摘要：管道输送是油气资源运送的主要方式，如何能够实时地检测到泄漏事故的发生，并准确地定出泄漏点的位置，对保护自然环境、保障人民生命、财产安全有着重要的意义。本文从专利角度介绍了油气管路泄漏检测技术的方法分类，主要有基于管壁参数检测的方法、声学检测方法、基于光纤传感器的检测方法等，最后指出随着传感器小型化自动化以及人工智能等技术的发展，油气管路泄漏检测技术也将会往智能化自动化方向发展。
关键词：管道 泄漏 检测
管道技术在石油、天然气等运输方法具有独特的优势，随着服役时间的增长，管道会面临破损从而发生油气泄漏的问题，油气泄漏对自然环境、人民生活带来极大的负面影响，因此，对管道泄漏实时监测是管路安全运行的主要内容。根据工作原理的不同, 油气管道泄漏检测主要方法有以下几种：
1基于管壁参数检测方法
该方法通过检测管壁是否有缺陷来判断是否存在泄漏，一般将管内探测球（pigs）从被检测管道的一端放入，使其沿着管线行走，检测管道内壁的腐蚀情况、缺陷以及焊缝的状况等。目前常用的主要以下几种方式：
（1）辐射性元素检测法
GB943921提出利用管道探测装置（pigs）从被检测管道的具有放射性物质的含量从而判断是否管道有泄漏。管道探测装置内含有放射含量检测元件，并当其高于一定含量时拍摄管壁照片，。
（2）漏磁通检测法
US3673629提出管道检测器具有三个磁铁，在管壁内形成磁路，利用外部的磁力计计量磁场的变化，从而判断管壁的状况，如图3和图4。
该方法要求传感器与管壁紧密接触，且针对不同管径的管道需使用不同型号的管内探测器。
（3）超声波检测法
US3810384提出利用超声波检测器将超声波向管壁定向发射，测量探头和管道内外壁间的距离，可测定管壁的厚度，从而检测出管壁的腐蚀和穿孔。 但是管壁上若有污泥、结蜡、稠油等附着物，将使声波衰减，容易导致误判。
2基于声学原理方法
(1)管道应力波法
US3409897A提出超声振动的方式探测管道的泄漏。麦克风可以用于感知声/超声振动； GB1174048A在此基础上，提出采集的超声波振动信号通过选择性放大器，也就是只通过选择最高的频率；US3442349A提出的听漏仪装置，第一个图是将振动敏感的圆柱形元件置于实心轮上，第二和三个装置将振动敏感的圆柱形元件、听漏装置放置于中空轮中；US3413653A 在管路的上游设置第一声传感器，在下游设置第二声传感器，通过两个传感器的差分比较得到由泄漏造成的噪声信号，从而判断其泄漏。
由于之前的听漏器将检测到振动信号中包括有干扰信号，为了提高听漏器的检漏精度，US3478576A提出利用延迟电路将采集到的信号同步记录从而提到精度；US3517546同样采用了相同的原理进行检漏。
由于上述听漏器信号处理和采集都是分开设置的，其连接电缆会导致造价过高，另外，焊缝也会导致其移动时采集的信息不准确，为了解决这个问题，US3691819A将信号处理和听漏器结合在一起，并通过轮带动其在管道内的运动。
但随着城市噪声的显著增加，听声法已慢慢淘汰，该方法检测到的距离受到限制，若要对长距离的管道检漏，需沿管道安装许多传感器，对埋地输油管道，阻尼作用更加明显。
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（2）负压波法
US3851521提出当管道发生泄漏时，泄漏处由于物质损失造成压力突然下降，压降由泄漏处向上、下游传播，称之为负压波。由于管壁的波导作用，负压波传播过程衰减较小，可以传播相当远的距离，其传播速度与声波在流体中的传播速度相同。利用负压波通过上、下游测量点的时间差以及负压波在管线中的传播速度，可以确定泄漏位置。
为了提高泄漏检测的灵敏度，CN101968162A提出先利用负压波进行粗定位，然后利用声波进行泄漏点的精准定位； WO2013000308A1提出利用负压波定位管道泄漏的同时，利用在泄漏点采集到的压力值决定泄漏的速率，基于此速率和泄漏时间从而确定泄漏量。
3基于光纤传感器的检测方法
（1）基于OTDRD的光纤传感器检测
JPS61280541A提出将光纤20穿透利用偏振光在保温层16，利用偏振光在光纤中的反射量从而判断其是否泄漏；US4654520利用光时域反射（Optical Time Domain Reflectometer）技术其通过检测光纤中产生的背向瑞利散射和菲涅尔反射信号来判断光纤的故障点，主要应用于光缆的故障、光纤的长度、光纤的损耗以及光纤接头损耗等检测；JPH04168335A、JPH05223658 A也是利用了该方法进行检测。
（2）光纤温度传感器检漏
液态天然气管道，粘油、原油等加热输送管道的泄漏会引起周围环境温度的变化。
WO96/26425A1提出利用分布式光纤温度传感器可连续测量沿管道的温度分布情况； CN2809618Y同样也使用了该原理设计出一套分布式光纤温度传感器检测装置。
（3）基于Sagnac光纤干涉仪原理的泄漏检测法
当管道发生泄漏时所产生的泄漏振动信号会对泄漏点处的光纤产生扰动，将导致两束传输光波相位发生变化。两束光相位差的大小与泄漏点位置、泄漏振动信号引起光波相位变化速率成比例，利用这一基础就可实现对泄漏点进行定位。
US2002041379 A1提出利用Sagnac光纤干涉仪检测管道泄漏；CN202100946U提出一种基于双Sagnac光纤干涉仪的管道泄漏监测装置；CN201096589Y提出一种基于Mach-Zehnder光纤干涉仪的分布式光纤管道安全预警系统。
（4）分布式声感测检漏
CN102197294A提出一种用于通过向管道中引入声脉冲且询问沿着所述管道的路径定位的光纤以提供分布式声感测来监控流体承载管道的方法。通过在多个位置中的每一个处测量响应，可以导出管道状况轮廓。可以在对管线基础设施和所包含流造成最小破坏的情况下快速地且容易地获得状况轮廓。可以采用沿着管子的路径运行的现有光纤以用于感测目的，从而允许仅用对管子的有限访问来监控相对长的管线跨度。
4.不同方法的结合
CA2416171A1提出利用温度传感器和声敏元件共同监测泄漏。
US2012180552 A1提出利用光纤和声传感器结合的方式进行泄漏检测。
总结
综上，笔者分析了管道泄漏检测领域的专利发展现状。随着现代工业和科学技术的发展，传感器技术往高速化、小型化、自动化的方向发展，基于传感器技术、计算机技术、数字信号处理技术、人工智能技术的不断发展，管道泄漏检测方法也将朝着智能化、自动化的方向不断发展。
参考文献：
[1]崔谦，油气管道泄漏检测方法的研究及应用，博士学位论文，天津大学，2005年。
[2] 王立坤 王洪超 熊敏 吴家勇 许斌，“长距离输油管道泄漏监测技术分析及研究建议”，，“油气储运”，第33卷第11期，第1199-1201页，2014年11月
[3] 陈春刚 王毅 杨振坤，“长输油气管道泄漏检测技术综述”，石油与天然气化工，第31卷第1期，2002年2月
论文作者:李宇
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第05期
论文发表时间:2019/7/31
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