馬劍

北京華油國際物流工程服務(wù)有限公司

 

［摘 要］本文結合我國管道輸送的實(shí)際情況，對目前現有的各種泄漏檢測與定位方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較，重點(diǎn)研究了管道內聲波檢測泄漏的問(wèn)題，即利用傳感器技術(shù)檢測識別泄漏產(chǎn)生的聲波信號，利用里程輪和標定系統進(jìn)行定位，利用多光譜進(jìn)行分析。針對長(cháng)距離輸油管線(xiàn)微小泄漏及“細水長(cháng)流”型打孔盜油情況的特點(diǎn)，對原油集輸管道內微滲漏檢測技術(shù)進(jìn)行了介紹。

［關(guān)鍵詞］管道 微滲漏 定位 內檢測

 

1 技術(shù)背景 

1.1 滲漏檢測的必要性 

目前我國大慶、長(cháng)慶、勝利、大港、遼河、華北、中原等油田管線(xiàn)和部分始建于上世紀70、 80年代的長(cháng)輸管道，很多已達設計年限，正處于超齡服役階段，油氣管道泄漏事故時(shí)有發(fā)生。在泄漏事故中除了自然腐蝕穿孔和外部機械撞擊等因素外，人為打孔破壞管道的事故也占有一定的比例。 

管道泄漏造成的經(jīng)濟損失、環(huán)境污染及人員傷害是巨大的。如果能夠及時(shí)發(fā)現泄漏，確定泄漏點(diǎn)，就能有效地減輕泄漏事故造成的損失和危害。然而由于管道埋地較深，通過(guò)常規的巡線(xiàn)檢測方法很難及時(shí)找到泄漏點(diǎn)。另外，長(cháng)輸管道沿途多為荒漠、沼澤、戈壁或河流，而檢測方式多為人工定期巡檢，這都限制了泄漏檢測與定位的實(shí)時(shí)性與準確性。所以除了從立法上加強保護外，也需要從技術(shù)上提供高效、可靠的泄漏檢測方法。 

1.2 現有泄漏檢測方法優(yōu)缺點(diǎn) 

1.2.1 流量平衡法

流量平衡法的原理是當管道的入口流量大于出口流量時(shí)，就可以判斷出管道中間發(fā)生了泄漏。這種方法原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現，但是檢測精度受到兩端的流量計的精度限制，而且不能對泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位。對于加熱輸送的管道還需考慮沿程溫降對流體密度和體積的影響。

1.2.2 光纖傳感器方法

光纖傳感器是最近兒年來(lái)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)，在實(shí)現物理量測量的同時(shí)可以進(jìn)行信號的傳輸，在解決信號衰減和抗干擾方面有著(zhù)獨特的優(yōu)越性。用光纖傳感器檢測管道泄漏的方法是根據管道中輸送的熱物質(zhì)泄漏會(huì )引起周?chē)�環(huán)境溫度的變化，利用分布式光纖溫度傳感器連續測量沿管道的溫度分布，當沿管道的溫度變化超過(guò)一定的范圍，就可以判斷發(fā)生了泄漏。光纖檢測泄漏當下應用經(jīng)驗不足，但隨著(zhù)各種分布式光纖傳感器的發(fā)展，未來(lái)可以實(shí)現利用一根或幾根光纖對油氣管線(xiàn)內介質(zhì)的溫度、壓力、流量、管壁應力進(jìn)行分布式在線(xiàn)測量，這在管道監控系統中將極具應用潛力。

1.2.3 實(shí)時(shí)模型及統計決策方法

瞬變模型法是建立管內流體流動(dòng)的數學(xué)模型，在一定邊界條件下求解管內流場(chǎng)，然后將計算值與管端的實(shí)測值相比較。當實(shí)測值與計算值的偏差大于一定范圍時(shí)，即認為發(fā)生了泄漏。在泄漏定位中使用穩態(tài)模型，根據管道內的壓力梯度變化可以確定泄漏點(diǎn)的位置。 

瞬變模型法報警門(mén)限值與測量?jì)x器誤差、流動(dòng)模型誤差、數值方法誤差以及要求的報警時(shí)間有關(guān)。如果采用較小門(mén)限值來(lái)檢測更小的泄漏，那么由于以上原因導致的不確定性就會(huì )產(chǎn)生更多的誤報警;如果要求實(shí)現低誤報警率，那么所能檢測到的最小的泄漏必然變大。誤報警率高是瞬變模型法在實(shí)際應用中的一個(gè)難以解決的問(wèn)題。

1.2.4 負壓波法

在泄漏發(fā)生時(shí)，泄漏處立即產(chǎn)生因流體物質(zhì)損失而引起局部流體密度減小出現的瞬時(shí)壓力降低，這個(gè)瞬時(shí)的壓力下降作用在流體介質(zhì)上就作為減壓波源，通過(guò)管道和流體介質(zhì)向泄漏點(diǎn)的上下游以聲速傳播。當以泄漏前的壓力作為參考標準時(shí)，泄漏時(shí)產(chǎn)生的減壓波就稱(chēng)為負壓波。

管道中輸送介質(zhì)不同，負壓波的傳播速度大小也不相同。如在天然氣中大約為300m/s，在液體油中則大約為1200m/s。負壓波檢測法可迅速檢測突發(fā)性的大量泄漏，在快速診斷法中占有重要地位。在眾多的管道泄漏檢測方法中，負壓波法最為適合檢測突發(fā)性的泄漏事故。 

以上方法都可以對管道泄漏進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，但是在泄漏量和定位精度上都有缺點(diǎn)，無(wú)法實(shí)現對小于10L/H的微小滲漏進(jìn)行檢測。針形孔腐蝕缺陷等小缺陷及微泄露的檢測、探測是當前國際上共同的技術(shù)難題。其他檢測技術(shù)如超聲、漏磁等可以檢測管道本體上的缺陷，但無(wú)法實(shí)現對針孔型泄漏點(diǎn)的檢測。國外公司一般采取管道內微滲漏檢測技術(shù)檢測較小的缺陷，在檢測周期內定期開(kāi)展微滲漏專(zhuān)項檢測，而國內在這方面還沒(méi)開(kāi)展過(guò)。 

2 管道內微滲漏檢測技術(shù) 

2.1 管道內微滲漏檢測技術(shù)介紹

管道內微滲漏檢測技術(shù)主要是靠管道內運行檢測器進(jìn)行數據收集，檢測設備由驅動(dòng)裝置、數據處理裝置和地面定標裝置組成。 

設備運行采用的是收發(fā)球的方式，設備在管道內靠驅動(dòng)裝置運行，在管道內隨介質(zhì)一起流動(dòng)。驅動(dòng)裝置為皮碗或其他形狀外殼，主要材料是聚乙烯，同時(shí)與管壁保持一定空隙，以減少誤差。 

數據處理裝置由探測器、壓力傳感器、內部時(shí)鐘、電子處理和存儲系統等組成，通過(guò)聲學(xué)探測器記錄管道本體上的泄漏點(diǎn)，并記錄存儲在CPU里，設備上有發(fā)射機、里程輪、陀螺儀及慣導系統等模塊，可以配合管外定標裝置進(jìn)行設備的追蹤和定位。定位裝置由里程輪和地面定標裝置共同組成，在設備運行過(guò)程中通過(guò)對里程的實(shí)時(shí)記錄和地面標定裝置的配合使用，實(shí)現對泄漏點(diǎn)的定位，定位誤差可控制在±1m。

 

 

埋地管線(xiàn)泄漏檢測器原理

 

2.2 技術(shù)特點(diǎn)及價(jià)值

從科研價(jià)值來(lái)講，本技術(shù)檢測和定位精度都比較高，尤其適用于大于6.8L/H的微小滲漏的檢測，可以定期對輸油管道進(jìn)行泄漏檢測，彌補其他技術(shù)的不足。 

從經(jīng)濟角度來(lái)看，本技術(shù)的開(kāi)展使用對加強我國輸油管道安全管理，減小可能因油品泄漏造成的巨大損失，促進(jìn)我國管道運輸事業(yè)發(fā)展具有重要意義。

2.3 微滲漏檢測技術(shù)的應用

2.3.1 微滲漏檢測技術(shù)在國外的應用

該技術(shù)在歐洲和美洲一些國家都已經(jīng)相繼開(kāi)展使用，由于當地法律法規的要求，微滲漏檢測在國外管道管理中已被作為管道完整性管理的一部分，要求在一定周期內對管道進(jìn)行一次檢查，該技術(shù)獲得良好的效果，逐步在應用中進(jìn)行完善，各個(gè)國家所使用檢測設備雖然外形和綜合性能都有一定差異，但基本原理相同。

2.3.2 微滲漏檢測技術(shù)在國內的應用

北京華油國際物流工程服務(wù)有限公司經(jīng)調研，引進(jìn)國外比較先進(jìn)的管道內聲波泄漏檢測器進(jìn)行管道泄漏的檢測，精度可達6.8L/H，定位距離可到±1m，數據采用多頻光譜技術(shù)進(jìn)行分析，是目前國際上性能比較優(yōu)越的檢測技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)在中石油管道公司開(kāi)展試用，并取得良好的效果。

 

2.3.3 實(shí)際項目運行介紹

為了驗證檢測設備的實(shí)際性能，北京華油國際物流工程服務(wù)有限公司、中石油管道公司共同成立了領(lǐng)導小組，選擇了呼包鄂分公司實(shí)施試驗項目，并邀請國外技術(shù)專(zhuān)家對整個(gè)項目運行進(jìn)行指導。

（ 1）現場(chǎng)調研。通過(guò)填寫(xiě)調查問(wèn)卷，掌握了管線(xiàn)基本運行參數。對沿線(xiàn)收發(fā)球站及閥室等設置情況進(jìn)行了現場(chǎng)勘查（下圖所示），進(jìn)一步明確了本次項目所需所有工況條件。

 

 

（ 2）運行測徑板清管器。管道企業(yè)在檢測前運行了一個(gè)帶測徑板的清管器，用來(lái)確保管道內沒(méi)有凹陷或變形，不會(huì )對檢測器造成損壞或造成檢測器在管道內的卡堵，清管工作能夠順利完成。本次清管說(shuō)明管道里面沒(méi)有較大的變形，不會(huì )影響檢測器通過(guò)。

（ 3）模擬泄漏點(diǎn)。在管道上制造了一個(gè)模擬泄漏點(diǎn)，驗證在當前管線(xiàn)條件下，設備能夠準確檢測和定位滲漏點(diǎn)。為了確保模擬點(diǎn)的泄漏量能夠滿(mǎn)足要求，在整個(gè)過(guò)程中用了刻度瓶和計時(shí)器進(jìn)行計量（下圖所示）。

 

（4）運行模擬器。模擬器在重量和尺寸方面是和實(shí)際檢測器相同的，但是不包含任何的電子部件�？梢酝ㄟ^(guò)運行模擬器，來(lái)確定管線(xiàn)內的情況及可能會(huì )對檢測器造成的損壞，從而增加測試成功的機率。

模擬器于2016年1月19日從始發(fā)站發(fā)出，于1月21日到達終點(diǎn)站。在模擬器到達收球站的時(shí)候，可能因為管道內沉積物的出現，模擬器外觀(guān)產(chǎn)生了一些損壞（下圖所示）。經(jīng)過(guò)評定，這些損壞在可接受的水平，所以同意繼續發(fā)送實(shí)際的檢測器。

 

（ 5）運行滲漏檢測器。在收出模擬器后，按照計劃將滲漏檢測器準備好，于2016年1月22日下午在首發(fā)站發(fā)出，滲漏檢測器的運行環(huán)境是柴油，于1月24日中午11： 21到達終點(diǎn)站。在整個(gè)運行過(guò)程中，技術(shù)人員按照計劃進(jìn)行嚴密追蹤，整個(gè)檢測工作進(jìn)展順利，檢測器在收出球筒時(shí)帶出了一些雜質(zhì)和沉淀物，出現了輕微損壞。

（ 6）檢測器定位。按照預先制定好的方案來(lái)追蹤定位檢測器，追蹤定位系統（下圖所示）由一個(gè)外部的接收機和安裝在檢測器上的信號發(fā)射機組成。同時(shí)，當檢測器通過(guò)一些暴露在外的管段（如截斷閥閥室）時(shí)，也可以通過(guò)聽(tīng)聲音來(lái)進(jìn)行判斷。

 

（ 7）出具分析報告。在現場(chǎng)檢測作業(yè)完成后，北京華油國際物流工程服務(wù)有限公司給管道公司出具了一份檢測報告，包括設備在管線(xiàn)內運行情況、管線(xiàn)內異常點(diǎn)定位與分析，以及檢測結果的介紹等。

本次實(shí)驗項目成功檢測并定位出了模擬泄漏點(diǎn)，發(fā)現了管線(xiàn)存在的一些其他問(wèn)題，且數據采集完整，檢測過(guò)程得到了相關(guān)企業(yè)的認可，證實(shí)了該檢測工具有較好的適用性，可以幫助企業(yè)完善管道完整性管理流程，提高所運行管網(wǎng)的安全性能。

作者簡(jiǎn)介：馬劍，男， 1968年5月生，法國MBA，現任北京華油國際物流工程服務(wù)有限公司副經(jīng)理。

《管道保護》2016年第4期（總第29期）