天然氣管線泄漏檢測與定位方法介紹

天然氣輸送管道的泄漏，會造成損失和危害，及時檢測出泄漏并確定泄漏點非常重要。隨著天然氣工業的發展，管道輸送在國民經濟中的地位越來越重，研究出一種可靠、經濟的檢漏定位方法更顯得異常必要。下面介紹一下近幾十年來國內外天然氣管線的泄漏檢測及定位技術和各種方法的優缺點。

管道技術在天然氣輸送中有著獨特的優勢。隨著西部油田的開發和“西氣東輸”工程的進行，管道運輸將會在我國國民經濟中占據越來越重要的地位。管道服役時間不斷增長而逐漸老化，或受到各種介質的腐蝕以及其它破壞因素，會引起管道泄漏。例如：泵站的開關所帶來的應力、壓力控制閥的誤操作、處于腐蝕環境下管道的老化、埋管土壤潮濕及溫度變化、通過公路時受壓過大、人為的破壞等等都是常見的原因。

天然氣管道的泄漏不僅導致了資源的損失，同時極大地污染了環境，甚至發生火災爆炸，嚴重威脅人民生命財產的安全。因此，對天然氣管道泄漏檢測技術的研究，是一個有實際意義的工作。

管道泄漏檢測方法可以分成管內檢測法和管外檢測法。

1、管內檢測法

將探測球從管道一端放入，球在管道內部流動介質的推動下，順流而下，采用漏磁，超聲波、渦流、錄像等技術采集管道內的信息，然后從管道另一端將探測球取出，*后進行數據分析和處理，確定泄漏點位置。此種方法定位較為準確，但是投資巨大。實時性差，只適用于較大口徑管道。而且極易發生管道堵塞、停運等嚴重事故。

2、管外檢測法

管外檢測法又可分為直接檢測法和間接檢測法。直接檢測法含4種檢測類型：人工巡線法、檢測元件法、氣體檢測法、機載紅外線法。

人工巡檢法

由技術人員攜帶檢測儀器或經過訓練的動物分段對管道進行檢測，或者在管道沿線設立標志樁，公布管道所轄單位的電話號碼，管道發生泄漏時由附近居民打電話報*。此種方法定位精度高，誤報率低．但依賴于人的敏感性、經驗和責任感，只能發現較大的泄漏，并且檢測是逐段的進行，實時性差。

檢測元件法

在管道外側按適當間隔設置相應的檢測元件，以檢測管道泄漏的氣體。使用傳感器檢測定位精度高，但不適用于已建成管道。

氣體檢測法

利用檢測有無可燃氣體的方法來確定可燃性氣體的泄漏．一般多采用基于直接接觸燃燒熱原理的可燃性氣體檢測器。多用于氣體管道。受溫度、污染或機械運行的影響較小。但對密閉空問內的管道泄漏檢測時易引起燃燒或爆炸事故。

機載紅外線法

用直升機吊一航天用的精密紅外攝像機沿管道飛行，記錄埋地輸油管道周圍某些不規則的地熱輻射效應，利用光譜分析可檢測出較小泄漏位置，分析結果記錄在攝像機內。這種方法不能連續監測，靈敏度高。這種方法可用于長管道微小泄漏的檢測。

間接檢測法又可分為基于信號的處理方法、基于模型的處理方法和基于知識的處理方法。

基于信號的處理方法

基于信號的處理方法含5種檢測法：壓力梯度法、負壓波法、壓力點分析法、流量平衡法和聲學方法。壓力梯度法是當管線上有泄漏發生時，泄漏點處的壓力將發生變化，形成以泄漏點為拐點的壓力梯度曲線。通過求解壓力曲線的拐點，可大體計算出泄漏點的位置。使用這種方法多數情況下需要安裝至少一只壓力傳感器在站外，容易受不法分子的破壞。負壓波法的描述為，當管道某處突然發生泄漏時，泄漏處將出現瞬態壓力突降，形成一個負壓波。利用壓力傳感器捕捉負壓波特征進行泄漏判斷和泄漏點定位。這種方法具有很快的響應速度和較高的定位精度，可以迅速檢測出大的泄漏，自動化程度高。但對于比較小的泄漏或已經發生的泄漏檢測效果不佳。壓力點分析法是在管道沿線設點進行壓力檢測，用統計的方法分析檢測值，提取壓力變化曲線，并與管道處于正常運行狀態時的曲線作比較，根據兩者之問的差別來判斷泄漏是否發生。壓力點分析法只需要一個或幾個檢測點的壓力信號，不需要建模，存儲數據量和計算量都比較小，對氣體管道泄漏的響應時間比較快．但是無法定位，同時對泄漏量的評估能力比較差。流量平衡法原理為：管道無泄漏運行時，管道的入口流量應該等于出口流量。有泄漏時，在管道的入口與出口將出現明顯的流量差。這種方法原理簡單，但只能大概判斷泄漏的發生，不能進行定位。檢測周期長。聲學方法通過聲音傳感器檢測沿管壁傳播的泄漏點噪聲，利用相關信號處理技術進行泄漏檢測和定位。聲學方法泄漏檢測準確率高，定位精度高，但沿程安裝大量傳感器在許多場合是不適宜的，限制了其應用。

基于模型的處理方法

基于模型的處理方法可分為5種檢測法：狀態觀測器法、系統辨識法、卡爾曼濾波法、實時模型法和瞬變流模型法。狀態觀測器法通過建立管道內流體壓力和流量的狀態方程，對管道流量的實測值和觀測值的偏差信號采用適當的算法進行檢漏。該方法假定兩站的壓力不受泄漏量的影響，僅適于小泄漏量情形。系統辨識法的原理是辨識出管道模型，與管道實際值進行比較來進行泄漏判斷。此種方法必須假設兩站的壓力不受泄漏量的影響。也僅適于小泄漏量情形。卡爾曼濾波法通過建立包含泄漏量在內的壓力、流量狀態空間離散模型，以管道首末端的壓力和流量作為輸入，將整個管道空間定量劃分為若干段，在每一個分段點上設定壓力、流量，泄漏量等3個狀態，并以各分段點處的泄漏量作為輸出，運用適當判別準則進行泄漏檢測和定位。使用該方法需要知道過程噪聲的均值、方差等先驗知識，且檢測與定位精度和等分段數有關。實時模型法建立管內流體動態模型，定時采集管道上的一組實際值，由模型觀測管道中流體的壓力和流量值。然后將這些觀測值與實測量值作比較來檢漏，若二者不一致，則說明管道發生泄漏。這種方法的檢測精度依賴于模型和硬件的精度，且泄漏點的定位機理大都是基于線性壓力梯度法。瞬變流模型法通過建立檢測系統，系統由瞬變流模型，檢測裝置，計算機和數據采集板組成。通過采集數據、模型分析以及通訊來檢測管道泄漏。為提高檢測的準確性、靈敏度及精度。可在監測管道中間增加若干壓力和溫度傳感器。這種方法準確性，可靠性較高，但模型比較復雜。

基于知識的處理方法

基于知識的處理方法可分為3種檢測方法：統計分析法、神經網絡法和模式識別法。統計分析法是使用統計方法，對管道的入、出口的壓力、流量值進行分析。連續計算發生泄漏的概率。確定泄漏發生后。采用*小二乘算法進行定位。這種方法不需要建立管道模型，計算量比較小，誤報*率低，適應環境能力強。但是對儀器的精度要求比較高。對氣體管道泄漏的響應時間比較慢。神經網絡法是基于人工神經網絡的方法對管道運行狀況進行分類識別，是一種基于經驗的類似人類的認知過程的方法。它實時性好，并且具有較強的抗惡劣環境和抗噪聲干擾的能力。但作為一項新的技術，人們對它還需要一個認識過程。模式識別法對泄漏產生的瞬態負壓波進行特征提取和結構模式識別，以此進行泄漏檢測。此法抗干擾力強，具有高效快速的特點，但需要豐富的先驗。

3、結論

   衡量管道泄漏檢測方法的優與劣主要有9個標準：靈敏度、定位精度、響應時間、誤報率、評估能力、適應能力、有效性、使用與維護要求和費用問題。據以上的標準，許多檢測方法都存在尚需解決的問題。比如小泄漏檢測與定位問題、多泄漏點管網的泄漏檢測與定位、原油管道與天然氣管道泄漏檢測與定位的區別，以及單一使用一種方法的缺陷都是今后研究的重點。