄漏檢測(cè)器進(jìn)行管道泄漏的檢測(cè)，精度可達(dá)6.8L/H，定位距離可到±1m，數(shù)據(jù)采用多頻光譜技術(shù)進(jìn)行分析，是目前國(guó)際上性能比較優(yōu)越的檢測(cè)技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)在中石油管道公司開(kāi)展試用，并取得良好的效果。

2.3.3 實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行介紹

為了驗(yàn)證檢測(cè)設(shè)備的實(shí)際性能，北京華油國(guó)際物流工程服務(wù)有限公司、中石油管道公司共同成立了領(lǐng)導(dǎo)小組，選擇了呼包鄂分公司實(shí)施試驗(yàn)項(xiàng)目，并邀請(qǐng)國(guó)外技術(shù)專家對(duì)整個(gè)項(xiàng)目運(yùn)行進(jìn)行指導(dǎo)。

（ 1）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研。通過(guò)填寫調(diào)查問(wèn)卷，掌握了管線基本運(yùn)行參數(shù)。對(duì)沿線收發(fā)球站及閥室等設(shè)置情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘查（下圖所示），進(jìn)一步明確了本次項(xiàng)目所需所有工況條件。

（ 2）運(yùn)行測(cè)徑板清管器。管道企業(yè)在檢測(cè)前運(yùn)行了一個(gè)帶測(cè)徑板的清管器，用來(lái)確保管道內(nèi)沒(méi)有凹陷或變形，不會(huì)對(duì)檢測(cè)器造成損壞或造成檢測(cè)器在管道內(nèi)的卡堵，清管工作能夠順利完成。本次清管說(shuō)明管道里面沒(méi)有較大的變形，不會(huì)影響檢測(cè)器通過(guò)。

（ 3）模擬泄漏點(diǎn)。在管道上制造了一個(gè)模擬泄漏點(diǎn)，驗(yàn)證在當(dāng)前管線條件下，設(shè)備能夠準(zhǔn)確檢測(cè)和定位滲漏點(diǎn)。為了確保模擬點(diǎn)的泄漏量能夠滿足要求，在整個(gè)過(guò)程中用了刻度瓶和計(jì)時(shí)器進(jìn)行計(jì)量（下圖所示）。

（4）運(yùn)行模擬器。模擬器在重量和尺寸方面是和實(shí)際檢測(cè)器相同的，但是不包含任何的電子部件�？梢酝ㄟ^(guò)運(yùn)行模擬器，來(lái)確定管線內(nèi)的情況及可能會(huì)對(duì)檢測(cè)器造成的損壞，從而增加測(cè)試成功的機(jī)率。

模擬器于2016年1月19日從始發(fā)站發(fā)出，于1月21日到達(dá)終點(diǎn)站。在模擬器到達(dá)收球站的時(shí)候，可能因?yàn)楣艿纼?nèi)沉積物的出現(xiàn)，模擬器外觀產(chǎn)生了一些損壞（下圖所示）。經(jīng)過(guò)評(píng)定，這些損壞在可接受的水平，所以同意繼續(xù)發(fā)送實(shí)際的檢測(cè)器。

（ 5）運(yùn)行滲漏檢測(cè)器。在收出模擬器后，按照計(jì)劃將滲漏檢測(cè)器準(zhǔn)備好，于2016年1月22日下午在首發(fā)站發(fā)出，滲漏檢測(cè)器的運(yùn)行環(huán)境是柴油，于1月24日中午11： 21到達(dá)終點(diǎn)站。在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，技術(shù)人員按照計(jì)劃進(jìn)行嚴(yán)密追蹤，整個(gè)檢測(cè)工作進(jìn)展順利，檢測(cè)器在收出球筒時(shí)帶出了一些雜質(zhì)和沉淀物，出現(xiàn)了輕微損壞。

（ 6）檢測(cè)器定位。按照預(yù)先制定好的方案來(lái)追蹤定位檢測(cè)器，追蹤定位系統(tǒng)（下圖所示）由一個(gè)外部的接收機(jī)和安裝在檢測(cè)器上的信號(hào)發(fā)射機(jī)組成。同時(shí)，當(dāng)檢測(cè)器通過(guò)一些暴露在外的管段（如截?cái)嚅y閥室）時(shí)，也可以通過(guò)聽(tīng)聲音來(lái)進(jìn)行判斷。

（ 7）出具分析報(bào)告。在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)作業(yè)完成后，北京華油國(guó)際物流工程服務(wù)有限公司給管道公司出具了一份檢測(cè)報(bào)告，包括設(shè)備在管線內(nèi)運(yùn)行情況、管線內(nèi)異常點(diǎn)定位與分析，以及檢測(cè)結(jié)果的介紹等。

本次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成功檢測(cè)并定位出了模擬泄漏點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)了管線存在的一些其他問(wèn)題，且數(shù)據(jù)采集完整，檢測(cè)過(guò)程得到了相關(guān)企業(yè)的認(rèn)可，證實(shí)了該檢測(cè)工具有較好的適用性，可以幫助企業(yè)完善管道完整性管理流程，提高所運(yùn)行管網(wǎng)的安全性能。

作者簡(jiǎn)介：馬劍，男， 1968年5月生，法國(guó)MBA，現(xiàn)任北京華油國(guó)際物流工程服務(wù)有限公司副經(jīng)理。

《管道保護(hù)》2016年第4期（總第29期）