论文部分内容阅读
【摘 要】 输油管道是资源运输的主要途径，随着资源需求量的增加，我国逐渐意识到输油管道的重要性。确保输油管道的优质特性，既可以保障输油效率和质量，也可以节约输油成本。近几年，管道泄漏成为输油运输的一大难度，威胁输油运输的安全价值。基于此，本文就将对输油管道泄漏检测定位技术及其应用相关问题进行分析探讨。
【关键词】 输油管道；泄漏检测；定位；技术
近年来，随着科学技术的发展，各种石油产品的不断更新，极大的提高了石油管道的自动化水平，石油管道泄漏检测的应用环境也在不断成熟。对管道泄漏检测技术的要求也越来越高，如何找到灵敏度更高和泄漏位置更加准确定位的检测技术，如何全面的应用自动控制系统，如何不断创新多种检测手段和方法，最终实现石油管道运输的全面自动检测，已越来越成为石油管道检测工作者的关注点。石油管道泄漏检测的理论研究和实际应用在不断的更新和发展。
1、输油管道泄漏过程分析
原油输送管道内液体的流动状态可分为稳定和不稳定两大类，稳定流动是管道流一动的基本状态，不稳定流动是由于稳定流动受到破坏而引起的，例如开阀和关阀、起泵和停泵、调节阀和安全阀动作、动力故障等各种原因引起管内压力波动，同时这种压力波动会沿管向上下游传播，引起整个管道内流体的瞬变流动。工程上的不稳定流可能引起的管道超压、噪声、抽空和振动，比起南稳定流分析所得的结果要严重的多。水流的不稳定现象称为水击。突发性的泄漏也是一种管道的流动瞬变现象。泄漏发生时，也会产生沿管道向上、下游传播的水击波，并且能在管道系统的边界点处如泵出口、阀门、下游储罐以及泄漏孔处等发生反射，得以继续传播。由于沿程摩阻和管线充装作用，水击波在传播过程中会不断衰减。管道从发生瞬变过渡到新稳态的过程就是水击波传播、反射、叠加、衰减的过程，所以从理论上深入研究不同情况下水击波的传播过程及给管线压力、流量所带来的变化，有助于理解负压波的规律，对于泄漏的判别和识别也有指导意义。
2、输油管道泄漏的形成原因
2.1自然腐蚀
输油管道的建设环境复杂多样，地下、海洋甚至高原地区，都可成为输油管道的建设场地，由此导致输油管道面临复杂的自然环境。在自然界冲击与侵蚀的过程中，逐渐瓦解输油管道的整体性，促使其在部分构造或连接处，出现腐蚀，腐蚀加速输油管道的泄漏，致使输油管道面临不可恢复的泄漏原因，必须采取实际的维修，才可完善输油管道。
2.2外部碰撞
外部碰撞是引发输油管道泄漏的直接原因，近几年，我国在工程施工方面，体现高效性，施工环境与输油管道处于同一现场时，增加输油管道泄漏的机率。例如：施工时，未对输油管道实行保护措施，导致输油管道较容易受机械施工的影响，特别是具备尖锐外形的施工设备，对管道形成外力碰撞，破坏输油管道，碰撞较轻时，造成管道变形，一旦碰撞力度较大，直接形成现场泄漏，大量油气资源被浪费。
2.3人为破坏
人为因此对管道泄露的破坏最大，人为破坏不仅会造成管道泄露，严重时还会引发管道爆炸，影响管道输油的安全质量，威胁资源财产和自然环境的安全。我国输油管道遭遇人为破坏形成泄漏的事件比较多，促使人为破坏成为检测泄漏的实质来源。人为破坏虽然泄漏强度和危险系统较高，但是其在控制和管理上，具备优越性，因为人为破坏具备一定的思想性，提高泄漏检测控制，则可以有效降低人为破坏比率。
3、输油管道泄漏检测定位主要技术分析
3.1泄漏介质检测法
利用传输介质本身的特点或向传输介质中添加一些特殊性质的液体以便于发现泄漏，比较典型的是添加臭味剂，如硫化物，这样管线一旦发生泄漏很容易的被巡线工人或其他人员发现。也可利用油溶性电缆或分布式传感电缆来检测，将电缆与管道平行铺设，管道发生泄漏后，管道露出的介质渗入电缆，引起电缆特性的变化。
3.2管壁参数检测法
通过检测管壁缺陷来判断是否有泄漏发生，通常是将管道内探测器从被检管线的一端放入，令其沿着管线前进，检测管道内壁的腐蚀情况、缺陷及焊接的状况等。该方法虽能获得被检管线详细的质量报告，但该方法的检测设备及检测费用昂贵，对管道的要求高，而且无法做到实时连续检测。
3.3光纤传感检测法
利用分布式光纤温度传感器检测管线周围的温度变化或利用光纤振动所产生的信号折射差异率化来感知管线是否发生泄漏。
3.4信号检测法
以压力为信号判断的标准参数，既不需要安装特有的检测装置，也不需要架设相关模型，实施检测的方式非常简便。我国对信号检测的应用力度比较广，尤其是压力点和声波检测途径，为输油管路泄漏检测提供良好的技术支持。
3.5质量与体积检测法
油气物质在质量和体积上，遵循平衡原则，可以通过检测出入油气的质量，判断输油管路是否发生泄漏。例如：通过检测发现，输入管路内的质量要与输出存在差距，而且输入要大于输出，则说明在输油管路内，存在泄漏点。油气输送时，涉及较多的变化因素，如：密度、温度等，影响输送油气的状态，所以将体积作为质量平衡检测的协助对象，通过质量与体积的共同检测，挖掘输油管路中的动力因素，以此达到泄漏检查的效果。
4、负压波泄漏检测及定位方法
4.1负压波泄漏检测的基本原理
当输油管道发生泄漏时，管道中的原油便会在泄漏点处流失，这样引起泄漏点处原油密度减小，从而导致压力突然降低。这个瞬时的压力下降作用在流体介质上，就作为减压波源通过管线和流体介质向泄漏点的上、下游以声速传播，就像水泼纹一样传播。当以泄漏前的压力作为参考标准时，泄漏时产生的减压波就称为负压波。负压波在不同介质和管道中传播的速度不同，在原油中传播的速度约为1100m/s。在管道两端分别安装压力传感器，通过计算机数据采集系统实时采集两端的压力信号。当管道发生泄漏时，两端的压力传感器便会接收到压力信号，并通过GPS系统记录接收到信号的时间，这样通过计算出时间差，便可以确定泄漏点的位置。负压波法具有很快的反应速度和很高的定位精度，能够及时检测出泄漏，防止泄漏事故扩大，成为国际上应用较多的泄漏检测方法之一。 4.2负压波时间差的确定
时间差对泄漏点的位置至关重要。而要准确的计算出时间差，则负压波到达两端的时间必须精确。通常情况下，系统所需要的时间信息都是由工控机所提供，工控机的时间系统是由机器内部的晶振所提供的。即使首末端数据采集工控机是#由同一个厂商所生产，但经过一段时间运行后，也会产生几秒钟的误差，因此必须采用一种方法来实时校正工控机的时间系统，从而保证所采集数据的时间标签一致。目前时间校验方法有很多，其中全球定位系统（GPS）精确授时功能应用越来越广泛。
5、负压波泄漏检测方法存在的问题及措施
负压波法的一个主要缺点是：由于在诸如调阀、起泵等工况变化时，波形也会产生瞬态压力突变。所以当由调阀等引起负压波时，该方法会把该负压波认为是由泄漏引起的，亦即该方法没有自动辨别引发负压波原因的功能，这样就会产生虚报，严重影响了负压波判断结果。降低系统的误报率，必须采用适当的方法加以改进，目前有两种方案可以选择：
5.1可以在输油管道两端安装流量计，引入质量守恒检测方法。如果油库调整工况导致压力下降，管道的两端的外输流量也会下降，根据这一特性就可以排除工况调整的干扰。但此方案实施困难很大，安装流量计投资大，所以该方案不适合。
5.2仍采用负压波的方法，但在管道首、末端各安装两个压力传感器，通过判断负压波的传播方向，来确定压力下降是由工况调整引起的还是管道泄漏引起的。这种方案实施相对容易，成本也相对较低，所以本设计选用双压力传感器方案。
总言之，目前，我国已经将检测技术，大面积投入输油管道的泄漏检测中，充分利用检测技术的高效性和科学性，改善输油运送的环境，提高石油资源的利用效率。而负压波方法用于泄漏检测具有定位准确、算法灵活、对硬件要求不高等优点。在以后的实际工作中要得到充分的应用研究。
参考文献：
[1]王勃，卢星辛，李福然.输油管道泄漏检测定位技术及其应用[J].化工管理，2014，24：121.
[2]陈艳.输油管道泄漏检测与定位技术研究[D].燕山大学，2004.
[3]苏庆菊.输油管道泄漏检测系统的研制[D].浙江大学，2013.
[4]刘恩斌，李长俊，梁党国，孙建忠.输油管道泄漏检测技术研究与应用[J].油气储运，2006，05：43-44+48+70+66.
[5]张宇.输油管道泄漏检测新方法与关键技术研究[D].天津大学，2009.
【关键词】 输油管道；泄漏检测；定位；技术
近年来，随着科学技术的发展，各种石油产品的不断更新，极大的提高了石油管道的自动化水平，石油管道泄漏检测的应用环境也在不断成熟。对管道泄漏检测技术的要求也越来越高，如何找到灵敏度更高和泄漏位置更加准确定位的检测技术，如何全面的应用自动控制系统，如何不断创新多种检测手段和方法，最终实现石油管道运输的全面自动检测，已越来越成为石油管道检测工作者的关注点。石油管道泄漏检测的理论研究和实际应用在不断的更新和发展。
1、输油管道泄漏过程分析
原油输送管道内液体的流动状态可分为稳定和不稳定两大类，稳定流动是管道流一动的基本状态，不稳定流动是由于稳定流动受到破坏而引起的，例如开阀和关阀、起泵和停泵、调节阀和安全阀动作、动力故障等各种原因引起管内压力波动，同时这种压力波动会沿管向上下游传播，引起整个管道内流体的瞬变流动。工程上的不稳定流可能引起的管道超压、噪声、抽空和振动，比起南稳定流分析所得的结果要严重的多。水流的不稳定现象称为水击。突发性的泄漏也是一种管道的流动瞬变现象。泄漏发生时，也会产生沿管道向上、下游传播的水击波，并且能在管道系统的边界点处如泵出口、阀门、下游储罐以及泄漏孔处等发生反射，得以继续传播。由于沿程摩阻和管线充装作用，水击波在传播过程中会不断衰减。管道从发生瞬变过渡到新稳态的过程就是水击波传播、反射、叠加、衰减的过程，所以从理论上深入研究不同情况下水击波的传播过程及给管线压力、流量所带来的变化，有助于理解负压波的规律，对于泄漏的判别和识别也有指导意义。
2、输油管道泄漏的形成原因
2.1自然腐蚀
输油管道的建设环境复杂多样，地下、海洋甚至高原地区，都可成为输油管道的建设场地，由此导致输油管道面临复杂的自然环境。在自然界冲击与侵蚀的过程中，逐渐瓦解输油管道的整体性，促使其在部分构造或连接处，出现腐蚀，腐蚀加速输油管道的泄漏，致使输油管道面临不可恢复的泄漏原因，必须采取实际的维修，才可完善输油管道。
2.2外部碰撞
外部碰撞是引发输油管道泄漏的直接原因，近几年，我国在工程施工方面，体现高效性，施工环境与输油管道处于同一现场时，增加输油管道泄漏的机率。例如：施工时，未对输油管道实行保护措施，导致输油管道较容易受机械施工的影响，特别是具备尖锐外形的施工设备，对管道形成外力碰撞，破坏输油管道，碰撞较轻时，造成管道变形，一旦碰撞力度较大，直接形成现场泄漏，大量油气资源被浪费。
2.3人为破坏
人为因此对管道泄露的破坏最大，人为破坏不仅会造成管道泄露，严重时还会引发管道爆炸，影响管道输油的安全质量，威胁资源财产和自然环境的安全。我国输油管道遭遇人为破坏形成泄漏的事件比较多，促使人为破坏成为检测泄漏的实质来源。人为破坏虽然泄漏强度和危险系统较高，但是其在控制和管理上，具备优越性，因为人为破坏具备一定的思想性，提高泄漏检测控制，则可以有效降低人为破坏比率。
3、输油管道泄漏检测定位主要技术分析
3.1泄漏介质检测法
利用传输介质本身的特点或向传输介质中添加一些特殊性质的液体以便于发现泄漏，比较典型的是添加臭味剂，如硫化物，这样管线一旦发生泄漏很容易的被巡线工人或其他人员发现。也可利用油溶性电缆或分布式传感电缆来检测，将电缆与管道平行铺设，管道发生泄漏后，管道露出的介质渗入电缆，引起电缆特性的变化。
3.2管壁参数检测法
通过检测管壁缺陷来判断是否有泄漏发生，通常是将管道内探测器从被检管线的一端放入，令其沿着管线前进，检测管道内壁的腐蚀情况、缺陷及焊接的状况等。该方法虽能获得被检管线详细的质量报告，但该方法的检测设备及检测费用昂贵，对管道的要求高，而且无法做到实时连续检测。
3.3光纤传感检测法
利用分布式光纤温度传感器检测管线周围的温度变化或利用光纤振动所产生的信号折射差异率化来感知管线是否发生泄漏。
3.4信号检测法
以压力为信号判断的标准参数，既不需要安装特有的检测装置，也不需要架设相关模型，实施检测的方式非常简便。我国对信号检测的应用力度比较广，尤其是压力点和声波检测途径，为输油管路泄漏检测提供良好的技术支持。
3.5质量与体积检测法
油气物质在质量和体积上，遵循平衡原则，可以通过检测出入油气的质量，判断输油管路是否发生泄漏。例如：通过检测发现，输入管路内的质量要与输出存在差距，而且输入要大于输出，则说明在输油管路内，存在泄漏点。油气输送时，涉及较多的变化因素，如：密度、温度等，影响输送油气的状态，所以将体积作为质量平衡检测的协助对象，通过质量与体积的共同检测，挖掘输油管路中的动力因素，以此达到泄漏检查的效果。
4、负压波泄漏检测及定位方法
4.1负压波泄漏检测的基本原理
当输油管道发生泄漏时，管道中的原油便会在泄漏点处流失，这样引起泄漏点处原油密度减小，从而导致压力突然降低。这个瞬时的压力下降作用在流体介质上，就作为减压波源通过管线和流体介质向泄漏点的上、下游以声速传播，就像水泼纹一样传播。当以泄漏前的压力作为参考标准时，泄漏时产生的减压波就称为负压波。负压波在不同介质和管道中传播的速度不同，在原油中传播的速度约为1100m/s。在管道两端分别安装压力传感器，通过计算机数据采集系统实时采集两端的压力信号。当管道发生泄漏时，两端的压力传感器便会接收到压力信号，并通过GPS系统记录接收到信号的时间，这样通过计算出时间差，便可以确定泄漏点的位置。负压波法具有很快的反应速度和很高的定位精度，能够及时检测出泄漏，防止泄漏事故扩大，成为国际上应用较多的泄漏检测方法之一。 4.2负压波时间差的确定
时间差对泄漏点的位置至关重要。而要准确的计算出时间差，则负压波到达两端的时间必须精确。通常情况下，系统所需要的时间信息都是由工控机所提供，工控机的时间系统是由机器内部的晶振所提供的。即使首末端数据采集工控机是#由同一个厂商所生产，但经过一段时间运行后，也会产生几秒钟的误差，因此必须采用一种方法来实时校正工控机的时间系统，从而保证所采集数据的时间标签一致。目前时间校验方法有很多，其中全球定位系统（GPS）精确授时功能应用越来越广泛。
5、负压波泄漏检测方法存在的问题及措施
负压波法的一个主要缺点是：由于在诸如调阀、起泵等工况变化时，波形也会产生瞬态压力突变。所以当由调阀等引起负压波时，该方法会把该负压波认为是由泄漏引起的，亦即该方法没有自动辨别引发负压波原因的功能，这样就会产生虚报，严重影响了负压波判断结果。降低系统的误报率，必须采用适当的方法加以改进，目前有两种方案可以选择：
5.1可以在输油管道两端安装流量计，引入质量守恒检测方法。如果油库调整工况导致压力下降，管道的两端的外输流量也会下降，根据这一特性就可以排除工况调整的干扰。但此方案实施困难很大，安装流量计投资大，所以该方案不适合。
5.2仍采用负压波的方法，但在管道首、末端各安装两个压力传感器，通过判断负压波的传播方向，来确定压力下降是由工况调整引起的还是管道泄漏引起的。这种方案实施相对容易，成本也相对较低，所以本设计选用双压力传感器方案。
总言之，目前，我国已经将检测技术，大面积投入输油管道的泄漏检测中，充分利用检测技术的高效性和科学性，改善输油运送的环境，提高石油资源的利用效率。而负压波方法用于泄漏检测具有定位准确、算法灵活、对硬件要求不高等优点。在以后的实际工作中要得到充分的应用研究。
参考文献：
[1]王勃，卢星辛，李福然.输油管道泄漏检测定位技术及其应用[J].化工管理，2014，24：121.
[2]陈艳.输油管道泄漏检测与定位技术研究[D].燕山大学，2004.
[3]苏庆菊.输油管道泄漏检测系统的研制[D].浙江大学，2013.
[4]刘恩斌，李长俊，梁党国，孙建忠.输油管道泄漏检测技术研究与应用[J].油气储运，2006，05：43-44+48+70+66.
[5]张宇.输油管道泄漏检测新方法与关键技术研究[D].天津大学，2009.