输油管道泄漏检测定位技术及其应用

引言

管道运输作为与公路、铁路、水运、航空并驾齐驱的五大运输行业之一, 已成为现代化工业和国民经济的命脉, 尤其是进行原油、天然气运输的长输管道, 其地位显得更加重要。

目前, 在国内外各大油田企业生产实际中, 大部分运输管道均处于野外环境中, 且运输长度动辄成百上千公里, 传统的人力沿线巡查无法保障紧急情况下的应急反应, 沿线排查的处置只会造成损失的进一步扩大。随着工业自控技术与通讯网络的不断发展, 即时的泄漏检测与定位技术已成功应用于管道运输的保障, 并在实际应用过程中不断完善, 成为预警管道泄漏的第一道防线。

一、泄漏检测技术现状

在实际的生产应用中, 存在多种多样的泄漏检测方法, 从简单的人工巡检到复杂的软硬件相结合的基于知识的方法, 从陆地检测到海底检测, 甚至利用飞机或卫星遥感检测大范围管网等, 方式不同且技术差别很大, 通常而言, 可从以下几个方面对现有的泄漏检测技术进行归纳分类:

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。

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. 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。

4. 声学原理检测法

这是一种基于声学原理的方法, 管线破裂时会产生高频的振动噪声, 这种噪声会以波的形式沿管壁传播, 通过安装在管线上的传感器来捕捉该信号。

负压波法是一种广泛使用的方法, 具有灵敏、准确、无需建立管道的数学模型, 原理简单, 适用性强等特点。

5. 基于软件的检测法

随着计算机、信号处理、模式识别等技术的发展, 基于软件的检测方法逐渐成为主流和趋势, 该类方法是对实时采集的压力、流量、温度等信号进行实时分析和处理。以此来判断泄漏和定位。如质量-流量平衡法、压力梯度法、相关分析法、实时模型法等。

6. 基于知识的检测法

主要是基于神经网络和模式识别的方法。

随着检测技术的不断完善和计算机技术的发展, 在一套泄漏检测系统中可能融合了多种检测方法。从目前国内实际应用情况来看, 以负压波为主、流量平衡为辅的方式应用最为广泛。

二、基于瞬态负压波技术的泄漏检测定位系统

1. 瞬态负压波法原理

输油管道一旦发生泄漏, 泄漏处会因流体物质损失而引起局部流体密度减小, 从而产生瞬时压力降低, 这个瞬时的压降则以声速向泄漏点上、下游同时传播, 当以泄漏前的压力作为参考标准时, 泄漏产生的减压波就成为了负压波。

通过在管段两端安装压力变送器采样压力信号, 利用负压波通过上、下游测量点的时间差 (Δt) 以及负压波在管线中的传播速度 (a) , 可以确定泄漏点的位置 (X) 。

2. 泄漏检测定位系统

根据实际生产需求, 国内某油田企业下属输油公司建设了基于瞬态负压波技术的泄漏检测与定位系统, 所建管线泄漏检测定位系统主要由如下几方面组成:

⑴现场仪表:罗斯蒙特3051型压力变送器, 防砂型腰轮流量计, PT100型温度变送器。

⑵数据采集:AB Micrologic 1400 RTU控制器。

⑶通讯链路:有线光纤通讯与无线3G通讯混合组成。

⑷泄漏软件及定位软件:管道泄漏检测及定位系统PLF3.1 (Piper Leak Finder 3.1) , 施耐德电气Vijeo Citect 7.1.

通过现场设备安装及控制中心的软件编程, 该输油公司完成了泄漏检测与定位系统的建设, 并已投入正常生产。

三、泄漏检测定位系统的实际应用

系统建设完成后, 为检测系统的泄漏响应时间、泄漏定位准确度, 确保系统起到正常的防护预警作用, 经生产协调, 该公司进行了一系列的泄漏试验, 通过选取各管段具有代表性的阀室进行了人工放油测试, 共测试13次。系统设定检测阀值为瞬时3立方米/小时, 当现场放油达到该值后1~3分钟内系统即可发出泄漏报警, 且总体定位精度在实际操作点±500米之内, 当系统检测到泄漏报警后即停止试验, 每次放油约0.5立方米。通过测试结果表明该公司泄漏检测系统的各项指标满足设计要求。

结束语

基于瞬态负压波技术的管线泄漏检测与定位系统的建设, 非常成功的解决了传统巡线模式下应对泄漏事件反应速度过慢、漏点不易确定等问题, 通过实际应用验证, 系统通过实时监测压力波动, 智能分析压力曲线, 能够在泄漏事件发生, 及时预警、准确定位, 极大的提高了应急处理的响应时间, 从根本上将泄漏造成的损失降至最低, 为企业创造了可观的经济效益, 也为社会减少环境污染成本的支出做出了很大贡献。

摘要：输油管道作为油品远距离传输的重要载体, 承担了全球各大油田绝大部分的油品输送任务, 如意外泄漏, 必须及时预警并准确定位, 才能将损失降至最低。本文在探讨管线泄漏检测定位技术的基础上, 重点介绍瞬态负压波法检测定位技术以及其在实际应用中的表现, 进而衡量该技术应用所带来的经济效益与社会价值。

关键词：输油管道,泄漏,检测,定位

参考文献

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