管道泄漏检测、泄漏检测方法与泄漏检测技术
更新时间:2023-11-11 06:29:01 阅读量: 教育文库 文档下载
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管道泄漏检测、泄漏检测方法与泄漏检测技术
北京科创三思科技发展有限公司
一、管道泄漏检测
随着我国工业生产的迅猛发展,油气管道的建设同步进入高速发展期,目前我国油气管道保有量已有数十万公里,油气管道的平稳运行已经成为石化企业的重要工作。
由于管道的自然腐蚀、盗油盗气分子的人为破坏,管道发生破损泄漏的危险日益加大,管道泄漏除了油气介质的直接损失之外,还造成严重的环境污染,土地从此无法种庄稼,河流海洋无法进行渔业养殖,天然气的泄漏还可能引发爆炸。
管道泄漏检测是在管道发生泄漏的初期,发出泄漏报警,使线路维护人员能迅速到达泄漏现场进行维护处理,避免发生更加严重的后果。
管道泄漏检测技术的研究从上世纪九十年代开始,历经二十年,已经有放射物检测法、质量平衡法、电缆检测法、微波探测、磁场感应传感器探测法、红外探测法等多种直观、简单的方法被淘汰,现在行业中有三种方法被广为介绍:光纤检漏法、负压波法、次声波法。
二、管道泄漏检测方法 2.1、光纤检漏法:
根据Joule-Thomson效应原理,当管道发生泄漏时,泄漏源附近的温度会相应降低,监视该局部温度变化,可以对泄漏进行监测和定位。
光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器基于波长调制技术,将被测应变和温度的变化转化为光栅中Bragg波长的变化,通过解调得知被测参量的信息。它是一种点式准分布测量技术,该技术利用FBG作为传感器,平行铺设在天然气管道附近,检测管道由于泄漏、附近机械施工和人为破坏等事件产生的压力、振动和温度信号,通过匹配光栅法和自动识别技术检测管道泄漏并进行定位。光纤法具有测量精度高、长期稳定性好、传输距离远、数据采集实时性好、抗电磁干扰、本质防爆等优点。
根据这个原理,光纤法应该是非常有效并且定位准确的,但存在以下几个问题: ① 当泄漏量较小时,泄漏源附近温度变化较小,对光纤传感器的检测灵敏度要求相当高,在现役管道上,已经铺设的光纤是否满足要求,是一个需要确定的问题,满足要求的光纤成本也相应偏高。
② 当使用与管道平行埋设的光纤时,由于当初埋设光纤的目的不是做管道泄漏检测,
因此,光纤的埋设离管道有一定的距离,并不是贴着管道埋设(实际工程中,我们多次遇到光纤离管道有十几米距离的情况),如此一来,因管道发生泄漏而引起的温度降低,光纤就检测不到(这是工程状况限制,不是光纤检测法本身的缺陷)。
③ 即使原有光纤与管道离得很近,当发生图一情况时,由于光纤和泄漏点处于管道的两端,仍然无法报警,按照国外的报道,光纤检测系统里面的光纤需要三根均匀分布在管道周围(如图二所示),才能确保管道的泄漏报警。
图一:检测光纤与泄漏点处于管道两端
图二:光纤应埋设三根,均匀分布在管道周围
2.2、负压波法
当管道发生泄漏时,泄漏处由于管道内介质外泄造成管道压力突然下降,在流体中产生一个瞬态负压波,负压波沿管道向上、下游传播。由于管道的波导作用,负压波可传播数十公里,根据负压波到达上、下游测量点的时间差以及负压波在管道中的传播速度,可以计算泄漏位置。由于负压波法有效距离长、安装简捷、成本较低,目前在国内得到广泛
的的应用。
负压波法有其自身的缺陷,表现在以下几个方面:
① 对泄漏量要求很大:负压波法能迅速检测出泄漏量很大的泄漏,对泄漏量较小的泄漏没有效果。目前,业界对能够报警的泄漏量值说法不一,根据胜利油田一个招标项目里给出的指标:灵敏度:系统应在20秒之内探测出大于流量10%的泄漏,2分钟内探测出大于管道设计流量2%的泄漏;我们依稀可以推测出2%是一个很高的指标(详见胜利油田2013年3月招标文件《07管线漏失监控系统》);
② 在天然气管道上不起作用:在天然气管道上,如果发生泄漏,泄漏处的压缩气体迅速扩张,不产生可以检测得到的负压波,因此,负压波法对天然气管道无能为力;
③ 在海底管道上不起作用:海底的管道受海浪冲刷,在海底如同面条般不停的摆动,管道内的介质压力相应的不停变化,负压波系统会不停的发出报警信号;福建泉港联合石化的一条总长15公里的海底管道,原本设计安装一套负压波系统,后因不停报警而撤换成次声波系统。
④ 定位不准确:负压波信号是直流信号(波形如图3所示),信号从开始到结束的时域很宽,同时由于泄漏开始阶段泄漏量较小,负压波信号不明显,因此,业界在选择泄漏开始的时间点上存在较大的分歧,以负压波在输油管道内的传播速度为1000米/秒计算,取点即使存在一秒钟的时间误差,也会产生一公里的定位误差,事实上,目前管道企业在用的负压波系统,几乎没有精确定位的案例。
图3:负压波信号
⑤ 需要很多辅助手段:比如负压波系统需要流量计的辅助,由于管道存在调压等各种工况,负压波系统无法区分,因此,负压波报警的前提是流量计报告流量有损失;如果没有流量计,负压波系统即使在陆地上也是不断报警。
2.3次声波法
管道发生泄漏时,泄漏介质与泄露处管道壁高速摩擦而产生声波信号,声波信号中的次声波成分因衰减极小而能够长距离传播,次声波系统检测到该信号之后,定位原理与负压波完全一致。次声波信号是交流信号,信号呈尖峰状(见图4),时间点的获取没有分歧,弥补了负压波定位不准确的缺陷;天然气的泄漏同样产生次声波,弥补了负压波在天然气管道上无效的缺陷;海底管道因海浪而摆动时不产生次声波,不会引起误报,弥补了负压波在海底管道上无效的缺陷;次声波的产生跟泄漏量无关,并不需要产生大量泄漏的报警条件,次声波系统在济邯线上破获过打孔盗油案件,盗窃分子只是刚刚打好一个新孔,尚未开始偷油,系统即发出泄漏报警,经护线队员查看,该盗油孔漏油量不到1升。
次声波系统也有自身的缺陷:或许是次声波传感器的成本大大高于负压波传感器的成本的缘故,次声波系统造价要比负压波系统造价高三至五倍,这给推广工作带来很大阻力。
图4:次声波系统波形
三、管道泄漏检测技术
无论采用何种方法,管道泄漏检测技术都由《现场单元》+《控制室单元》+《信号处理软件》这三大部分组成。
同步显示终端GPS同步卫星服务器GPS授时数据分析采集系统MGPS授时数据采集分析系统M次声波传感器泄漏点次声波传感器阀室
3.1现场单元:
阀室现场单元的功能是获取泄漏信号,一般由传感器、采集系统、供电系统和通讯系统组成,传感器负责感知泄漏信号,传感器的精度是保证整个系统精度的第一环节,也是技术要求最高的一个环节,采集系统负责信号的采集和保存,并通过通讯系统将信号发给中心控制室的主数据服务器,供电系统在没有市电的情况下,负责给现场单元供电。 3.2控制室单元:
控制室单元由主数据服务器和同步显示终端组成,负责全部数据的存储和处理,工作人员可以通过同步显示终端观察系统的整体运行。 3.3信号处理软件
信号处理软件是系统的另一个核心组件,由于每条管道的运行环境不同、输送介质不同,造成每条管道的声波信号完全不同,在传感器精度相同的前提下,信号处理技术水平的高低,决定了系统的整体水平。
信号处理技术由若干年前的傅里叶变换、BP神经元网络、小波分析,已经发展到现在的自适应滤波以及小波分析+自适应滤波,能精确使用相关法、支持向量机等先进算法的企业尚不多见。
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