长输原油管道泄漏检测方法比较分析

长输原油管道泄漏检测方法比较分析

夏在兵

长庆油田分公司第一输油处陕西西安710000

摘要：管道运输是铁路、公路、航空、水运并驾齐驱的五大的运输行业之一，已成为现代工业和国民经济的命脉。随着管道运输工业的发展，世界上石油输送管网的50%以上已运行了三十年以上，国内相当比例的原油管网也运行了二十年以上，老化程度严重，加上不可避免的腐蚀、人为破坏等因素，管道泄漏现象频频发生。管道的泄漏不仅影响正常的生产，造成能源浪费和经济损失，而且由于所运输介质的危险性和污染性，一旦发生事故将造成坏境污染和巨大的生命财产损失，因此泄漏检测是一项重要的管道故障检测技术。现己有多种管道泄漏检测方法，但它们在适用范围、反应速度、检测灵敏度和定位精度等方面各有优缺点。本文主要对分布式光纤管道泄漏检测系统与负压波法泄漏检测系统原理及优缺点进行了比较分析。

关键词：管道泄漏分布式光纤负压波法比较分析

引言

管道泄漏的及时发现和定位具有重要的现实意义。目前国内外油气管道泄漏检测常规的检测方法有漏噪声探测法、漏磁探测法、热红外成像、嗅觉传感器法、放射性示踪剂检漏法、压力梯度法、质量或体积平衡法、SCADA系统、应力波检测法、声波检测法、负压波法以及光纤光栅温度检测法。

1分布式光纤温度传感检测法

1.1分布式光纤温度传感系统的工作原理

在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲，它在光纤中传输的同时不断产生后向散射光波，光波的状态随所在光纤散射点的温度影响改变，将散射回来的光波经波分复用、检测解调后，送入信号处理系统，将温度信号实时显示出来，利用光时域反射（opticaltimedomainreflection，简称OTDR），即光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间进行定位。目前分布式光纤温度传感器系统主要基于拉曼光反射、布里渊光反射和光纤光栅原理，其中基于拉曼光反射的DTS（DistributedTemperatureSensing分布式光纤温度传感系统）应用较多。拉曼反射的原理是：光通过光纤时，光子和光纤中的光声子会产生非弹性碰撞，发生喇曼散射，一部分光能转换成热振动，产生波长大于入射光的斯托克斯光；一部分热振动转换成热能，产生波长小于入射光的反斯托克斯光。反斯托克斯光对温度更为敏感，采用斯托克斯光与反斯托克斯光的强度比可消除光纤的固有损耗和不均匀性所带来的影响。通常用反斯托克斯光作信号通道，斯托克斯光作比较通道。基于拉曼散射的分布式温度传感技术最为成熟。该方法可实现实时监测，精确定位（0.5～2m）。

管道内的原油一般高于环境温度，一旦发生泄漏，布置在管道外侧的分布式温度传感系统可感知温度升高，从而发现泄漏并精确定位。管道正常运行时，沿线各点的温度场分布应处于稳定趋势下，其温度分布曲线如图1所示。当某一时刻管线发生泄漏时，管线漏点附近产生温度场的突然变化，通过光纤温度传感器即时监测到其温度变化，其温度场分布如图2（温度降低时）所示。利用计算机监测系统，即可准确判断管道泄漏及泄漏点的位置，实现天然气管道泄漏的在线监测。

分布式光纤温度传感系统布置在管道正上方，光缆和传感器布设时保证一定的曲率，尽量减少光损耗。将光缆终端接入监测站内，安装分析仪和计算机，从而实现对管道系统的关键点或全程的实时在线监测，可以及时发现泄漏并准确定位。

1.2分布式光纤温度传感系统特点

分布式光纤温度传感泄漏检测系统定位精度高、灵敏度高，在管道不满流的情况下灵敏度依然较高，但是需要和长输原油管道同沟敷设一条光缆。

图1未泄漏时测点温度分布曲线图2泄漏时测点温度分布曲线

2负压波检测法

2.1负压波法原理

当管段上某处发生泄漏时，泄漏所产生的扰动将会沿管壁向两端传播，当该过程传播到管道两端时，将对两端压力运行参数产生影响，泄漏处的上游端点的出站压力和下游端点的进站压力均会下降。随着泄漏发生位置的不同，管道端点压力变化的响应时间也不相同。以此进行管道泄漏判断，若通过相应计算机检漏软件可以准确计算出上、下游端压力及接收到压力信号的时间差，管道距离是已知的，即可由压力波向上、下游两端传播的速度计算出管道中泄漏点的位置。

负压波法检漏定位原理图如图3所示。通过设置在泄漏点上、下游泵站的数据采集系统实时采集压力波信号，并将采集的压力信号发送至检漏系统分析软件进行处理，根据压力波运行趋势变化和上下游检测到的压力波动时间差就可确定管道是否泄漏及泄漏点位置。

图3负压波法检漏定位原理图

图3中，管道长度为L，泄漏点为C。泄漏点C产生的压力波传到上游站A点的时刻设为tA，传到下游站B点的时刻为tB，当管道的长度和输送的介质己知，给定压力波在油中的传播速度为v，管道压力波突变点传播时间为tL则有：

（1）

；（2）

设t为tA与tB的时间差，t可正可负，则有

t=tA–tB（3）

由式（1）、式（3）推导得到

（4）

则泄漏点C与A点的距离可由下式求得

（5）

2.2负压波法检漏系统特点

负压波法检漏系统仪表配置简单，定位响应速度快，并具有较高的定位精度，可迅速检测出突发性的泄漏，自动化程度高，定位原理简单，适用性较强。但由于管道中流体的任何变化最终都会导致压力的变化，因此单靠压力的变化来进行泄漏报警，会产生一定的误报率。同时，负压波法在管道泄漏量较小时（如管道腐蚀渗漏、滴漏等）效果不太明显。尤其是在长输原油管道不满流的情况下，较小的泄漏量时效果差且无法定位泄漏位置。

3结论

①、一般服役期限较长的原油输送管道没有同沟敷设光纤，所以此种情况下负压波法优点突出，只需要在上下游管段使用原有进出站压力变送器或者新增压力变送器即可，施工简单、投资小。如果选择使用光纤测温检漏系统需要沿原管道铺设同沟光缆，施工周期大、投资大。

②、当泄漏发生时管道压力、流量趋势变化特点显著，负压波法能直观的分析管道泄漏情况。

③、在长输原油管道不满流的情况下，负压波法泄漏检测系统灵敏度远远低于光纤温度传感泄漏检测系统，此时后者优点显著。

④、光纤测温泄漏检测系统主要依据同沟敷设的光缆，随着服役期限的增加，光缆损毁严重，后期再同沟铺设光缆难度较大，所以同时使用光纤测温检漏技术和负压波法检漏技术相结合效果更加显著。

通过上文对此两种泄漏检测系统原理和优缺点对比分析，各种管道泄漏检测技术都有其优势与缺陷。在不同前提条件下可依据各自优缺点选择相应的管道泄漏检测技术。单纯的应用一种方法对泄漏进行监测很难达到令人满意的程度，成功的管道泄漏检测系统应综合运用多种检漏方法。

参考文献：

[1]刘恩斌，彭善碧，李长俊.现代管道泄漏检测技术探讨[J].管道技术与设备.2004（5）