天然气管线泄漏检测与定位方法介绍

天然气输送管道的泄漏，会造成损失和危害，及时检测出泄漏并确定泄漏点非常重要。随着天然气工业的发展，管道输送在国民经济中的地位越来越重，研究出一种可靠、经济的检漏定位方法更显得异常必要。下面介绍一下近几十年来国内外天然气管线的泄漏检测及定位技术和各种方法的优缺点。

管道技术在天然气输送中有着独特的优势。随着西部油田的开发和“西气东输”工程的进行，管道运输将会在我国国民经济中占据越来越重要的地位。管道服役时间不断增长而逐渐老化，或受到各种介质的腐蚀以及其它破坏因素，会引起管道泄漏。例如：泵站的开关所带来的应力、压力控制阀的误操作、处于腐蚀环境下管道的老化、埋管土壤潮湿及温度变化、通过公路时受压过大、人为的破坏等等都是常见的原因。

天然气管道的泄漏不仅导致了资源的损失，同时极大地污染了环境，甚至发生火灾爆炸，严重威胁人民生命财产的安全。因此，对天然气管道泄漏检测技术的研究，是一个有实际意义的工作。

管道泄漏检测方法可以分成管内检测法和管外检测法。

1、管内检测法

将探测球从管道一端放入，球在管道内部流动介质的推动下，顺流而下，采用漏磁，超声波、涡流、录像等技术采集管道内的信息，然后从管道另一端将探测球取出，*后进行数据分析和处理，确定泄漏点位置。此种方法定位较为准确，但是投资巨大。实时性差，只适用于较大口径管道。而且极易发生管道堵塞、停运等严重事故。

2、管外检测法

管外检测法又可分为直接检测法和间接检测法。直接检测法含4种检测类型：人工巡线法、检测元件法、气体检测法、机载红外线法。

人工巡检法

由技术人员携带检测仪器或经过训练的动物分段对管道进行检测，或者在管道沿线设立标志桩，公布管道所辖单位的电话号码，管道发生泄漏时由附近居民打电话报*。此种方法定位精度高，误报率低．但依赖于人的敏感性、经验和责任感，只能发现较大的泄漏，并且检测是逐段的进行，实时性差。

检测元件法

在管道外侧按适当间隔设置相应的检测元件，以检测管道泄漏的气体。使用传感器检测定位精度高，但不适用于已建成管道。

气体检测法

利用检测有无可燃气体的方法来确定可燃性气体的泄漏．一般多采用基于直接接触燃烧热原理的可燃性气体检测器。多用于气体管道。受温度、污染或机械运行的影响较小。但对密闭空问内的管道泄漏检测时易引起燃烧或爆炸事故。

机载红外线法

用直升机吊一航天用的精密红外摄像机沿管道飞行，记录埋地输油管道周围某些不规则的地热辐射效应，利用光谱分析可检测出较小泄漏位置，分析结果记录在摄像机内。这种方法不能连续监测，灵敏度高。这种方法可用于长管道微小泄漏的检测。

间接检测法又可分为基于信号的处理方法、基于模型的处理方法和基于知识的处理方法。

基于信号的处理方法

基于信号的处理方法含5种检测法：压力梯度法、负压波法、压力点分析法、流量平衡法和声学方法。压力梯度法是当管线上有泄漏发生时，泄漏点处的压力将发生变化，形成以泄漏点为拐点的压力梯度曲线。通过求解压力曲线的拐点，可大体计算出泄漏点的位置。使用这种方法多数情况下需要安装至少一只压力传感器在站外，容易受不法分子的破坏。负压波法的描述为，当管道某处突然发生泄漏时，泄漏处将出现瞬态压力突降，形成一个负压波。利用压力传感器捕捉负压波特征进行泄漏判断和泄漏点定位。这种方法具有很快的响应速度和较高的定位精度，可以迅速检测出大的泄漏，自动化程度高。但对于比较小的泄漏或已经发生的泄漏检测效果不佳。压力点分析法是在管道沿线设点进行压力检测，用统计的方法分析检测值，提取压力变化曲线，并与管道处于正常运行状态时的曲线作比较，根据两者之问的差别来判断泄漏是否发生。压力点分析法只需要一个或几个检测点的压力信号，不需要建模，存储数据量和计算量都比较小，对气体管道泄漏的响应时间比较快．但是无法定位，同时对泄漏量的评估能力比较差。流量平衡法原理为：管道无泄漏运行时，管道的入口流量应该等于出口流量。有泄漏时，在管道的入口与出口将出现明显的流量差。这种方法原理简单，但只能大概判断泄漏的发生，不能进行定位。检测周期长。声学方法通过声音传感器检测沿管壁传播的泄漏点噪声，利用相关信号处理技术进行泄漏检测和定位。声学方法泄漏检测准确率高，定位精度高，但沿程安装大量传感器在许多场合是不适宜的，限制了其应用。

基于模型的处理方法

基于模型的处理方法可分为5种检测法：状态观测器法、系统辨识法、卡尔曼滤波法、实时模型法和瞬变流模型法。状态观测器法通过建立管道内流体压力和流量的状态方程，对管道流量的实测值和观测值的偏差信号采用适当的算法进行检漏。该方法假定两站的压力不受泄漏量的影响，仅适于小泄漏量情形。系统辨识法的原理是辨识出管道模型，与管道实际值进行比较来进行泄漏判断。此种方法必须假设两站的压力不受泄漏量的影响。也仅适于小泄漏量情形。卡尔曼滤波法通过建立包含泄漏量在内的压力、流量状态空间离散模型，以管道首末端的压力和流量作为输入，将整个管道空间定量划分为若干段，在每一个分段点上设定压力、流量，泄漏量等3个状态，并以各分段点处的泄漏量作为输出，运用适当判别准则进行泄漏检测和定位。使用该方法需要知道过程噪声的均值、方差等先验知识，且检测与定位精度和等分段数有关。实时模型法建立管内流体动态模型，定时采集管道上的一组实际值，由模型观测管道中流体的压力和流量值。然后将这些观测值与实测量值作比较来检漏，若二者不一致，则说明管道发生泄漏。这种方法的检测精度依赖于模型和硬件的精度，且泄漏点的定位机理大都是基于线性压力梯度法。瞬变流模型法通过建立检测系统，系统由瞬变流模型，检测装置，计算机和数据采集板组成。通过采集数据、模型分析以及通讯来检测管道泄漏。为提高检测的准确性、灵敏度及精度。可在监测管道中间增加若干压力和温度传感器。这种方法准确性，可靠性较高，但模型比较复杂。

基于知识的处理方法

基于知识的处理方法可分为3种检测方法：统计分析法、神经网络法和模式识别法。统计分析法是使用统计方法，对管道的入、出口的压力、流量值进行分析。连续计算发生泄漏的概率。确定泄漏发生后。采用*小二乘算法进行定位。这种方法不需要建立管道模型，计算量比较小，误报*率低，适应环境能力强。但是对仪器的精度要求比较高。对气体管道泄漏的响应时间比较慢。神经网络法是基于人工神经网络的方法对管道运行状况进行分类识别，是一种基于经验的类似人类的认知过程的方法。它实时性好，并且具有较强的抗恶劣环境和抗噪声干扰的能力。但作为一项新的技术，人们对它还需要一个认识过程。模式识别法对泄漏产生的瞬态负压波进行特征提取和结构模式识别，以此进行泄漏检测。此法抗干扰力强，具有高效快速的特点，但需要丰富的先验。

3、结论

   衡量管道泄漏检测方法的优与劣主要有9个标准：灵敏度、定位精度、响应时间、误报率、评估能力、适应能力、有效性、使用与维护要求和费用问题。据以上的标准，许多检测方法都存在尚需解决的问题。比如小泄漏检测与定位问题、多泄漏点管网的泄漏检测与定位、原油管道与天然气管道泄漏检测与定位的区别，以及单一使用一种方法的缺陷都是今后研究的重点。