管道泄漏诊断方法研究

管道泄漏诊断方法研究（精选10篇）

管道泄漏诊断方法研究 第1篇

1 管道泄漏负压波诊断法

井下水管管道在正常运行状态下, 内部压力较高。当管道因人为损坏、外部挤压、管道腐蚀等因素导致发生泄漏时, 由于管道内外压力差较大, 使其管内输送的液体在内外压差的作用下快速流失。由于管内物质不间断地从泄漏点流出, 管内液体密度逐渐变小, 管道泄漏点的内部压力不断加大。泄漏点处压力突然下降, 但因液体的连续性, 管道中的液体流速不会立即发生变化, 使得泄漏点和相邻区域之间存在压力差。这种压力差会使得泄漏点上下游的高压液体流向泄漏点, 从而使得泄漏点相邻区域的密度和压力降低。这种现象从泄漏点处沿管道向相邻区域扩散, 相当于泄漏点处产生了以一定波速传播的负压力波。

负压波沿着管道能够传播数十千米, 传播距离比较长, 可以把压力传感器安装在管道泄漏点的上下游两端, 以此来采集负压波信号。因为负压波本身含有大量的有关泄漏点的信息, 所以可以根据采集到的数据检测出泄漏。通过两传感器测量到的时间, 计算时间差, 又根据负压波沿管道传播的大概速度, 就能够大概地定位出泄漏点。

图1中上下游两传感器之间的距离为L, 泄漏点与上游传感器之间的距离为X, 液体的流速为V, 负压波的传播速度为a, 上游传感器检测到负压波的时刻为t1时刻, 下游传感器检测到负压波的时间为t2时刻。令Δt=t1-t2, 则

等价于, 式中的负压波的传播速度远大于液体的流速, 因此液体的流速V忽略不计。可简化为:

其中X———泄漏点距离上游传感器的距离, 单位为m;L———上下游传感器之间的距离, 单位为m;a———负压波在管道中的传播速度, 单位为m/s;Δt———上下游两压力传感器接受到负压波的时间差, 单位为s。

X和L可直接测量得到, 负压波的传播速度a与时间差Δt未知, 需要在实际监测系统中根据传感器测得的数据进行间接计算。

由管道泄漏定位公式 (2) 可知, 上下游传感器检测到负压波信号的时间差Δt是影响管道泄漏定位精度的一个重要因素。采用时延估计计算上下游传感器接收到负压波信号的时间差Δt。

互相关算法是进行时延估计的一种常用方法。对上下游传感器采集到的负压波信号进行相关分析, 建立模型如下:

其中x1 (t) 、x2 (t) 分别为上下游压力传感器检测到的信号;s (t) 为泄漏信号;n1 (t) 、n2 (t) 为测量过程中的加性噪声;s (t) 、n1 (t) 、n2 (t) 两两互不相关;D为上下游两传感器检测到信号的时间差;α表示泄漏信号在传播过程中的能量损失。

假设x1 (t) 、x2 (t) 为零均值平稳随机信号, 则互相关函数为:

因已假设s (t) 、n1 (t) 、n2 (t) 两两互不相关, 则:

式中Rss (τ+D) 为自相关函数, 因Rss (τ+D) ≤Rx1x2 (0) , 当τ=-D时互相关函数Rx1x2取得最大值, 由此得到上下游两传感器检测到信号的时间差Δt。

要得到正确的上下游两传感器检测信号的时间差Δt, 需要上下游两传感器的采集时间必须同步。但是井下管道分布复杂, 两监测点之间的距离长, 因PLC内部晶振存在误差, 所以管道上下游两传感器的采样难以同步。为了解决这个问题, 选择使用计算机网络校时。通过NTP协议 (Network Time Protocol, 网络时间协议) , PLC以固定的时间间隔向LAN (Local Area Network, 局域网) 中的NTP服务器发送时钟请求。根据服务器的应答, 确定最可靠和最精确的时钟, 并同步站时钟。

由管道泄漏定位公式中可知影响泄漏定位的另一因素是负压波在管道中的传播速度。负压波的传播速度由下式决定:

式中V———负压波在管道中的传播速度, 单位为m/s;K———液体的体积弹性系数, 单位为Pa;ρ———液体密度, 单位为kg/m3;E———管材的弹性模量, 单位为Pa;D———管道直径, 单位为m;e———管壁厚度, 单位为m;C1———管道约束条件有关的修正系数。

由公式 (6) 可以看出负压波的传播速度与液体的弹性系数、液体密度以及管材的弹性模量和管道的尺寸规格有关。而液体的弹性系数和密度均与温度有关。为了获得准确的负压波在管道中的传播速度, 需在现场实际测量。

2 流量平衡判漏法

在一条未发生泄漏的管道内, 利用“流入等于流出”的原理, 实时监测管道上下游的流量。如果下游流出的流量小于上游流入的流量, 则说明可能发生了泄漏。但由于管道内流体的状态及其物力性质关系到流量的测量, 与温度、压力、粘度、密度等有直接的关系, 使得在未发生泄漏的管道上下游监测流量值仍有差别。但是上下游的流量差很小。

其中Q1 (t) ———上游流入流量;Q0 (t) ———下游流出流量;ΔQ (t) ———流量差。

正常情况下上下游流量差的绝对值很小, 将流量差绝对值的最大值作为管道的流量阈值ε:

管道在正常情况下|ΔQ (t) |很小, 若上下游之间发生泄漏, |ΔQ (t) |将增大。在不考虑外部干扰的情况下, 可以认为:实际监测的管道的上下游流量差小于流量阈值ε时, 管道未发生泄漏;若上下游流量差大于流量阈值ε, 管道发生泄漏, 如图2所示。

管道本身工况的改变, 如调节阀门等, 也将产生负压波, 容易产生误报警。虽然管道泄漏和管道工况改变均产生负压波, 但是管道发生泄漏时上下游流量差增大, 而当管道工况改变时上下游流量差下降。因此利用流量平衡法可以有效地对管道的运行状况进行判断, 识别出负压波是由于管道泄漏产生还是由于管道工况的改变, 降低误报率。

3 结束语

通过该检测技术手段, 有助于完善矿井管网系统, 促进矿井节能减排, 提高节能效果。一旦井下发生严重的管路泄漏, 能够在第一时间基于检测结果对泄漏点的位置进行准确预测, 以便及时采取措施加以防范, 保证矿井生产, 并且为查找处理故障节约时间。节省大量的人力物力, 提高工作效率。

摘要：随着矿井生产规模的扩展和新采区的开发, 井下管网也会变得更为庞大和复杂, 通过负压波诊断法及流量平衡判漏法, 可以对管道泄漏点快速定位, 提高矿井工作效率和管理水平。

关键词：管道泄漏,负压波诊断,流量平衡

参考文献

[1]王晓宇, 王树立.管道泄漏检测及定位技术的研究现状与发展方向[J].江苏工业学院学报, 2008 (03) .

[2]崔谦.油气管道泄漏检测方法的研究及应用[D].天津大学, 2005.

管道泄漏诊断方法研究 第2篇

摘要：随着石油、天然气等工业的发展,管道输送在国民经济中的地位越来越重要.然而,石油、天然气具有易燃、易爆的特点,一旦发生泄漏,极易造成火灾、爆炸等恶性事故.因此对输配管网的实时泄漏检测和定位显得异常重要,也是目前亟待解决的问题.系统介绍了泄漏检测和定位方法的.研究现状,并指出了泄漏检测和定位技术的发展方向.作 者：王晓宇 王树立 WANG Xiao-yu WANG Shu-li 作者单位：王晓宇,WANG Xiao-yu(常州轻工职业技术学院,信息工程系,江苏,常州,213164;江苏工业学院,机械与能源工程学院,江苏,常州,213016)

王树立,WANG Shu-li(江苏工业学院,机械与能源工程学院,江苏,常州,213016)

管道泄漏诊断方法研究 第3篇

摘要：城市燃气管道安全性能关系到企业的经济效益和人们的生命财产安全，燃气管道泄漏检测是防患于未然的重要手段。本文介绍了城市燃气管道泄漏的几种常用检测技术和方法，并对这些技术和方法进行了评价。

关键词：燃气管道；泄漏检测技术；评价

一、引言

城市燃气输送的主要方式为管道输送方式，燃气管道由于生产、安装、使用和管理等方面原因，可能存在燃气管道泄漏的现象，不但影响燃气的正常输送，而且污染环境，甚至引起火灾和爆炸等恶劣后果，对国家和人民的生命财产安全造成危害，造成伤亡和财产损失。燃气管道通常铺设在地下，管道网点多，铺设复杂，因此对于城市燃气管道泄漏检测技术要求较高，应寻求一种简单可靠、通用的技术与方法来检测燃气泄漏，并就泄漏位置进行定位。

二、燃气管道泄漏检测技术及方法

根据燃气管理铺设和安装原理，结合燃气泄漏方式，目前我国城市燃气管道泄漏检测技术与方法主要包括直接检测法和间接检测法，直接检测法主要是通过人体感官或者其他相关的传感装置直接检测并感知到燃气的泄漏，并对泄漏物进行检测，间接检测法主要是通过对燃气管道内燃气压力、温度和流量进行检测，并采用软件进行计算分析，推测出燃气泄漏情况。

（一）直接检测技术

1.直接巡视法。直接巡视法是指通过人工巡视的方式，通过巡视人员的感观和判断对燃气管道泄漏情况进行观察，通过闻、看、听等方式进行判断，这种方式很大程度上依赖于工作人员的专业水平、责任心和工作经验。另外，直接巡视法还可借助泄漏探测仪、红外激光气体测试仪等仪器辅助判断，在一定程度上提高了人工判断的准确性。直接巡视法虽然操作简单，但是无法实现管道泄漏的实时监测。

2.空气检测法。空气检测法主要是通过取样检测的方式，确定是否存在燃气泄漏。检测设备主要包括两种：可燃气体检测器和火焰电离检测器。可燃气体检测器是使用传感器对可燃气体进行监视，从空气中取到燃气泄漏的样本，并利用氧化催化原理，对燃气泄漏样本进行信号转换，根据燃气浓度产生不同的信号值，若燃气浓度达到预警下限的20%，可燃气体检测器中的继电器驱动信号触发控制装置，将信号传递到报警设备进行预警。火焰电离检测器主要是通过收集碳原子的方式进行计数并预警，气态烃类在有电场存在的情况下，经过纯氢火焰灼烧，产生带电碳原子，火焰电离检测器将碳原子收集到电极板上进行计数，当碳原子数量超过預警值时，检测器产生预警信号并报警。

3.泄漏电缆检测法。泄漏电缆是一种由特殊成分制造的电缆，这种电缆中的特殊成分能够与管道运送的燃气发生特定的反应，一旦燃气泄漏，电缆发生劣质反应，触发声光信号进行传送，以达到预警的目的。目前，泄漏电缆检测法主要包括两种方式，一种为燃气泄漏造成电缆特性阻抗改变，因此产生信号，另一种是燃气泄漏导致电缆短路，产生预警信号。泄漏电缆检测法较其他方法具有更高的灵敏性，能够及时发生燃气泄漏事故，但存在铺设和更换困难，造价高，无法连续使用的缺点，因此在一定程度上无法广泛应用。

（二）间接检测技术

1.流量判断法。流量判断法主要是对通过燃气管道气体的流量差额进行判断，确认是否发生了燃气泄漏。当流量差异较大，低于预设的预警值时，则流量计触发相关信号，传递到预警设备，发出预警信息。这种方式对流量测试仪的精确度要求较高，因此成本较高。

2.压力点分析法。压力点分析法的原理是指当管道内燃气正常传送时，管内保持稳定的气压，不会激发预警信号。当燃气管理泄漏时，沿管道会产生以声波形式传播的扩张波，导致管道各处压力发生变化，气压失去稳定，当压力变化超过预警值，则触发预警。通过管道各处压力变化情况，可以计算出燃气泄漏的位置。压力点分析法响应时间较快，但需要准确判断最初燃气泄漏的时间，因此对于微渗的情况无法准确判断。目前，压力点分析法已普遍应用于燃气管道泄漏的检测。

3.模型测算法。这种方法是指通过针对管道传输模型，对系统的实时参数进行计算并分析，通过对比估算值和测量值进行判断。在模型建立过程中，需要考虑燃气压力、温度、燃气密度等多种因素，才能达到模型计算的精确。因此在实际测算中实时性较强，敏感度较好，而且可以连续监测燃气管道的泄漏情况。这种方法的缺点在于由于灵敏性过大，因此容易产生误报警。

4.神经网络模糊识别。通常情况下，普通模型对于燃气管道泄漏的判断存在一定的准确性差异，神经网络模糊识别方法作为一种新兴的网络技术，能够以样本为对象进行学习，并且无限逼近非线性函数，因此灵敏度高，能够大幅提高燃气泄漏的精确度，同时具有抗干扰、抗噪声能力。这种方法误报警很少，但其缺点在于定时时只能以段为单位，无法更为精确的定位。

三、燃气管道泄漏检测方法优劣评价

（一）综合评价

直接检测方式和间接检测方式均存在各自的优势与缺点，因此，如果采用某一种检测方法，可能无法及时发现燃气管道的泄漏，并且无法达到精确的检测效果。通常情况下，在进行城市燃气管道泄漏检测时，应综合使用多种检测技术和方法，使各种方法之间相互取长补短，以达到可靠性和经济性能最优的检测系统。

（二）克服微量泄漏精度度和准确度难以兼顾的困难

无论是直接还是间接检测方法，各种燃气管道泄漏检测和泄漏定位技术都难以解决检测灵敏度和误报警之间难以调和的矛盾以及管道定位精度不高的困难。特别是当燃气泄漏较少，仅为微量泄漏时，某些管道泄漏检测技术可能由于精度无法达到检测标准，因此对微量泄漏检测不到。而其他精确度过高的技术，又有可能对非燃气泄漏的情况产生误报警。因此，在选择城市燃气管道泄漏技术与方法时，应充分关注微量缓慢泄漏的检测精度和泄漏点定位的准确程度，并防止误报警，实现各种检测方法的最佳组合。

（三）智能化检测技术是发展方向

智能化燃气管道泄漏检测技术是未来的发展方向，特别是目前已经正在初步使用的神经网络模型识别和检测系统，具备智能化、自动化的特点，这种技术和方法具有自我学习的功能，能够根据历史检测情况，通过自身的能力不断强化智能化检测技术，完善检测技术存在的问题。智能神经网络的发展依赖于现代计算机技术、网络信息技术和数学的发展，代表了燃气管道泄漏检测技术的发展方向。

（四）将数据采集、监控与泄漏检测技术相结合

可以考虑将管道传送数据、管道监控与燃气泄漏检测技术结合起来建立完善的系统，不仅能够监控管道的日常运行状况，而且能够为泄漏检测提供相关数据。由于数据采集、监控系统和泄漏检测系统单独建设需要花费一定的成本，若对相关系统进行整合，则不但能够充分利用系统之间的信息支撑，更有利于提高管道监控管理的智能化水平，向燃气管道自动化的方向发展。

四、结论

目前，城市燃气管道泄漏技术多种多样，主要包括直接检测法和间接检测法，并具有相关的特点。在燃气管道泄漏技术的实际选择方面，应结合多种检测技术和方法，充分利用各种技术的长处，克服相关的弱点，尽量平衡精确度和误报警之间的矛盾，将数据采集、管道监控与泄漏检测技术相结合，促进燃气管道检测技术向智能化方向发展。（作者单位：唐山市海港燃气有限公司）

参考文献：

[1]王泉林.城市燃气管道泄漏成因分析及对策[J].黑龙江科技信息.2012（05）

[2]张有礼.城市燃气管网泄漏原因分析及安全防范措施[J].工程与建设.2012（06）.

管道泄漏诊断方法研究 第4篇

关键词：管道泄漏,泄漏模式,量纲分析,模型实验,泄漏数学模型

1 概述

管道运输具有转运换装环节少、经济投资低、能源消耗低、运送量大、运输效率高、易于实现连续密闭运输和自动化管理等方面的优点[1]。它不仅应用于物料的长距离的输送, 在一些相关的石油化工企业, 由于生产的需要也得到了广泛的应用。然而, 在实际应用过程中, 由于管道的种类很多, 其使用工况也千差万别, 影响的因素和环节也比较复杂, 管道事故时有发生, 严重影响着人民的生命和财产的安全。泄漏是管道事故的主要直接原因, 管道的泄漏是客观存在的。然而, 由于泄漏介质属性的差异, 操作条件的不同以及管道材料及管道形状的不同, 这些都可能影响管道泄漏的规律。到目前为止没有哪一种数学模型能够完全适用于所有的泄漏情况, 因此有必要对特定条件下的泄漏进行研究, 找出适合该条件下的泄漏数学模型。

2 量纲分析及泄漏数学模型的建立

在模型的设计中, 最重要的是求出各相似准则和物理量之间的相似关系, 确定模型试验的目标函数, 并根据所得的相似条件对模型试验结果进行分析[2,3]。

2.1 液体管道泄漏模型中的相似关系

管道发生泄漏时, 泄漏量的大小主要和泄漏孔的大小、流体的密度、黏度、管内压力以及流体的平均流速等因素相关。假设泄漏孔的大小为A (小孔泄漏情况下一般可以把泄漏面积按照圆形来处理, 则A=1/4πd2, d为小孔的当量直径) , 密度为ρ, 黏度为η, 泄漏点的压力为p, 液体泄漏的平均流速为v=Q/A。

表1影响管道泄漏主要物理量的量纲

选取ρ、d、v为基本量, 各物理量之间存在函数的关系式为f (ρ, d, v, η, p) =0。变量数n=5, 基本量纲m=3, 则量纲为一参数的数目为n-m=2。

则各物理量的量纲列表如表1所示, 得出π1, π2的量纲矩阵表达式如下所示:

解得:

2.2 相似准则和相似方程的确定

由量纲理论结合上面的分析可知, 对于液体泄漏模型来说, 存在两个相似准则, 即:

根据相似理论及π定理有:

管道泄漏的表达式为:

(1) 式中量纲为一的函数称为管道阻力系数, 它只依赖于雷诺数, 与流体的其他具体性质无关。从式中可以看出管道泄漏量的大小与管道的阻力系数以及雷诺数的的大小相关。因此在一定的管道泄漏孔径及压力下, 通过试验计算出管道的阻力系数, 就可以确定管道的泄漏数学模型。

3 液体管道泄漏组合试验

3.1 泄漏组合方式

以水为试验介质, 管道上安装有4个模拟泄漏的阀门, 其中3个是针阀, 1个是小型球阀, 按顺序将其设定为泄阀1、2、3、4。管道实验模型如图1所示[4]。可进行实验的组合共10种, 见表2。

3.2 模型试验

在管道上, 有4个泄阀, 其中1个是小型球阀, 3个是针阀。针阀很难确定其泄漏面积, 而小型球阀是一个直径为1cm, 可通过改变手柄的旋转角度 (0-90°) 来改变口径大小的阀门, 所以选择该球阀来模拟泄漏。

3.2.1 液体管道泄漏实验数据分析

部分实验数据见表3。

3.2.2 液体管道泄漏数学模型求解

设试验过程中忽略液体的压缩性, 则式 (2) 中ρ可以看做为一个常数, 令ρ=1000kg/m3, 则根据表3, 求解出的值分别为:

将的值带入式 (2) 可以得到在不同泄漏面积情况下的泄漏量的数学模型。

在压力一定的情况下, 通过数学模型可以得知泄漏量的大小与泄漏面积以及的大小相关。而是关于雷诺数的函数, 根据雷诺数的数学表达式, 雷诺数是与流体的流速, 泄漏孔径 (或者泄漏面积) , 流体的密度以及流体的粘度相关的。在流体属性一定的情况下, 雷诺数的大小只与泄漏面积相关。根据上述的实验数据及计算结果, 作出与泄漏面积的关系图如图2所示, 从图上可以看出泄漏面积与 的关系, 从而有利于泄漏量的计算。

4 结论

4.1 确定了泄漏量的大小与泄漏孔的大小、流体的密度、黏度、管内压力以及流体的平均流速等因素的关系。

4.2 在量纲分析的基础上, 建立了管道泄漏量计算数学模型。

4.3 泄漏量与泄漏孔的大小、流体的密度、黏度、管内压力以及流体的平均流速之间定量的关系还需要深入的探讨, 同时管道阀门对泄漏量的大小的影响还需进一步的研究。

参考文献

[1]高承淮.油气集输工艺技术现状与展望[M].北京:中国石化出版社, 2001:1-10.

[2]杨俊杰.相似理论与结构模型试验[M].武汉:武汉理工大学出版社, 2005:10-17.

[3]梁国业, 廖健平.数学建模[M].北京:冶金工业出版社, 2004:34-45.

[4]邵辉, 张蓉爱, 王新颖等.气液管道泄漏实验装置的设计[J].江苏工业学院学报, 2006, 6, 20 (2) :45-48.

长输油气管道油品泄漏事故危害分析 第5篇

关键词：油品泄漏 污染事故 危险分析 安全

0 引言

近年来，随着石油行业飞速发展，长输油气管道得到了大范围使用，长输油气管道作为一种线形工程，跨越区域范围大，所经地貌单元和植被种群比较复杂，由于受自然地理条件的限制，管道一般都会经过水源保护地、自然保护区等环境保护敏感地段，并且近几年油气管道泄漏污染已经危及到我们的母亲河，次生灾害严重，影响到人类的正常生存。国家出台了相关的治理措施、政策和规定。所以油品泄漏事故环境危害分析和应急方法的研究势在必行。

目前，国内外通常采用的抢险和环保措施主要有如下几种：①机械方法。这类方法包括使用撇油器、油栏、泵或者重型机械。②人工方法。这类方法包括人工筑坝、拦油栅拦、吸油棉吸油、生活用具撇油、受污染的土壤坑埋、沟坑排放、就地焚烧、生物降解等。我国绝大部分管线铺设在地理环境复杂、无道路伴行或者距离公路较远的地域，这在客观上要求必须拥有一套反应速度快、搬运便捷、回收效率高和环境恢复效果好的机械设备，来应对各种复杂环境状态下的事故抢险与环境保护。

1 管道安全现状情况分析

油气输出管道为当地经济发展、促进社会和谐稳定起着举足轻重的作用，如何保证管道的安全投产和正常使用，需要政府和油田企业急需解决的问题。可是由于地方保护主义和村民法制意识淡薄，管道周围动土，非法占地、违章建筑时有发生，危及管道的安全。加之地方政府监管不力，没有充分意识到管道安全的重要性，只为一己之利，时常导致管道破坏，甚至发生事故。管道的安全关系到国家的能源命脉。必须通过全社会共同努力，充分提高和意识到保护管道安全的重要性，才能避免管道泄漏和事故的发生。

油气管道建设使用后，特别是受中石油企业投入资金专项整治管道占压等隐患的刺激作用，村民无端圈占管道周围的土地；迅速搭建违章建筑、植树种菜。以此获得高额赔偿，影响了管道隐患的排斥和整治时间。有的地方政府唆使村民有意破坏管道设施，导致了严重的后果。管道投运后的后期保护工作迫在眉睫。

2 油气管道泄漏原因分析

2.1 腐蚀引起的管道事故

油气管道遭受腐蚀后，一方面遭受腐蚀的管道强度降低，形成事故隐患，另一方面腐蚀会造成管道穿孔、油气泄漏，从而造成不良的社会影响和环境的污染。由中国石油学会、国家腐蚀与防护学会和中国化工学会组合的联合调查组所提的文献资料，各行业由于腐蚀造成的损失平均约占国民生产总值的百分之三还要多。

2.2 机械损伤和第三方破坏引起的管道事故

据统计，有大约24%的泄漏事故是由机械损伤造成的。机械损伤可分为施工损伤和材料损伤，就理论而言，管壁凹陷主要是在管道施工时形成的，随着管道的运行和周围环境的影响而不断加重，最终酿成管道事故，管壁凹陷是导致泄漏发生的主要原因材料损伤主要是因为所选管材的韧性不够，难以遏制裂纹的扩展造成输油管线破损。

目前个别地区由于法律意识淡薄，偷盗、涉油犯罪时有发生。由于巨大利益的诱惑，使得打孔盗油愈演愈烈。国家已经加大打击力度，出台相应的法律法规，各地方也采取企地联合等多方管道保护手段为输油管线保驾护航。

2.3 自然灾害引起的管道事故

我们国家地质条件复杂，地形变化明显。地质灾害频发。长距离的油气输送管道，发生油气泄漏多和地质灾害有关，给管道的生产和运行提出了严峻的考验。目前我们国家在管道建设上吸取了国外的好的经验做法，采取了很多保护措施，但是面对不断发生的新问题，地质灾害的预防仍然值得更加深入的研究，新型材料的攻关和投产需要一定的时间。

3 油品泄漏危害分析

3.1 管道泄漏会造成土壤的污染。油气混合物本身就含有对动植物有危害的物质，管道泄漏后首先污染的是附近村庄、土壤、河流。通过地下水和河流不断扩散到更远的地区。根据国外文献，管道泄漏污染面积可以达到25平方公里的污染带，油气污染物流到土壤中，影响土壤的微生物群，造成土壤成分的改变，进而影响地表生态环境，污染严重的地区上百年都会寸草不生。

3.2 管道泄漏会造成河流湖泊的污染。油品泄漏进入河流湖泊可使河流、湖泊水体以及底泥的物理、化学性质和生物群落组成发生变化，降低了水体的使用价值，危及人类的饮用水源，随着石油的大规模广泛应用，石化产品污染地下水的问题时有发生。

3.3 管道泄漏会污染空气。油品泄漏后，因为油品中含有大量的挥发轻质成分和有害气体，随着温度的升高，油品经过蒸发，有害气体形成蒸汽云向空气中扩散，进而影响人类的生存环境。

3.4 管道泄漏会造成海洋的污染。通过国外学者研究，油品泄漏后对海洋生存环境有着严重的影响。学者从英国泄漏原油污染地带，通过打捞贝壳，在实验室中提取体内碳水化合物质，所有能鉴别的碳水化合物成分全部去掉，體内还残留无法辨别的碳水化合物成分，然后将这些碳水化合物成分与另外一个没受过污染海域的贝壳放入同一环境下。通过观察，当健康的贝壳接触了这些物质24小时后，他们的进食速度明显变的迟缓，这表明这些无法辨认的残存物具有一定的毒性。

4 结束语

①油气管道泄漏是输油管道工程必须考虑的安全因素，轻微管道泄漏会造成油品损耗，进而危害操作人员健康；严重的油品泄漏事故，势必影响输油管道的正常运行，造成油气大量流失，环境污染严重，危及国家能源命脉，严重的还会造成社会恐慌。

②管道一旦泄漏，必须采取应急措施，对泄漏原因、污染面积、泄漏类型、漏孔大小进行影响分析和环境评估，第一时间采取合理的应对措施，减少管道泄漏发生后的经济损失。

参考文献：

管道泄漏诊断方法研究 第6篇

关键词：多分辨率相干融合,小泄漏识别,模糊C均值

成品油管道内径小、站间距大使相同泄漏量信号强度仅为原油的1/31/4,使小泄漏(一般小于总流量的1.2%)信号更微弱,增加了小泄漏信号识别的难度。互相干函数通过对两信息的整体相容运算,可以最大限度地发现局部特征不明显的同源小信号,如利用“频率相干特征”可辨别弱声信号以及模态分析中小冲击与响应等[1]。小波多分辨率分析具有在不同尺度上对时间和频率的可变局部化分析功能,可实现对信号局部特征的定量描述。

将小波多分辨率分析与相干分析相结合,提出了基于多分辨率相干融合的小泄漏识别方法。通过对信号的小波多分辨率分析,得到不同尺度下的信号,然后将两信号序列在细节尺度上的重构信号进行相干融合分析,利用模糊C均值聚类得到细节尺度上的频率相干特征向量,解决小泄漏识别难题。

1 小泄漏信号的多分辨率相干融合分析

1.1 相干分析基本理论

时间信号序列{x(t)}与{y(t)}的互谱密度函数hxy(f)为互协方差函数Rxy(k)的傅立叶变换,即:

互谱hxy(f)反映了两个信号序列之间在频域上的相互关系,即两个序列在不同频率f处的相关情况,包括量值大小及相位关系。

相干函数定义为信号序列之间的标准化互功率谱密度,则{x(t)}与{y(t)}的相干函数定义为[2]:

(2)式中hxy(f)为互功率谱,hxx(f)和hyy(f)分别为{x(t)}与{y(t)}的自功率谱。相干谱是两个信号序列中频率为f的分量的振幅乘积的标准化均值,其取值范围为0,1。相干谱越接近1,则两序列在频率f处越相关。

1.2 多分辨率相干分析理论

小波变换发展了窗口傅立叶变换的局部化思想,具有在不同尺度上对时间和频率的可变局部化分析功能,即多分辨率特性[3]。

首先对信号f(t)进行小波变换以获得小波能谱E。即对于有限能量信号f(t),计算其小波变换

(3)式中a、b分别为尺度参数和平移参数;函数ψ(t)∈L2(R),且满足允许性条件:,ψ(ω)为ψ(t)的傅立叶变换。

基于多分辨率分析思想和Mallat快速正交小波分解算法,信号的离散小波级数计算方法可简要表述如下。

对于L2(R)上的多分辨率分析记为{{Vj;j∈Z},φ(t)},尺度方程和构造方程为

(4)式中hk、gk(k∈Z)为尺度函数φ(t)和小波函数ψ(t)分别对应二尺度关系序列,即对应低通滤波器H和带通滤波器G的脉冲响应序列,其系数关系为gk=(-1)k-1hk-1。对于任意的整数j和k,有

且满足

对于任意信号f(t)∈j∈ZL2(R),引入记号

cj,k、dj,k分别称为f(t)的尺度系数和小波系数,同时将f(t)在闭子空间Vj和Wj上的正交投影分别记为Ajf(t)和Djf(t),则有

根据正交直和分解关系Vj+1=Vj Wj,可得:

(9)式中Ajf(t)为f(t)在尺度2-j上的低频逼近,Djf(t)为f(t)在尺度2-j上的高频细节。照此继续分解下去,可得到一系列不同分辨率的细节信号Dj-1f(t),Dj-2f(t),,Dj-pf(t)。并可用Mallat分解公式计算离散小波系数[4]:

由此实现了对信号的离散小波分解。将相干分析与小波多分辨率分析相结合,可实现对两个时间信号序列各个频段细节信号频率相关性的定量刻画[5]。

对信号f(x)进行小波分解后得到分辨率j下的各层小波系数,重构各层细节信号Di(f)(i=1,2,,j)和第j层近似信号Aj(f)。得到两信号序列在各分辨率下的相干函数

2 基于模糊C均值聚类的小泄漏频率相干特征分析

2.1 模糊C均值聚类算法

设聚类目标X={x1,x2,,xn}Rs是s维实数空间Rs中的一个有限样本数据集,n是数据集中的元素个数。FCM(模糊C均值)把样本数据聚为C个模糊类,设ci为每一个类i的聚类中心,则有

(14)式中dij=‖ci-xj‖为第i个聚类中心与第j个数据点间的欧氏距离,加权指数m∈1,∞,隶属度U={uij}是一个nC矩阵。可求得聚类中心为在式(13)满足的前提下,式(14)取最小值时的解。

FCM的算法流程[6]如下。

(1)取模糊加权指数m,聚类的类别数C(2Cn),n为数据样本点的个数,迭代停止阈值ε,初始的聚类中心值V0,以及迭代次数T=0;

(2)计算由隶属度的值所组成的划分矩阵

(3)更新聚类中心VT+1

(4)如果‖VT-VT+1‖ε,则算法停止,否则转到步骤(2)。

由以上算法可以看出,算法的过程就是不断地修正聚类中心值V和由隶属度值所组成的划分矩阵U,最后得到最优聚类中心。

2.2 基于模糊C均值聚类的小泄漏频率相干特征向量求解

设小泄漏和小波动工况下上下游压力信号序列分别为{Xi i=1,2,,N}及{Yi i=1,2,..,N},将不同分辨率下的相干频率按步长ζ划分为M段,求得各频段下的最大相干频率值fik(i=1,2,,N;k=1,2,,M),构成相干频率向量。移动步长ζ,当小泄漏信号和干扰信号的聚类中心距离为最大时,得到小泄漏频率相干特征向量{fh}。

小泄漏频率相干特征向量{fh}求解步骤:

(1)取ζj=ζj-1/2(j=1,2,,S),S的取值由信号的采集频率和分辨率的尺度决定,ζ1的初始值为整个频段范围的一半,即ζ1=1;

(2)对压力信号进行4层小波分解,并重构第4层近似信号{Xai}、{Yai}和细节信号{Xdi}、{Ydi};

(3)分别计算{Xai}和{Yai}、{Xdi}和{Ydi}的频率相干函数值;

(4)将相干频率按步长划分为Mj段,求得各频段下的最大相干函数值fik,构成频率相干向量;

(5)取模糊加权指数m=2,聚类类别数C=2,选择具有代表性的频率相干向量作为聚类的初始中心;

(6)对给定压力信号序列集合以C为聚类数进行FCM计算,求出相应的聚类中心Vcj;

(7)移动步长ζj,重复(2)～(6)步;

(8)对于ζj,计算两个聚类中心的距离dj,当距离为最大值时,得到小泄漏频率相干特征向量{fh}。

3 应用实例

为了模拟小泄漏,在西部成品油管道的四堡站内进行收发球操作。鄯善站与四堡站间距为238.569km,四堡站试验的放油速度为6.4m 3/h,干线流量为886m 3/h,则泄漏量为干线流量的0.72%。

鄯善站和四堡站压力信号降噪后的波形以及相干频幅曲线如图1所示。

为了对不同分辨率下的频域相干性进行定量分析,先对压力信号做4层小波分解,得到各层分解后的信号。由于压力信号的能量主要集中在02Hz的低频段,故只对第4层的近似信号和细节信号进行相干融合分析,得到小泄漏信号和该尺度下的相干频率,如图2所示。

对小泄漏信号进行多分辨率相干融合分析,得到频率相干特征向量与小泄漏频率相干特征向量{fh}的距离为0.08,与干扰信号的频率相干特征向量的距离为0.32,表明管道处于泄漏状态。

4 结束语

针对成品油管道小泄漏识别的难点,提出了多分辨率相干融合识别方法。通过对信号的小波多分辨率分析,得到不同尺度下的信号,然后将两信号序列在细节尺度上的信号进行相干融合分析,并利用模糊C均值聚类得到细节尺度下的频率相干特征,解决了小泄漏识别难题。西部成品油管道上的应用实例表明了基于多分辨率相干融合的小泄漏识别方法的有效性。

参考文献

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[2]李杰,陈原.非一致激励条件下工程场地震动相干函数的数值模拟.地震工程与工程震动,2006;26(1):30—35

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[5]王志华,赵冬,余永华.基于模糊C均值的柴油机故障诊断.船海工程,2007;36(4):56—58

浅析管道泄漏原因及常用检测方法 第7篇

关键词：管道,泄漏,检测,定位

由于管道检测的多样性和复杂性, 目前国内外还没有一种简单、快速、精确、可靠、通用的管道泄漏检测方法。有关管道泄漏检测的方法大致分成以下四类:第一类是基于人工巡检法, 由有经验的技术人员携带检测仪器设备或经过训练的动物分段对管道进行泄漏检测和定位。这类方法具有定位精确度高和较低的误报率的特点, 但不能及时发现泄漏, 检测只能间断的进行;第二类是基于超生、磁通、摄像等技术的管内检漏法 (如管内探测球PIG) , 这类方法具有定位精确度高和较低的误报率的特点, 但无法实现在线监测。由于探测球在管内随介质漂流, 容易发生堵塞、停运等事故, 并且探测球比较昂贵, 运行成本较高;第三类是基于电缆检漏法, 目前使用的电缆主要有油溶性电缆、渗透性电缆、分布式传感器电缆三种, 电缆与管道平行铺设, 当泄漏的物质渗入电缆后, 会引起电缆特征的变化, 以此来实现对泄漏的检测和定位, 这类方法非常灵敏, 对于小漏和缓慢泄漏均有较好的效果, 但电缆价格和施工费用都较高, 电缆一旦沾染上泄漏物后就要进行更换, 它多用于液态烃类燃料的泄漏检测;第四类方法是基于管道压力、流量、温度等运行参数的外部检测法, 它能实现在线监测, 是目前管道泄漏检测和定位研究的主攻方向之一。

1 管道泄漏产生的原因

管道产生泄漏的原因是多方面的, 主要可分为三大类:腐蚀穿孔、疲劳破裂和外力破坏。

尽管采取腐蚀控制措施可以大幅度减缓腐蚀, 但并不能绝对防止腐蚀。阴极保护不足时, 管道腐蚀过程虽然会由于阴极保护而缓慢但不会停止;阴极保护被屏蔽时, 则对管道腐蚀根本起不到抑制作用。阴极保护不足是指阴极保护系统所提供的保护电流不能满足管道保护要求;阴极保护屏蔽是指阴极保护电流在流动中受阻, 不能到达预定位置。涂层上出现大面积破损、连续漏点或整体绝缘性能下降时, 容易导致阴极保护不足, 由于通过检测可以发现这类缺陷, 一般可通过修复避免腐蚀事故。涂层与管体金属剥离时对阴极保护系统产生屏蔽作用, 特别是采用绝缘性能较高的有机合成材料制作的涂层, 但是现有的检测技术很难检测出涂层剥离来, 因此容易产生腐蚀穿孔泄漏。

油气管道长期在高压条件下运行, 管道金属的机械性能会逐渐衰变, 管道焊缝本身存在的以及由于应力腐蚀产生的微小裂纹就会扩展, 裂纹发展到一定程度, 则酿成突发性的管道破裂事故, 导致泄漏。对于输气管道来说管道破裂有可能造成灾难性的后果。

外力破坏主要包括天灾和人祸两方面。洪水、山体滑坡、泥石

流以及地震等都有可能毁坏管道;人祸主要是指第三方破坏, 包括各类建设项目的施工如筑路、开挖等所造成的无意破坏及打孔盗油、盗气等不法分子造成的蓄意破坏, 目前已成为管道保护的主要威胁, 有些地区甚至是第一位的破坏原因。

2 常用管道泄漏检测方法

2.1 压力梯度法

在管道上、下游两端各设置两个压力传感器检测压力信号, 通过上、下游的压力信号分别计算出上、下游管道的压力梯度。当没有发生泄漏时, 沿管线的压力梯度呈斜直线;当发生泄漏时, 泄漏点前的流量变大, 压力梯度变陡, 泄漏点后的流量变小, 压力梯度变平, 沿管道的压力梯度呈折线状, 折点即为泄漏点, 由此可计算出泄漏点的位置。

在实际运行中, 由于沿管道的压力梯度是非线性分布, 因此压力梯度法的定位精度较差, 并且仪表测量的精度和安装位置都对定位结果有较大的影响。对于流体在粘度、密度、热容等特性随沿程温度下降有较大变化的管道, 该方法具有较大的优越性, 但需要流量信号, 并且需要建立较复杂的数学模型。

2.2 负压波检漏法

当输送管道发生泄漏时, 以泄漏处为界, 视输送管道为上、下游两个管道, 由于输送管道内外压差的存在, 使得泄漏处的液体迅速流失, 压力突降。当以泄漏前的压力作为参考标准时, 泄漏时产生的减压波就称为负压波。该负压波将以一定的速度向管道两端传播, 经过若干时间后分别被上、下游的压力传感器检测到。根据检测到的负压力波的波形特征, 就可以判断是否发生了泄漏, 再根据负压力波传到上、下游传感器的时间差和负压力波的传播速度就可以进行泄漏点的定位。负压波检漏法不需要数学模型, 计算量小, 适用于发生快速的、突发性泄漏的场合, 并且大多数只用压力信号, 特别适合我国管道应用。

2.3 质量或体积平衡法

质量或体积平衡法基于管道中流体物质流动的质量或体积守恒关系, 即液体的流入量与流出量的差应等于管道内停滞的流体量。在管道运行稳定后, 流入量与流出量视为相等, 于是在检测管道多点位 (或泵站两端) 的输入和输出流量时, 若差值大于一定范围, 既表明所测管道可能已发生泄漏。管道中的流体物质沿管道运行时其温度、压力、密度、粘度可能发生变化, 容易产生误差, 但是可以修正。

使用质量或体积平衡法进行管道泄漏检测时, 流量计的精度和管道中的流体物质存余量的估计对泄漏检测精度有一定的影响。为了减少流量计的测量误差。可采用拟合流量计流量误差曲线的方法, 对计量精度进行实时在线校正, 实现流量计的精度补偿。另外流量计之间的距离不宜设置过远, 以确保流量计之间管道中流体物质余量预测的精确性。质量和体积平衡法对于检测运行状况不断变化的管道和泄漏量少的情况时, 检测误差会较大, 很难及时发现泄漏, 须与其它方法配合使用。

2.4 统计检漏法

统计检漏法是壳牌公司提出的一种不用管道模型的检漏方法, 该方法根据管道出入口的流量和压力, 连续计算流量和压力之间的关系。当发生泄漏时, 流量与压力之间关系就会变化, 应用序列概率比实验方法和模型识别技术对实际测量的流量和压力值进行分析, 计算发生泄漏的概率, 从而判断是否发生了泄漏。采用最小二乘法对泄漏点进行定位, 但定位精度受检测仪表精度的影响比较大。

2.5 声波检漏法

当管道发生泄漏时, 管道中的流体通过泄漏点外泻时会产生噪声, 该噪声将沿管道向两端传播, 强度随距离会按指数规律衰减, 在输送管道上安装声音传感器捕捉噪声信号, 通过对噪声信号的分析处理, 判断是否发生泄漏并确定泄漏点的位置。由于受到噪声传播距离的限制, 若要对长距离的输送管道进行泄漏检测, 则需按一定的间隔安装许多声音传感器。但随着分布式光纤声学传感器的应用, 一根光纤可代替许多声音传感器, 这将降低检测系统的成本, 并且提高泄漏检测的精度。

3 管道泄漏检测与定位方案

通过对上述几种方法的分析比较, 在实际应用中应优先采用管道自动监控系统对整个液体输送管道实施不间断的监控, 但单独采用管道自动监控有时不能有效地检测微量的泄漏 (如泄漏量小于流量的0.5%) , 这就需要辅以必要的人工巡检等方法来加强检测。在管道运行初期, 由于管道的材质、防腐层、焊口等方面存在着未被检查发现的缺陷, 事故概率较高。在管道运行的中期, 事故主要因人为破坏或操作失误引起的, 事故概率较低, 管道处于平稳运行期。在管道运行后期, 管道趋于老化, 事故率上升。因此在管道运行初期和后期除采用管道自动监控系统外, 还可进行携带仪器的检测车进行人工巡检来发现管道自动监测系统未能检出的泄漏。对长距离输送管道应采取管道分段进行风险评估的方法, 对风险大的管段优先进行人工巡检, 对风险小的管段可适当减少人工巡检的次数, 从而减少人工巡检的工作量。

浅论输送管道泄漏检测及其方法 第8篇

输送管道承担着石油、天然气等能源的流体输送装置, 广泛应用于石油、化工、城市燃气等系统中, 经过一百多年的发展与研究, 管道输送已成为与铁路、公路、水运、航空并驾齐驱的五大运输行业之一。与其它几种运输方式相比较, 管道运输具有如下突出的优势:第一, 可大大减少运转换装环节, 实现连续运输, 运量大且效率高, 可避免空车返回的经济浪费并且易于实现自动化管理;第二, 管道建设投资省、见效快、占地少, 与建设同样长度的公路和铁路相比, 管道建设周期和费用均明显减少;第三, 运输过程可实现完全密闭化, 损耗低, 燃料消耗少;第四, 管道大部分埋设于地下, 受地形条件的限制少, 可大大缩短运输距离, 同时可适应各种复杂地形、地貌和气候条件。管道犹如人体内承担着血液运输的血管一样, 在国民经济发展中起着不可替代的重要作用。

2国内外管道检测现状

管道安全运行的必要条件是确保管道系统的完整性, 在管道运行期间确保管道结构和工艺设备具有高度的可靠性。由于管道在建设和运行期间不可避免地产生各种缺陷, 设备元件也会自然磨损和老化。因此, 对在役管道必须进行定期检测, 做出定性或定量的完整性评价, 为管道维护、修复、更换决策提供科学的依据。

由于管道安全具有特殊的重要性, 管道泄漏的预防及泄漏发生后的及时报警具有极为重要的现实意义。1965年国际著名的管道检测公司之一, 美国TUBSCOPE公司首次采用漏磁检测器对管道实施了内检测。此后, 采用各种先进技术的新型检测器不断问世, 特别是上世纪80年代末90年代初以来, 计算机技术的飞速发展为研制高效新型检测设备提供了强有力的技术保证, 检测器体积不断缩小, 技术含量越来越高, 检测器的效率和可靠性也有明显改善, 它们为保证管道的安全运行、减少管道事故造成的危害和损失发挥了重大的作用。

我国对管道泄漏检测技术的研究起步较晚, 上世纪80年代以来, 在总结吸收国外检测技术的基础上, 开始进行了管道检测器的研制开发工作, 并且取得了一些成果。同时, 也陆续从国外引进了一些先进的检测设备, 对几条原油管道成功地实施了内检测。但是, 我们和世界先进水平相比还有较大的差距, 因此, 我国应加快智能检测器的国产化步伐, 尽快赶上国际管道检测先进水平。

3 管道的泄漏检测

现代管道泄漏检测技术是多领域多学科的总和, 目前对管道泄漏检测的方法和技术很多, 但是各方法之间的原理差异很大。根据相关国内外文献报道, 其分类方法大致有以下三类:第一, 根据检测过程中所使用的测量手段的不同, 分为基于硬件的方法 (hardware-based methods) 和基于软件的方法 (software-based methods) 。第二, 根据测量分析的媒介不同可分为直接检测法和间接检测法。第三, 根据检测过程中检测装置所处位置的不同可分为内部检测法和外部检测法。无论以哪一种检测方法进行分类, 最终目的都是为了管道的安全运行服务。

4 常用管道泄漏检测方法

4.1 人工巡检法

人工巡检法是最早用于管道泄漏检测的一种方法, 是一种最简单、最直接的方法。由有经验的管道工作人员或经过训练的动物巡查管道, 通过管道发出的气味、噪声等来对管道是否泄漏进行判断。这种方法有很大的主观性, 不同的观察者可能得到不同的结论, 而且不能及时发现早期泄漏。由于管道往往几十上百公里甚至更长, 采用这种方法会浪费大量的人力财力。人工巡检法因此逐渐被现代先进检测手段所取代。

4.2 热红外成像法

对于需要加热输送的原油管道, 当发生泄漏时, 管线周围的土壤会因为原油的浸泡而使温度升高, 这种温度的变化可以通过红外辐射的不同来感知。这种方法可用于长距离管道微小泄漏的检测。其缺点是对管道的埋设深度有一定的限制。

4.3 检漏电缆法

这种方法多用于液态烃类燃料的泄漏检测, 利用一种能与所输送介质发生某种物理或化学反应的电缆, 沿管道平行铺设, 当管道发生泄漏时, 漏出的流体与电缆发生反应, 通过特定的仪器即可判断出泄漏的位置。目前已有两种电缆测漏方法:一种是利用泄漏物质造成电缆的短路, 另外一种时利用泄漏物质造成电缆的特性阻抗的变化。已研制出的电缆有:油溶性电缆、渗透性电缆、分布式传感电缆等。

4.4 质量/流量平衡法

这是一种较早的检漏方法, 根据质量平衡原理, 在管道无泄漏的情况下进入管道的质量流量应等于流出管道的质量流量。该方法简单, 易于实现, 但是由于管道本身的弹性及流体性质的变化等多种因素的影响, 首末两端流量的变化有一个过渡过程, 实时性差, 并常产生误报警现象, 不能检测出微小的泄漏, 而且不能定位泄漏点位置。

4.5 压力分布图法

其原理是正常运行时站间管道的压力波降呈斜直线, 发生泄漏时, 漏点前的流量增大, 压力降变快, 漏点后的流量变慢, 压力坡度变平。整个管道沿线的压力波降呈折线状, 根据压力曲线梯度的特征和拐点位置即可确定泄漏的程度和泄漏位置。该方法的前提是假设压力沿管道线性分布的, 对于介质参数随温度变化明显的管道系统, 压力并不是线性分布的, 检测会存在很大的定位误差。

4.6 漏磁检测法

漏磁检测器被输送介质推动在管道中运行, 利用其自身携带的磁铁将检测器当前经过的那段管道磁化, 在管壁整个圆周方向上产生一个轴向饱和磁回路场进入被测管壁, 此时, 若被测管壁没有受损即不存在缺陷时, 则磁力线在管壁中通过;若被测管壁已受腐蚀减薄或存在裂缝, 部分磁力线将弯曲变形而发生所谓的漏磁。通过对磁敏探头采集到的信号进行判断和识别, 即可得知管壁的受损情况。漏磁检测的缺点由于检测传感器不可能像磁粉一样紧贴被检测表面, 不可避免地存在一定的误差, 从而降低了检测灵敏度;另一方面, 由于采用传感器检测漏磁场, 不适合检测管路复杂的情况。

4.7 超声检测法

超声检测法是目前应用较为广泛的一种无损检测方法, 它有灵敏高、穿透性强、探伤灵活、效率高、成本低及对人体无害等优点, 不仅可探测金属及非金属材料的缺陷, 还可测定材料的厚度等。然而超声检测对检测介质非常敏感, 要求检测介质为均质流体。当管壁结腊严重时, 特别是当检测温度低于腊的凝点时, 超声波将被腊质吸收无反射脉冲, 无法获得检测信号。对不规则缺陷而言, 将出现多次反射脉冲。

5 总结

管道泄漏诊断方法研究 第9篇

关键词：油气管道,泄漏监测,检测,定位,综述

管道运输具有运量大、投资少、效率高、见效快、损耗低、占地少, 可适应复杂的气候条件、地形地貌等方面的优点, 是当前我国油气输送最主要方式之一[1]。因管道老化、机械损伤、腐蚀、环向焊缝的开裂等[2,3]原因造成管道破损, 导致油气管道泄漏。不仅会造成巨大的财产损失, 环境污染, 且严重威胁人身安全。因此, 对油气管道泄漏监测技术的分析研究十分重要, 有必要加大对泄漏监测技术的分析研究[4]。目前, 泄漏监测方法很多, 利用网络工具检索后对其进行归类总结有利用加快对泄漏监测技术的研究步伐, 为科学研究提高的需要素材。

1 国内外监测技术概述

国外从20世纪70年代就开始对管道泄漏检测技术进行了研究。国内管道泄漏技术的研究起步较晚, 但发展很快。

目前, 国内现有的泄漏检测方法从最早的人工沿管路分段巡视检漏发展到较复杂的利用计算机软件和硬件相结合的方法;从陆地管道检测技术发展到海底检测。其中, 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。直接检测法指直接用测量装置对管线周围的介质进行测量, 判断有无泄漏产生。主要有直接观察法[5], 气体法[6], 清管器法[7]。间接检测法是根据泄漏引起的管道流量、压力等参数及声、光、电等方面变化进行泄漏检测[8]。主要有水压、气压检测法[9,10], 质量、体积平衡法[11], 压力点分析法[12], 负压波检测法等。

随着世界各国管道建设的快速发展, 管道泄漏监测技术也伴随发展几十年。美国、法国、俄罗斯等国油气管道泄漏监测技术起步早、发展快, 检测技术相对比较先进[13,14]。但因诸多问题的出现, 如监测判断的有效性、测量数据的准确性、监测环境的多样性等因素, 使的当今实际工程应用中还没能研发一种适用范围广且有效的监测手段。从油气管道泄漏监测的历史来看, 国外早期的监测技术手段大多采用压力点分析法, 负压波检测法, 光学检测法, 声发射技术法, 动态模拟法, 统计检测法等[15,16,17]方法。

2 检索结果分析

利用网络手段对国内外在2009-2013年期间关于油气管道泄漏监测方面的论文进行检索, 从方法介绍、分析评价、系统综述等方面进行检索情况的情况如下:查找油气管道泄漏监测与定位的论文共1184篇、国外576篇、国内608篇, 其中方法介绍的为704篇和分析评价206篇, 系统综述137篇, 其他37篇。从以上几方面检索论文数据如图1柱状图所示。

对国内外近5年油气管道泄漏检测技术的研究状况做检索分析。关于泄漏监测方面方法介绍最多, 主要介绍的泄漏监测分为直接监测技术和间接监测技术2类, 前者分为8种, 后者分为9种。从检索结果分析得知早期监测技术主要集中人工巡查, 随科学技术的进步, 管道泄漏监测技术得到飞速发展, 现在的检测方法很多例如:机载红外线法、瞬变流检测法、压力波检漏技术、实时模型法等。在分析评价的论文中, 大部分论文对实时模型法的优缺点介绍进行介绍。实时模型的方法能准确地对管道进行模拟, 反应管道流动特征, 具有较高的定位精度, 对工况的变化适应性强, 已应用于气体管道泄漏监测与定位。但是研究不够充分, 目前仍没有明确的气体管道泄漏定位公式, 对管道泄漏定位过程中影响因素的研究不足, 没有考虑摩阻分布不均的影响。在系统综述论文中都提到基于压力点分析 (PPA) 监测法、统计检漏法技术的监测方面, 它们的定位精度需要提高。近年来随着计算机技术的发展, 监测技术向以软件为主、硬件相辅的方向发展, 检索结果表面目前新型管道泄漏检测系统是各国研究的前沿研究方向。

3 检索泄漏监测方法分析

从网上检索整理可知, 纵观管道泄漏监测国外的历史, 综合国内外的研究方法, 现对其监测方法就检测敏感性、定位精度、响应时间、适应能力、使用费用等方面的性能指标进行比较分析如表1。

从检索结果分析综合得知, 国内外检测方法到目前为止还没有一种泄漏检测的方法可以同时满足上述所有最优标准。就响应时间、定位精度、监测敏感性、使用费用、适应能力等性能指标进行分析比较, 他们都存在一定程度的不足。直接监测法虽然误报警率低、定位精度较高, 敏感性好, 但不可以进行连续监测油气管道, 对油气管道完成一次完整的监测需要时间很长, 费用昂贵, 所以其广泛应用受到限制, 只适合于短距离管道且灵敏度要求高的敏感地区。间接监测法其敏感性和定位精度相对较低, 误报警率也较高, 但可实现实时监测, 实效性好, 具有快速、准确、自动化高等特点, 成为目前管道检漏中普遍采用的方法。从检索结果看国内外需要研究一种敏感性好、定位精度较高, 误报警率低, 实时在线监测, 实效性好, 具有快速、准确、自动化高等特点的管道泄漏检测系统[18,19], 考虑在国家“十二五”期间, 我国管网的快速扩建, 极有必要加快这项泄漏监测技术的研究, 以应对当前和将来管道泄漏监测广泛应用的需要。

4 结论与认识

(1) 从检索分析可知, 由于工作环境、工作对象的不同, 应选择合适的检漏方法。如在长距离管道检测中, 应采用机载红外线检测法、压力点分析法、压力波法、质量平衡法等方法, 而在油田管网或场内管网的短距离管道输送中, 宜采用PPA法、压力波法、噪声检漏法和空气取样法等。

(2) 目前的泄漏监测和定位手段是多学科多技术的集成, 特别是随着传感器技术、模式识别技术、通信技术、信号处理技术和模糊逻辑、神经网络、专家系统等人工智能技术等发展, 为泄漏检测定位方法带来了新的活力, 可对诸如流量、压力、温度、密度、粘度等管道和流体信息进行采集和处理, 通过建立数学模型或通过信号处理, 或通过神经网络的模式分类、或通过模糊理论对检测区域或信号进行模糊划分, 从而提取故障特征等基于知识的方法进行检测和定位。将建立管道的数学模型和某种信号处理方法相结合、将管外检测技术和管内检测技术相结合、将智能方法引入监测和定位技术实现智能检测、机器人检测和定位等作为研究方向。

管道泄漏诊断方法研究 第10篇

光气为无色、高毒类刺激性气体, 光气中毒可引起迟发性肺水肿甚至急性呼吸窘迫综合征 (ARDS) , 而且须经一段时间的潜伏期才会出现危险的症状[1]。泄漏的光气还极易与空气中的水反应, 生成二氧化碳和盐酸, 腐蚀设备和管道, 首当其冲的是腐蚀螺栓, 严重时甚至断裂, 导致光气泄漏事故。因此, 保证光气系统的严密性是质量控制的重中之重。

氦泄漏试验是目前已知最严格、最可靠的测定设备及管线连接面是否存在泄漏的试验方法[2], 通过氦泄漏检测, 可确保系统安全可靠运营。拜耳技术工程 (上海) 有限公司公司拥有多套纯光气生产装置, 而且光气会作为原料参与系统化学反应, 使光气延伸到整个系统, 因此, 系统有较多较大的压力容器、压力管道及配件。

光气管道大部分为单管系统, 少量危险系数高的管道, 则采用夹套管道包覆。现对光气管道系统氦检漏全过程质量控制进行综述。

1 检验前主要技术控制要点

(1) 仪器选择。来自莱宝 (Leybold) 公司的Phoeni XL300质谱仪, 该仪器为逆扩散型质谱仪, 质谱室不易受污染。该仪器最小可检测氦泄漏率:吸气模式为1.0×10-8Pa·m3/s;真空模式为1.0×10-9Pa·m3/s (粗检模式) 或5.0×10-12Pa·m3/s (精检模式) 。二者均能满足光气系统所要求的灵敏度。

(2) 检测范围。设备和管道的法兰, 阀门压盖及轴封, 泵体法兰及机械密封, 仪表等所有密封面。只对可疑焊缝 (周围空气中氦气浓度异常) 做氦检漏, 但所有焊缝 (包括薄皮管) 应至少焊接两遍并经过100%射线探伤合格, 同时通过常规强度试验及气密性试验。

(3) 检测方法的选择。采用嗅吸探头法 (吸枪法) 加塑料薄膜检测大容积压力容器及压力管道系统密封面的泄漏率。吸枪法设备简单, 操作方便, 特别适合泄漏点较多的大体积系统。加塑料薄膜既能提高灵敏度, 又能提高效率[3]。采用示踪探头法 (真空法) 检测体积较小的夹套管道, 可提高重要系统检测灵敏度。两种方法都可精确定位, 但无法精确定量。

(4) 检测压力。吸枪法检测压力不能超过设计压力的25%[4], 实际可选用操作压力0.1 MPa[3]。真空法检测压力应不高于质谱仪的工作压力, 一般不高于1 KPa。

(5) 示踪气体。吸枪法使用洁净空气与氦气的混合气体, 氦气体积浓度应不低于10%[4], 考虑到设备及管道系统的距离及高差, 存在不均匀扩散, 实际可选择氦气体积浓度20%。真空法可直接使用100%氦气。

(6) 仪器灵敏度校验及系统校验。主要控制要素有:标准漏孔大小 (不低于系统要求的灵敏度) , 标准漏孔放在被检系统中的位置, 探头与被检工件之间的距离, 扫描速率, 响应时间, 校准频度和灵敏度。仪器标准配备的吸枪, 软管仅有3米长, 显然不能满足大型化工装置空间跨度大的要求。为此我们配备了一条20米的软管及辅助的真空设备, 可方便大范围内的检测工作, 但检测系统应做相应校验 (吸气因子及响应时间会改变) 。

(7) 验收标准。依据不同介质及检测目的而定。吸枪法按1.0×10-6Pa·m3/s (纯氦) 。由于示踪气体为20%的氦气, 质谱仪灵敏度应修正为1.0×10-6Pa·m3/s×20%=2.0×10-7Pa·m3/s[4]。真空法按1.0×10-7Pa·m3/s。

(8) 检测仪表校验。使用前主要仪表及工具应检定合格, 如氦标准泄漏孔, 压力表, 真空表, 力矩扳手等。

2 检测条件及准备

(1) 测试人员应经培训及技术交底, 资质符合GB/T 9445《无损检测人员资格鉴定与认证》的相关要求。

(2) 光气系统应分解成若干个分系统试验包, 试压包尽可能使用系统原有阀门进行隔断, 以减少拆卸及恢复工作。

(3) 使用无油、无水的洁净压缩空气吹扫检测系统, 管道及设备内部无水、油或油脂等, 露点检测达-20℃或更低[5]。光气易与水反应, 因此系统强度试验尽可能采用气压试验。

(4) 所有部件安装工作全部完成, 做到检测时不遗漏每一个潜在泄漏点。

(5) 氦泄漏检测前, 先对系统作0.1~0.2 MPa的气密性试验, 确保无大的泄漏点, 合格后吹扫并清理所有待检部件外表面及缝隙, 做到无水, 无油、油脂及其它污垢。

(6) 检测应在清洁的环境中进行, 没用风或雨等环境因素的干扰, 环境温度应在5~40℃, 相对湿度80%~50%。

(7) 质谱仪经预热及校验合格, 灵敏度满足检测要求。检测过程中也要经常检查仪器内部及吸枪头的过滤器是否受到污染。

3 吸枪法检测过程控制

(1) 选择合适的充气点, 将氦气瓶接入系统, 并将氦标准漏孔装在系统上远离充气点的位置。

(2) 向试验包充入洁净的压缩空气至0.06 Mpa, 保压30分钟, 无压降后用密封胶带或塑料薄膜覆盖所有法兰及其他待检部件。

(3) 继续充入氦气至0.1 MPa, 根据系统的大小保压30~90分钟 (过长的保压时间将导致氦气在塔类设备内分层) 。

(4) 检测标准漏孔漏率, 确认氦气已充分混合。

(5) 将吸枪插入胶带或薄膜内逐一检测, 方向从被检部件下部开始自下而上。

(6) 标记泄漏超标的部位, 同时应将泄漏点包覆, 防止氦气扩散到环境中 (空气中氦气浓度的波动将影响仪器的本底及其稳定性) 。同时应注意, 检测仪仅用于微量泄漏, 超过1.0×10-2Pa·m3/s的高泄漏量将使仪器受到污染, 假如发生这种情况, 应立即移开吸枪。

(7) 泄压后返修, 然后重行检测直至合格。排出的混合气体应引至远离试验包的地点排放, 也可以充入其它试验包重新利用。如空气中氦气浓度超过设定的报警值则检漏将无法进行。

(8) 试验合格的系统, 检测人员应出具由相关见证方签字的检测报告。

4 真空法检测过程控制

(1) 将真空泵, 氦标准漏孔, 氦质谱仪等接入试验包。标准漏孔应装在远离质谱仪的位置。

(2) 启动真空泵, 将压力降至60 KPa (绝压) , 保压30分钟。如有升压, 应用气密性试验重新查找漏点;如无明显泄漏可继续抽气至1 KPa (绝压) 以下, 关闭真空泵。

(3) 通过标准漏孔校验检测系统, 记录响应时间及扫描速率。

(4) 对所有待检部位用喷枪进行喷氦, 移动速度不超过经校验的扫描速率, 方向从被检部件上部开始自上而下。

(5) 其他与吸枪法类似。

5 EPC过程控制

(1) 设计应选择合适的法兰类型及密封面型式, 垫片种类及螺栓材质, 设定螺栓标准力矩及最大力矩。支架布置应合理, 必要时做应力计算。

(2) 压力容器、换热器及机泵等设备应在出厂前按照不低于现场验收标准做氦检漏, 合格后方可放行。阀门及仪表等管配件密封垫应满足设计要求, 有条件的在工厂做氦检漏。

(3) 施工。 (1) 防止法兰密封面锈蚀及机械损伤, 法兰面应配保护盖, 并防雨防潮。 (2) 制定合理的焊接工艺, 控制法兰焊接变形;对大于等于DN350的法兰做表面平整度检测, 检测不合格, 可在现场机加工。 (3) 垫片在保管及使用时防止密封面机械损伤;安装时垫片与法兰同心;垫片不得重复使用。 (4) 法兰把紧前作见证节点检查:垫片材质及密封面, 垫片与法兰偏心度, 法兰密封面锈蚀及损伤, 法兰偏口 (法兰面不平行) 、错口 (不同心) 、张口 (法兰面间距过大) 检查[6];螺栓应能自由穿过螺栓孔, 检查螺栓力矩大小、把紧顺序, 力矩应分级加大。检查完毕, 见证方在法兰上挂牌签字。

6 结束语

氦泄漏检测过程中需要控制的要素较多, 任何偏差都可能导致看似“合格”的检测结果无效。但在验收阶段才实施严格控制, 属于事后控制, 即使发现漏点, 处理漏点也要花费大量时间及费用。为保证系统氦检漏能高效通过, 还必须在设计、采购及施工阶段事先控制。

参考文献

[1]徐兰萍.光气中毒机制与治疗进展.职业卫生与应急救援, 2015 (12) :183~185.

[2]王海萍.管线氦氮试验在海洋石油工程中的应用.当代化工, 2016 (3) :501~503.

[3]邓圣军, 李金梅, 等.氦检漏试验方法在油脂设备上的应用.粮油加工 (电子版) , 2014 (5) :32~33.

[4]GB/T 15823-2009无损检测氦泄漏检测方法[S].

[5]姜少敏, 张华伟.接收站高压LNG管道系统氦检漏尝试.中国石油和化工标准与质量, 2012年12月 (下) :21.