论文部分内容阅读
【摘 要】油气管道泄漏检测是一项复杂的系统工程，泄漏检测方法很多，一条输油管道适用哪种检测方法，需要根据管道的设计参数、输送介质参数、设备的经济性综合选择，没有适用于所有管道的泄漏监测方法。当管道参数（如输量、运行压力、介质属性）发生较大变化时，还应及时对管道泄漏监测系统进行调整。
【关键词】油气管道;泄漏;监测技术;分析
近年来，国内外涌现出许多好的安全监测和泄漏诊断方法，但总体来说，根据测量手段、测量媒介、检测装置所处位置和检测对象的不同，这些方法大体上可按以下方式分类：直接检测法与间接检测法;基于硬件与软件的检测法;内部检测法与外部检测法。较常用的分类方法为外部检测法和内部检测法。
一、油气管道的泄漏检测技术与方法
根据检测过程中所使用的测量手段不同，分为基于硬件和软件的方法;根据测量分析的媒介不同，可分为直接检测法与间接检测法;根据检测过程中检测装置所处位置不同，可分为内部检测法与外部检测法;根据检测对象的不同，可分为检测管壁状况和检测内部流体状态的方法。
1、声发射技术法。当油气管道发生泄漏时，流体（气体）通过裂纹或者腐蚀孔向外喷射形成声源，然后通过和管道相互作用，声源向外辐射能量形成声波，这就是管道泄漏声发射现象。对这些因泄漏引起的声发射信号进行采集和分析处理，就可以对泄漏以及其位置进行判断。
2、GPS时间标签法。采用GPS同步时间脉冲信号是在负压波的基础上，强化各传感器数据采集的信号同步关系，通过采样频率与时间标签的换算，分别确定管道泄漏点上游和下游的泄漏负压波的速度，然后利用泄漏点上下游检测到的泄漏特征信号的时间标签差，就可以确定管道泄漏的位置。采用GPS进行同步采集数据，泄漏定位精度可达到总管线长度的1%之内，比传统方法精度提高近3倍。
3、负压波法。当管道发生泄漏事故时，在泄漏处立即有物质损失，并引起局部密度减小，进而造成压力降低。泄漏时产生的减压波被称为负压波。设置在泄漏点两端的传感器根据压力信号的变化和泄漏产生的负压波传播到上下游的时间差，就可以确定泄漏位置。该方法灵敏准确，无需建立管线的数学模型，原理简单，适用性很强。但它要求泄漏的发生是快速突发性的，对微小缓慢泄漏不是很有效。
根据这一科学原理，在对小波变换法和分析法充分利用，便可对泄漏点加以定位和检测。这种方法需要对沿线设置进行连续性的测流、测压、测温，将其进行记录并远传到主控室中，同时其对传输电路、传感器精度、计算机和相关的仿真软件都有很高要求。利用压力波方式对漏法进行检测的主要特点是能够及时发现泄漏量较少的点。
4、管道平衡法。基于仪表的测量方法决定了输入和输出测量值之间的不平衡，这种不平衡在选定的时间间隔内（时间窗口）与预先设定的报警阈值不一致。不平衡由一系列的时间周期或窗口来监视，从而探测不同大小的管道泄漏。管道平衡法可分为流量平衡法、质量平衡法、体积平衡法、改进型体积法和补偿型质量平衡法。
5、实时瞬态模型法。为了设计特定管道的RTTM，需要了解管道的配置，包括管道的物理参数（管长、管径、壁厚、管道构成、路线走向、粗糙度、泵、阀门、设备位置等）及流体物性（精确的体积模量、黏度等）。根据边界条件和实时瞬态水力模型对整个管道系统的流体动态特征值进行模拟。将模拟结果与测量数据（压力和流量）进行比较，根据平衡原理判断管道是否存在泄漏。。
6、状态估计法。该方法根据质量平衡方程、动量平衡方程、能量平衡方程及状态方程等机理建模。得到一个非线性的分布式参数系统模型， 通常可采用差分法或特征线法等方法将其线性化。设计状态估计器对系统状态进行估计，将估计值作为泄漏检测的依据，这就是基于状态估计的方法的基本原理。其中估计器可以是观测器，也可以是Kalman滤波器。根据建立模型的方法，状态估计法可分为不包含故障的模型法和包含故障的模型法。
7、统计分析法。统计分析法的应用程度随所使用的统计分析方法不同而有较大差别。复杂的统计方法需要计算管道泄漏概率及非管道泄漏的概率，对管道沿线的压力和流量输入数据实时进行统计评价，来判断是否发生各种不同模式的泄漏，用概率值表示是否发生泄漏。
8、音波/负压波法。音波/负压波技术利用管道内液体撞击泄漏口形成的压力变化检测泄漏。當管道泄漏时，泄漏点处压力突然下降，因而产生音波/负压波，分别向上下游传播。在该类型管道泄漏监测系统中，高响应速率/中等精度的压力传感器安装在管道选定位置，连续不断地检测压力波动。系统将压力的突降和恢复状况报告给控制中心，在控制中心对监测点数据进行分析来确认是否发出报警。
9、压力梯度法。当管道正常输送时，站间管道的压力坡降呈斜直线，当发生泄漏时，漏点前后的压力坡降呈折线状，折点即为泄漏点，据此可算出实际泄漏位置。压力梯度法只需要在管道两端安装压力传感器，简单、直观，不仅可以检测泄漏，而且可确定泄漏点的位置。但因为管道在实际运行中，沿线压力梯度呈非线性分布，因此压力梯度法的定位精度较差，而且仪表测量对定位结果有很大影响。所以压力梯度法定位可以作为一个辅助手段。
二、油气管道泄漏检测技术的发展趋势
当前管道企业获得了突飞猛进的发展，所以在管道泄漏方面的检测技术也有了很大的提高，通过对管道泄漏检测系统进行研制和开发，可以使得泄漏定位、检测精确度、灵敏度、可靠性得到提升，当前管道在泄漏检测方面主要有以下发展趋势：
1、采用软硬件相结合的方法来进行输油管道的泄漏检测，在检测过程中应以软件方法为主，而硬件方法为辅
近些年来，控制理论、计算机技术、模式识别、信号处理、人工智能等学科获得了很大发展，这些技术的发展促进了输油管线泄漏检测技术的进步，这种以软件为主的检测方法能够实现在线监测，出现问题时迅速发出报警信号。所以，这种检测技术以成为研究的趋势和热点，同时对于非线性的管道系统，在检测和定位的过程中自动适应思想具有重要作用。但是因为基于硬件方法存在定位精度方面较高和在误报警率方面较低，所以将硬件方法和软件方法进行有机结合，就能够促进管道泄漏检测的技术发展。
2、实现SCADA系统和泄漏检测系统的有机结合
SCADA系统能够为泄漏检测系统提供准确的数据源，同时能够监管管道运行状况，这是管道检测自动化的主要发展方向。因为检漏系统的单一性不利于经济效益的实现，所以泄漏检测系统将和SCADA系统进行有机结合，对SCADA系统中的功能加以充分利用，并使其成为SCADA系统的重要组成部分。
三、结束语
油气管道泄漏检测是一项复杂的系统工程，泄漏检测方法很多，一条输油管道适用哪种检测方法，需要根据管道的设计参数、输送介质参数、设备的经济性综合选择，没有适用于所有管道的泄漏监测方法。当管道参数（如输量、运行压力、介质属性）发生较大变化时，还应及时对管道泄漏监测系统进行调整。无论采用何种方法，都要提高对微小的缓慢泄漏量检测的灵敏度，以及对泄漏点定位的精度。在现有条件下，要按照科学的最佳管道泄漏检测与定位方法技术组合的方案，在现场运用中考虑各种检漏方法的特点，继续开发运用新型高效管道泄漏检测和定位的自动化技术方法，迅速、准确、及时地采用恰当措施发现、控制和解决险情，更好地保护和改善环境，保障人们的生命财产安全。
【参考文献】
[1]国内外油气管道泄漏检测技术的发展现状[J]; 夏海波;张来斌;王朝辉;油气储运; 2001年01期
[2]刘超;刘治坤;浅谈输油管道泄漏检测技术研究与应用[J];科技致富向导;2013年第20期
[3]安杏杏;董宏丽;等;输油管道泄漏检测技术综述[J];吉林大学学报（信息科学版）;2017年第04期
[4]郭禄浩;输油管道泄漏检测技术发展研究[J];化工管理;2014年第12期
【关键词】油气管道;泄漏;监测技术;分析
近年来，国内外涌现出许多好的安全监测和泄漏诊断方法，但总体来说，根据测量手段、测量媒介、检测装置所处位置和检测对象的不同，这些方法大体上可按以下方式分类：直接检测法与间接检测法;基于硬件与软件的检测法;内部检测法与外部检测法。较常用的分类方法为外部检测法和内部检测法。
一、油气管道的泄漏检测技术与方法
根据检测过程中所使用的测量手段不同，分为基于硬件和软件的方法;根据测量分析的媒介不同，可分为直接检测法与间接检测法;根据检测过程中检测装置所处位置不同，可分为内部检测法与外部检测法;根据检测对象的不同，可分为检测管壁状况和检测内部流体状态的方法。
1、声发射技术法。当油气管道发生泄漏时，流体（气体）通过裂纹或者腐蚀孔向外喷射形成声源，然后通过和管道相互作用，声源向外辐射能量形成声波，这就是管道泄漏声发射现象。对这些因泄漏引起的声发射信号进行采集和分析处理，就可以对泄漏以及其位置进行判断。
2、GPS时间标签法。采用GPS同步时间脉冲信号是在负压波的基础上，强化各传感器数据采集的信号同步关系，通过采样频率与时间标签的换算，分别确定管道泄漏点上游和下游的泄漏负压波的速度，然后利用泄漏点上下游检测到的泄漏特征信号的时间标签差，就可以确定管道泄漏的位置。采用GPS进行同步采集数据，泄漏定位精度可达到总管线长度的1%之内，比传统方法精度提高近3倍。
3、负压波法。当管道发生泄漏事故时，在泄漏处立即有物质损失，并引起局部密度减小，进而造成压力降低。泄漏时产生的减压波被称为负压波。设置在泄漏点两端的传感器根据压力信号的变化和泄漏产生的负压波传播到上下游的时间差，就可以确定泄漏位置。该方法灵敏准确，无需建立管线的数学模型，原理简单，适用性很强。但它要求泄漏的发生是快速突发性的，对微小缓慢泄漏不是很有效。
根据这一科学原理，在对小波变换法和分析法充分利用，便可对泄漏点加以定位和检测。这种方法需要对沿线设置进行连续性的测流、测压、测温，将其进行记录并远传到主控室中，同时其对传输电路、传感器精度、计算机和相关的仿真软件都有很高要求。利用压力波方式对漏法进行检测的主要特点是能够及时发现泄漏量较少的点。
4、管道平衡法。基于仪表的测量方法决定了输入和输出测量值之间的不平衡，这种不平衡在选定的时间间隔内（时间窗口）与预先设定的报警阈值不一致。不平衡由一系列的时间周期或窗口来监视，从而探测不同大小的管道泄漏。管道平衡法可分为流量平衡法、质量平衡法、体积平衡法、改进型体积法和补偿型质量平衡法。
5、实时瞬态模型法。为了设计特定管道的RTTM，需要了解管道的配置，包括管道的物理参数（管长、管径、壁厚、管道构成、路线走向、粗糙度、泵、阀门、设备位置等）及流体物性（精确的体积模量、黏度等）。根据边界条件和实时瞬态水力模型对整个管道系统的流体动态特征值进行模拟。将模拟结果与测量数据（压力和流量）进行比较，根据平衡原理判断管道是否存在泄漏。。
6、状态估计法。该方法根据质量平衡方程、动量平衡方程、能量平衡方程及状态方程等机理建模。得到一个非线性的分布式参数系统模型， 通常可采用差分法或特征线法等方法将其线性化。设计状态估计器对系统状态进行估计，将估计值作为泄漏检测的依据，这就是基于状态估计的方法的基本原理。其中估计器可以是观测器，也可以是Kalman滤波器。根据建立模型的方法，状态估计法可分为不包含故障的模型法和包含故障的模型法。
7、统计分析法。统计分析法的应用程度随所使用的统计分析方法不同而有较大差别。复杂的统计方法需要计算管道泄漏概率及非管道泄漏的概率，对管道沿线的压力和流量输入数据实时进行统计评价，来判断是否发生各种不同模式的泄漏，用概率值表示是否发生泄漏。
8、音波/负压波法。音波/负压波技术利用管道内液体撞击泄漏口形成的压力变化检测泄漏。當管道泄漏时，泄漏点处压力突然下降，因而产生音波/负压波，分别向上下游传播。在该类型管道泄漏监测系统中，高响应速率/中等精度的压力传感器安装在管道选定位置，连续不断地检测压力波动。系统将压力的突降和恢复状况报告给控制中心，在控制中心对监测点数据进行分析来确认是否发出报警。
9、压力梯度法。当管道正常输送时，站间管道的压力坡降呈斜直线，当发生泄漏时，漏点前后的压力坡降呈折线状，折点即为泄漏点，据此可算出实际泄漏位置。压力梯度法只需要在管道两端安装压力传感器，简单、直观，不仅可以检测泄漏，而且可确定泄漏点的位置。但因为管道在实际运行中，沿线压力梯度呈非线性分布，因此压力梯度法的定位精度较差，而且仪表测量对定位结果有很大影响。所以压力梯度法定位可以作为一个辅助手段。
二、油气管道泄漏检测技术的发展趋势
当前管道企业获得了突飞猛进的发展，所以在管道泄漏方面的检测技术也有了很大的提高，通过对管道泄漏检测系统进行研制和开发，可以使得泄漏定位、检测精确度、灵敏度、可靠性得到提升，当前管道在泄漏检测方面主要有以下发展趋势：
1、采用软硬件相结合的方法来进行输油管道的泄漏检测，在检测过程中应以软件方法为主，而硬件方法为辅
近些年来，控制理论、计算机技术、模式识别、信号处理、人工智能等学科获得了很大发展，这些技术的发展促进了输油管线泄漏检测技术的进步，这种以软件为主的检测方法能够实现在线监测，出现问题时迅速发出报警信号。所以，这种检测技术以成为研究的趋势和热点，同时对于非线性的管道系统，在检测和定位的过程中自动适应思想具有重要作用。但是因为基于硬件方法存在定位精度方面较高和在误报警率方面较低，所以将硬件方法和软件方法进行有机结合，就能够促进管道泄漏检测的技术发展。
2、实现SCADA系统和泄漏检测系统的有机结合
SCADA系统能够为泄漏检测系统提供准确的数据源，同时能够监管管道运行状况，这是管道检测自动化的主要发展方向。因为检漏系统的单一性不利于经济效益的实现，所以泄漏检测系统将和SCADA系统进行有机结合，对SCADA系统中的功能加以充分利用，并使其成为SCADA系统的重要组成部分。
三、结束语
油气管道泄漏检测是一项复杂的系统工程，泄漏检测方法很多，一条输油管道适用哪种检测方法，需要根据管道的设计参数、输送介质参数、设备的经济性综合选择，没有适用于所有管道的泄漏监测方法。当管道参数（如输量、运行压力、介质属性）发生较大变化时，还应及时对管道泄漏监测系统进行调整。无论采用何种方法，都要提高对微小的缓慢泄漏量检测的灵敏度，以及对泄漏点定位的精度。在现有条件下，要按照科学的最佳管道泄漏检测与定位方法技术组合的方案，在现场运用中考虑各种检漏方法的特点，继续开发运用新型高效管道泄漏检测和定位的自动化技术方法，迅速、准确、及时地采用恰当措施发现、控制和解决险情，更好地保护和改善环境，保障人们的生命财产安全。
【参考文献】
[1]国内外油气管道泄漏检测技术的发展现状[J]; 夏海波;张来斌;王朝辉;油气储运; 2001年01期
[2]刘超;刘治坤;浅谈输油管道泄漏检测技术研究与应用[J];科技致富向导;2013年第20期
[3]安杏杏;董宏丽;等;输油管道泄漏检测技术综述[J];吉林大学学报（信息科学版）;2017年第04期
[4]郭禄浩;输油管道泄漏检测技术发展研究[J];化工管理;2014年第12期