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摘 要： 本文对管道泄漏检测方法进行了综述，介绍了“负压波法”和“输量平衡法”互补型管道泄漏监测系统及受限条件。
关键词：管道泄漏 负压波法 管道输量平衡法
一、序言
管道作为石油化工领域输送流体的最基本单元。与车辆拉运相比，无论从降低成本、提高安全性等方面都有较明显的优势。合水油田作为即将挺近百万吨油田队列的一员，原油輸送必不可少，但是由于各种外界环境及人为因素导致管道经常遭受破坏，给国家财产造成很大的经济损失，同时对环境的污染也是不可估量的。管道泄漏检测定位技术的应用显得尤为重要。
二、管道泄漏监测方法综述
1.预警型管道泄漏监测报警定位系统
光纤振动传感器检测技术是沿管线埋设测震光纤来监测距离检测光纤一定范围内的振动，通过建立各种振动特征库可以识别“振动”产生的原因与类型，对有可能威胁或正在输油管线的情况产生预警并定位，显然可以防患于未然。但由于测震光纤要求灵敏，所以不适于加“铠”，而无“铠”光纤自身的安全性大幅度降低；只适用于新铺设的管线，否则施工成本太高；需要比较完备的适用性好的“特征库”支持，且即便如此误报也是在所难免的，因此目前应用较少。
振动声波监测法其基本原理是沿管线埋设若干“测震”传感器，形成虚拟防线，实时监测管线及周边的振动声波，以此判断是否有人在管线上实施破坏行为。很显然，它也能起到防患于未然的作用。但其“测震”传感器需要每隔几百米到几千米就埋设一个，野外设备的施工、供电、通信和本身的安全维护与管理维护等的难度也是显而易见的。另外它需要一个涵盖尽可能宽的“声源特征库”来支持，否则“误报”“漏报”在所难免。昂贵的造价和野外维护管理难度限制了它应用。
2.报警型管道泄漏监测报警定位系统
报警型以“管道瞬变模型法”、“负压波法”、“管道输量平衡法”、“振动声波监测法”应用最多。
管道瞬变模型法是根据管道质量平衡原理，计算水利瞬变效应，建立数学模型，在计算机上实时运算，理论上可以准确定位。但由于管道的摩阻、流体的温降梯度等不可能是完全线性的，所以判断泄漏定位也就打了折扣。另外对压力、流量、温度等参数采集缺一不可，这对于某些不具备条件的管线就不适用，因而在一定程度上也限制了它的推广。
管道输量平衡法（简称输量平衡法）根据质量守恒定理，同一期间流进和流出管道的油品的质量应当相等。在管道两端安装流量计，实时监测比对两端流量，可以判断有无泄漏发生。由于某些管线没有流量计也不具备安装流量计的条件，其应用也受到了很大的限制。
泄漏声波检测法也叫音波检测法其基本原理是检测泄漏时产生的“泄漏声波”。声波检测法就是检测沿着管道内的液体传播低频波，来判断泄漏和定位的。由于“泄漏声波”很微弱，需要特殊的声波传感器，目前可以做到的最大检测距离是15km，具有了一定实用价值，是一种非常有前途的泄漏检测预定位方法。但其造价过高限制了它的应用与推广。
负压波法也叫水击波报警法。负压波法因其所需参数可多可少，能够根据已有的工艺流程取舍，施工、管理比较方便，对不同管网的适应性较强。这种简单实用特点，已经使其成为目前应用最为成功最为广泛的一种管道泄漏监测的方法。负压波信号被分别设在管道起点和末点的压力变送器捕获。泄漏位置的不同，两端变送器响应的时间差也不同，因此可以确定泄漏点的距离。
三、“负压波法”和“输量平衡法”互补型管道泄漏监测系统
“负压波法”和“输量平衡法”二者结合形成了优势互补，不但极大地提高了泄漏监测的准确率，而且一个测压点不需要再安装两台压力变送器了，从而使输油管到泄漏报警系统应用更加灵活方便了。合水油区管道泄漏检测均采用此方法，以下对此方法进行简单介绍和总结使用中存在的问题。
1.系统构成
“负压波法”和“输量平衡法”互补型管道泄漏监测系统结构如图所示。该系统主要由数据采集预处理系统、远程通信系统、监视分析与管理系统三大部分组成。
2.“负压波法”和“输量平衡法”互补型管道泄漏监测系统的优点
“负压波法”在判断有无泄漏发生时，可能因为某些站内操作引起的非泄漏“压力下降”导致发生频繁的无意义报警，从而影响定位的准确性，更容易造成“狼来了”的恶性后果；“输量平衡法”的引入使得问题得到有效解决，因此，二者结合后，形成了优势互补，可以极大地提高泄漏监测的准确率，而且不需要安装两台压变，从而使其应用更加灵活方便。此方法不仅屏蔽了站内某些操作引起的压力下降，而且可以轻而易举地判断出是否发生了泄漏。为生产带来很大方便。
四、应用情况分析
管道泄漏检测系统在合水油田的应用，降低了工人的劳动强度，提高了工作效率，减少了原油输送过程中打空盗油及原油泄漏事件的发生。通过近4年的应用，该系统在对泄漏事件及管线打眼事件能够准确检测并报警提示，为生产带来很大帮助，减少了经济损失及对环境的污染。为了保证系统的高精度，在应用过程中还需注意以下几方面。
1.关于信号干扰与识别
在理想的信号状态下，要识别“负压力波”信号并不困难。但在实际生产中，信号中的电磁干扰等会造成压力下降的假象，加大了真正“泄漏压力波”的识别难度。系统具有准确的识别能力外，还需要有良好的抗电磁干扰能力。
要做到这一点首先要合理选择前端数据采集部分的硬件，采取良好的隔离和抗干扰措施，尽量减小电干扰对原始数据的影响。对于因工艺流程等引起的固有压力波动，理论上可以采用各种波形变换手段对采集到的信号波形进行变形分析处理。如：均值滤波、中值滤波、小波变换等。这需要根据管道的工况条件合理运用，才能起到有效的作用。
2.关于多分支复杂管网
输油管线大多不是一进一出简单管段，多是中间有一个或几个插入分支构成的复杂管网，这无疑给泄漏监测带来了很大的难度。一般说来，对于多分支管网，最好能在每个插输点安装采集装置，否则“管道输量平衡法”将失去有效的依据，无法把中间站的“减压操作”与确实发生的“泄漏” 区分开来。
3.关于多翻越管线
当管线穿越山梁沟壑，落差大时，就有可能形成半管油的充不满现象，阻断了压力波的传递途径，系统也就无法对泄漏进行定位。所以对于穿越山区的输油管线必须合理选择监测点并合理调整输油参数，必要时可以适当节流。
4.关于报警和定位模式
采用 “自动报警定位+人工核实”的模式是比较切合实际的，且此模式也必须在工况条件比较好的管线上运用才有一定的意义。因为这样可以充分发挥计算机的优势，有效地避免误报。倘若系统没有“人工手动核实”功能，一旦“自动报警定位”出现偏差，将无法作进一步的分析判断，有可能造成一些假象，引起不必要损失。
作者简介：杨柳，（1986年—）女，汉族，学历本科，于2009年毕业于西安石油大学（西安）自动化专业，在长庆油田分公司超低渗透油藏第一项目部从事数字化管理工作，助理工程师。
关键词：管道泄漏 负压波法 管道输量平衡法
一、序言
管道作为石油化工领域输送流体的最基本单元。与车辆拉运相比，无论从降低成本、提高安全性等方面都有较明显的优势。合水油田作为即将挺近百万吨油田队列的一员，原油輸送必不可少，但是由于各种外界环境及人为因素导致管道经常遭受破坏，给国家财产造成很大的经济损失，同时对环境的污染也是不可估量的。管道泄漏检测定位技术的应用显得尤为重要。
二、管道泄漏监测方法综述
1.预警型管道泄漏监测报警定位系统
光纤振动传感器检测技术是沿管线埋设测震光纤来监测距离检测光纤一定范围内的振动，通过建立各种振动特征库可以识别“振动”产生的原因与类型，对有可能威胁或正在输油管线的情况产生预警并定位，显然可以防患于未然。但由于测震光纤要求灵敏，所以不适于加“铠”，而无“铠”光纤自身的安全性大幅度降低；只适用于新铺设的管线，否则施工成本太高；需要比较完备的适用性好的“特征库”支持，且即便如此误报也是在所难免的，因此目前应用较少。
振动声波监测法其基本原理是沿管线埋设若干“测震”传感器，形成虚拟防线，实时监测管线及周边的振动声波，以此判断是否有人在管线上实施破坏行为。很显然，它也能起到防患于未然的作用。但其“测震”传感器需要每隔几百米到几千米就埋设一个，野外设备的施工、供电、通信和本身的安全维护与管理维护等的难度也是显而易见的。另外它需要一个涵盖尽可能宽的“声源特征库”来支持，否则“误报”“漏报”在所难免。昂贵的造价和野外维护管理难度限制了它应用。
2.报警型管道泄漏监测报警定位系统
报警型以“管道瞬变模型法”、“负压波法”、“管道输量平衡法”、“振动声波监测法”应用最多。
管道瞬变模型法是根据管道质量平衡原理，计算水利瞬变效应，建立数学模型，在计算机上实时运算，理论上可以准确定位。但由于管道的摩阻、流体的温降梯度等不可能是完全线性的，所以判断泄漏定位也就打了折扣。另外对压力、流量、温度等参数采集缺一不可，这对于某些不具备条件的管线就不适用，因而在一定程度上也限制了它的推广。
管道输量平衡法（简称输量平衡法）根据质量守恒定理，同一期间流进和流出管道的油品的质量应当相等。在管道两端安装流量计，实时监测比对两端流量，可以判断有无泄漏发生。由于某些管线没有流量计也不具备安装流量计的条件，其应用也受到了很大的限制。
泄漏声波检测法也叫音波检测法其基本原理是检测泄漏时产生的“泄漏声波”。声波检测法就是检测沿着管道内的液体传播低频波，来判断泄漏和定位的。由于“泄漏声波”很微弱，需要特殊的声波传感器，目前可以做到的最大检测距离是15km，具有了一定实用价值，是一种非常有前途的泄漏检测预定位方法。但其造价过高限制了它的应用与推广。
负压波法也叫水击波报警法。负压波法因其所需参数可多可少，能够根据已有的工艺流程取舍，施工、管理比较方便，对不同管网的适应性较强。这种简单实用特点，已经使其成为目前应用最为成功最为广泛的一种管道泄漏监测的方法。负压波信号被分别设在管道起点和末点的压力变送器捕获。泄漏位置的不同，两端变送器响应的时间差也不同，因此可以确定泄漏点的距离。
三、“负压波法”和“输量平衡法”互补型管道泄漏监测系统
“负压波法”和“输量平衡法”二者结合形成了优势互补，不但极大地提高了泄漏监测的准确率，而且一个测压点不需要再安装两台压力变送器了，从而使输油管到泄漏报警系统应用更加灵活方便了。合水油区管道泄漏检测均采用此方法，以下对此方法进行简单介绍和总结使用中存在的问题。
1.系统构成
“负压波法”和“输量平衡法”互补型管道泄漏监测系统结构如图所示。该系统主要由数据采集预处理系统、远程通信系统、监视分析与管理系统三大部分组成。
2.“负压波法”和“输量平衡法”互补型管道泄漏监测系统的优点
“负压波法”在判断有无泄漏发生时，可能因为某些站内操作引起的非泄漏“压力下降”导致发生频繁的无意义报警，从而影响定位的准确性，更容易造成“狼来了”的恶性后果；“输量平衡法”的引入使得问题得到有效解决，因此，二者结合后，形成了优势互补，可以极大地提高泄漏监测的准确率，而且不需要安装两台压变，从而使其应用更加灵活方便。此方法不仅屏蔽了站内某些操作引起的压力下降，而且可以轻而易举地判断出是否发生了泄漏。为生产带来很大方便。
四、应用情况分析
管道泄漏检测系统在合水油田的应用，降低了工人的劳动强度，提高了工作效率，减少了原油输送过程中打空盗油及原油泄漏事件的发生。通过近4年的应用，该系统在对泄漏事件及管线打眼事件能够准确检测并报警提示，为生产带来很大帮助，减少了经济损失及对环境的污染。为了保证系统的高精度，在应用过程中还需注意以下几方面。
1.关于信号干扰与识别
在理想的信号状态下，要识别“负压力波”信号并不困难。但在实际生产中，信号中的电磁干扰等会造成压力下降的假象，加大了真正“泄漏压力波”的识别难度。系统具有准确的识别能力外，还需要有良好的抗电磁干扰能力。
要做到这一点首先要合理选择前端数据采集部分的硬件，采取良好的隔离和抗干扰措施，尽量减小电干扰对原始数据的影响。对于因工艺流程等引起的固有压力波动，理论上可以采用各种波形变换手段对采集到的信号波形进行变形分析处理。如：均值滤波、中值滤波、小波变换等。这需要根据管道的工况条件合理运用，才能起到有效的作用。
2.关于多分支复杂管网
输油管线大多不是一进一出简单管段，多是中间有一个或几个插入分支构成的复杂管网，这无疑给泄漏监测带来了很大的难度。一般说来，对于多分支管网，最好能在每个插输点安装采集装置，否则“管道输量平衡法”将失去有效的依据，无法把中间站的“减压操作”与确实发生的“泄漏” 区分开来。
3.关于多翻越管线
当管线穿越山梁沟壑，落差大时，就有可能形成半管油的充不满现象，阻断了压力波的传递途径，系统也就无法对泄漏进行定位。所以对于穿越山区的输油管线必须合理选择监测点并合理调整输油参数，必要时可以适当节流。
4.关于报警和定位模式
采用 “自动报警定位+人工核实”的模式是比较切合实际的，且此模式也必须在工况条件比较好的管线上运用才有一定的意义。因为这样可以充分发挥计算机的优势，有效地避免误报。倘若系统没有“人工手动核实”功能，一旦“自动报警定位”出现偏差，将无法作进一步的分析判断，有可能造成一些假象，引起不必要损失。
作者简介：杨柳，（1986年—）女，汉族，学历本科，于2009年毕业于西安石油大学（西安）自动化专业，在长庆油田分公司超低渗透油藏第一项目部从事数字化管理工作，助理工程师。