摘要：随着我国国民经济的迅速发展，石油与天然气作为主要能源的代表，其需求量不断增大，长输油气管道的安全风险问题也备受关注。尤其是，近几年来管道泄漏爆燃事故时有发生，不仅给人民生命安全和财产造成了极大的损失，也给生态环境造成了污染和破坏。通过分析管道泄漏产生的主要原因，概述了目前常用的几种管道泄漏检测方法，并采用负压波和流量平衡法相结合的方法在原油管道进行泄漏检测实验。
关键词：长输管道；泄漏；检测；实用性；负压波法
1.管道泄漏的原因
1.1外力影响
外力影响主要有三个方面：管道占压、第三方施工破坏和打孔盗油。管道占压：输油气管体大部分埋藏在地下，当管道上方存在违章建筑物时，如果占压物和地基被损坏下沉，则不均匀的沉降对被占压的管道产生一定的作用力，导致管体的受损破裂；第三方施工破坏：在项目施工过程中造成的管道本体损坏，包括地质勘探钻破管体导致油品的泄漏，推土机、挖掘机损坏管道，钻穿管道管网与市政工程交叉处引起的管道变形等；打孔盗油；这几个方面在一定程度上都对管体造成破坏，致使油气泄漏爆炸，不仅造成油品的损失和环境的污染，还会给生命财产造成极大的伤害和损失。
1.2管道腐蚀
腐蚀是管道失效的主要形式。管道腐蚀形成的因素包括差异充气、杂散电流、细菌、应力与疲劳、金属材料不均匀等。管道的内外腐蚀、开裂、防腐层老化等因素都会造成油气的泄漏。特别是在东北地区，很多老管线运营时间较长，防腐层老化严重，通过检测均发现大面积腐蚀缺陷，很多管段无法进行内部检测，现已成为高风险地段，存在极大的安全隐患。
2.管道泄漏的检测方法
2.1直接检测法
2.1.1人工巡检法
最直接的泄漏监测方式，是选择有经验的巡线工人对沿路管道进行排查，通过观察管道周边环境的异常与否，或利用探测仪来判断输送管线是否发生泄漏并确定泄漏的具体位置。首先，进行日常的巡线，技术人员通过携带的探测仪器进行检测查找泄漏点，并沿线设立标志桩；然后，站内值班人员查看仪表参数，排查是否存在泄漏。这种检测方法准确度极高，可及时发现泄漏甚至打孔盗油的情况。但是，由于输油气管道线路较长，很多时候无法在第一时间发现泄漏点，而且只能进行地面管道检测，因此这种方法不适用于地下管道。
2.1.2热红外成像法
该方法所利用的是管道泄漏的液体和气体对红外辐射产生的影响，将管道所处位置土壤的温度与其它区域土壤的温度进行对比，根据对比结果即可判断管道是否发生了泄漏。该种方法的缺点较为明显，不能连续的对油气管道进行检测，在使用该种方法时，对管道的埋深有很高的要求，目前管道公司基本都不采用该种方法。
2.1.3传感器法
目前，最常见的泄漏检测传感器有两种，分别是嗅觉传感器和光纤传感器。嗅觉传感器是利用该仪器对气体敏感性的不同，通过按照一定的间距在管道上合理布置，从而达到检测管道泄漏的目的，该种传感器在理论上十分可行，但是研发难度相对较大，所以该种泄漏检测技术仍处于理论阶段。
2.2间接检测法
2.2.1流量平衡法
长输管道在无启停泵、调泵等人工操作的正常运行情况下，其输量是相对稳定的，因而管道两端的进出口流量平衡是判断泄漏的最直观方法之一。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在正常运行的情况下，若上游站出口流量逐渐增加，下游站进口流量逐渐减少，则可以判断管道发生了泄漏。这种方法可靠性较高，但只能检测到较大的泄漏，也无法定位泄漏的具体位置。因此，将此类方法和其他检测方法相结合才能取得较好的检测效果。
2.2.2负压波法
该方法是目前国际国内常使用的泄漏检测方法之一，美国ASI公司和中国计量科学研究院将负压波法应用于实际，取得了良好的检测效果。负压波的检测原理是：在管道两端安装压力传感器，当管道中间某点发生泄漏时，泄漏液体或气体流到管外，引起周围介质的密度减小，泄漏点处压力瞬间下降，此时负压波以一定速度向管道两端传播。当负压波到达管道两端时，两端传感器就会捕捉到负压波，引起上游站的出站压力和下游站的进站压力降低，泄漏点与传感器距离不同，负压波到达管道两端的时间差也会不同。根据传递的负压波信号时间差、传播速度，可计算泄漏点的位置。
2.2.3声波法
油气管道的管壁一般为钢铁材质。声波法的原理和负压波法相似，在管道出现破裂的情况下，管道压力产生波动，输送介质从泄漏点流出，与管壁摩擦产生声波振动，声波在管内随介质向上下游传播。声波传感器在捕捉到声压信号之后，将提取声波信号的特征量与正常运行时的情况进行对比分析，确定管道是否发生了泄漏，通过泄漏点到达两端传感器的时间差和声波的传播速度，就可以计算泄漏点的位置。
2.2.4实时模型法
实时模型法是通过建立水力、热力瞬时模型，模拟管道内的介质流动，模型采用沿程摩阻的达西公式、能量平衡、动量平衡和状态方程，设定管道边界条件，对动态特征进行模拟，将模型计算的压力、流量等数值与测量的数据进行比较，当两者偏差大于设定阈值时，可以判断此管段有泄漏发生。实时模型法的优点是可以连续进行监测，对泄漏的敏感性高，缺点是对仪表的精确度要求较高，建立模型计算的运算量也较大。
综上所述，基于各种泄漏检测的设备和方法原理分析，大部分检测方式离不开三大守恒定律，即质量、动量、能量守恒，都需要对压力和流量等参数变化进行综合分析，预判管道是否有泄漏发生，只是由于各软件开发单位的出发角度不同，因此出现了以不同的设计思路为基础的泄漏检测手段和方法。
3.负压波法的实用性分析
负压波泄漏检测方法虽然具有响应速度快和定位精度高的特点，但极易受其他因素的干扰，对缓慢的微小泄漏难以察觉到。通常管道输送的运行工况比较复杂，在正常运行的情况下，站内如果进行启停泵、调泵、开关阀门、倒罐等人工操作，也会对上下游站的压力产生影响，出现压力波，触发系统报警。在这种情况下，将会有很大的误差，很难在第一时间辨别出压力波动是由于泄漏产生的还是站内进行的常规操作导致的。
为了克服这些缺点，减小检测系统的误报率，某学院在负压波原理的基础上提出了一种基于耦合分析的管道泄漏诊断方法。首先，利用阈值对降噪处理后的实时压力数据进行判断，提取数据特征指标，采用逻辑推理算法对压力波动异常进行捕捉，推理分析统计特征指标。提取的特征指标主要包括上升沿个数、下降沿个数、首末站差值等，通过在某原油输送管段进行的实验，在管道泄漏和降量停泵两种情况下，对电机的腰瓦震动和端瓦震动、泵的腰瓦震动和端瓦震动、泵出入口压力、电机电流、汇管压力，汇管温度等12项泵机组状态参量进行耦合分析，然后将其波形谱分别与标准状态下的波形谱进行对比分析。结果表明，该方法排除了因常规操作导致的压力下降报警，降低了系统的误报率。
结语
（1）基于硬件的泄漏检测方法都存在成本较高、检测和定位精度较差的问题，基于软件的泄漏检测方法能很好的克服这两大难点问题，所以基于软件的泄漏检测方法明显好于基于硬件的泄漏检测方法。
（2）目前的泄漏检测方法中，负压波法的应用范围最广，这也说明该种方法具有很强的适用性，但是该种方法由于存在微小泄漏检测和定位精度较低的问题，这严重制约了该种技术的发展。
参考文献：
[1]王延年，朱强，赵则祥. 长输油气管道泄漏检测方法研究进展[J]. 石油机械，2007（05）：49-53+71.
论文作者:张媛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第35期
论文发表时间:2019/4/1
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