针对油气管道中泄漏检测技术研究

2022-11-30

作为现代天然气、石油等能源输送的主要方式, 管道运输具有更高的可靠性和稳定性。然而由于油气管道的输送规模及距离都比较长, 其需要穿过多种地形地质环境, 加上输送介质的复杂性, 使得输送管道内外极易出现较为严重的腐蚀, 如绝缘防腐层的破坏与老化等都会加剧钢管的穿孔, 严重时就会造成管道穿孔泄露。油气泄漏时具有较强的隐蔽性, 一般较难发现;而液化石油气等泄露时会在低洼处滞留或流动, 在污染环境的同时也给附近的居民等带来极大的安全隐患。如何提高油气管道泄露检测的质量成为管道企业日益重视的问题。因此, 加强有关油气管道中泄漏检测技术的探讨, 对于改善油气管道泄露检测的技术水平具有重要的现实意义。

一、油气管道检漏方法指标

性能良好的油气管道检测仪器或技术应当具有高效可靠的泄露定位系统, 能够在细微泄露问题发生的过程中及时报警, 并对泄露位置进行快速定位、预测估计已经发生的泄漏量, 其对于工程的不同情况要具有相应的适用性能, 具有较高的鲁棒性和较低的漏报率与误报率, 且维护简单。总结其性能指标应当包括有效性、响应时间、评估水平、灵敏性、维护指标、定位精度、成本、误报率等方面。

1. 综合性能指标

(1) 自适应能力:是指检测系统对于不同的检测对象具有相应的自适应能力, 并能够根据变化的信息来完善自身的性能。

(2) 鲁棒性:是指检测系统在存在建模误差、干扰、噪声影响等状况下仍能准确完成对泄露对象的检测, 且能确保漏报率与误报率在规定标准范围以内。检测系统具有越强的鲁棒性, 其可靠性程度就会越高。[1]

2. 诊断性能指标

(1) 泄露检测的精度:即是指检测系统在估计泄露问题的时变特性和大小时所能达到的准确性。精确估计管道泄露的时变特性, 不但能够了解泄露发生的程度, 还能预测管道腐蚀、老化的情况且制定恰当的处理方案。

(2) 泄露与正常工序操作的分离能力:是指检测系统对于倒灌、调阀、启泵、停泵、管道泄漏情况等的区分性能。检测系统具有越强的区分性能, 其误报率与虚报率就会越低。

在具体的工程设计过程中, 应当根据工程的性能要求与工程条件等明确不同性能要求之间的从属关系, 然后据此分析相应的泄露检测方法与技术, 合理取舍后采取最佳的解决措施。

二、油气管道泄露检测技术

1. 统计分析技术

统计分析技术的原理是在油气管道出现泄露问题时, 其流量与压力状态等都会出现不同程度的变化, 如进出口处的流量会出现差异、压力降低等, 对于原管道所采用的流量与压力关系模型就不再成立。统计分析技术主要采用序贯概率比检验法, 其是一种以“顺序概率测试”为基础的假设检验统计方法, 此方法能够根据实际检测到的流量与压力指标呈现泄露发生的置信水平。此种方法的优点是能够避免管道模型的建立, 所需的计算量较小, 误报率较低, 且能够较强的适应工程条件的变化, 主要缺点是需要较高的仪器精度, 其需要在流量指标检测的基础上对管道泄露进行评估, 响应时间较为缓慢。在具体统计过程中, 需要通过流量变化情况来平衡输入与输出的质量, 由于输出的流量与压力均值相比于输入的流量与压力均值具有一定的差异, 而其差异的大部分是在可允许接受的范围以内, 只有较小部分的偏差属于异常值, 因此通过计算分析标准偏差并对零假设进行检验, 在显著性检验的基础上便能够诊断故障是否发生, 最后采用最小二乘法即可对故障部分进行定位。[2]

2. 负压波法

在油气管道出现意外泄漏时, 其泄露处由于流体物质的减少会降低局部液体的密度, 进而造成瞬态压力的突然下降以形成负压波。生成的负压波会按照一定的速度分别向管道两端传输, 此时管壁作为波导管会让压力波在传输过程中出现不同程度的衰减, 以使其传输到更远的距离位置。在经过较长时间传至上下游后, 上下游的压力传感器就能及时采集到明显的瞬态压力波形, 以此完成对泄露故障的诊断。通过计算上下游压力传感器接受瞬态压力的时间差, 然后依据压力波的传输速度就能够预测出泄露发生的位置。负压波法检测管道泄露的示意图如图1所示:

管道泄露位置计算公式为:

L1=[L (c-v) + (c2-v2) *t]/2c

公式中, L1表示A点到泄露点的距离, 管道长用L表示;c表示负压波传输的速度;v表示液体的流动速度;t表示负压波传送到A点、B点之间的时间差。通常负压波在原油管道中的传播速度为1200m/s, 而在气体管道中的传播速度为320m/s。[3]

在实际管道传输过程中, 棺材的弹性、温度、液体的弹性、密度等因素都会对负压波的传播速度造成影响, 因此使用此方法的重点是正确计算出负压波的传播速度。此种方法具有较高的灵敏度和准确性, 且不需要对管线的复杂数学模型进行建立, 工作原理简单可靠, 具有较好的适用性, 因此在油气管道泄露检测中应用广泛。