天然气管道检漏

1、1天然气管道检漏天然气管道检漏主要内容主要内容: :一、绪论；一、绪论；二、泄漏原因二、泄漏原因 ；三、泄漏检测技术三、泄漏检测技术 ；四、管道泄漏检测系统的评价指标；四、管道泄漏检测系统的评价指标；五、预防泄漏事故的措施。五、预防泄漏事故的措施。 2 一、绪论：一、绪论： 天然气易燃、易爆、易扩散天然气易燃、易爆、易扩散, ,天然气管线天然气管线 的泄漏破裂事故不但造成很大的直接经济损失的泄漏破裂事故不但造成很大的直接经济损失, , 更易造成人身伤害和环境污染等严重后果。因更易造成人身伤害和环境污染等严重后果。因 此此, ,对天然气管线泄漏进行实时在线监测对天然气管线泄漏进行实时在线监测,

2、,及时及时 发现泄漏和预防泄漏隐患就显得十分重要。发现泄漏和预防泄漏隐患就显得十分重要。 3 根据泄漏量的不同，管道泄漏一般分为小根据泄漏量的不同，管道泄漏一般分为小 漏、中漏、大漏。小漏亦称砂眼，泄漏量低于正漏、中漏、大漏。小漏亦称砂眼，泄漏量低于正 常输量的常输量的 3% 3% ，主要是由于管道防腐层被破坏，主要是由于管道防腐层被破坏， 管壁在土壤电化学腐蚀作用下出现锈点，腐蚀逐管壁在土壤电化学腐蚀作用下出现锈点，腐蚀逐 渐贯穿整个管壁的现象。渐贯穿整个管壁的现象。 中漏的泄漏量在正常输量的中漏的泄漏量在正常输量的 3% 3% 10% 10% 之之 间。大漏的泄漏量则大于正常输量的间。大漏

3、的泄漏量则大于正常输量的 10% 10% 。在。在 管道运营中，由于倒错流程、干线阀门误动作等管道运营中，由于倒错流程、干线阀门误动作等 原因可能使干线超压造成管道泄漏。原因可能使干线超压造成管道泄漏。4二、泄漏原因：二、泄漏原因： 天然气长输管道在运行过程中天然气长输管道在运行过程中, ,出现出现泄漏现象的原因主要有以下四个方面泄漏现象的原因主要有以下四个方面 。 (1)(1)管道腐蚀；管道腐蚀；(2)(2)自然破坏；自然破坏； (3)(3)人为破坏；人为破坏；(4)(4)管道自身缺陷。管道自身缺陷。5 管道的泄漏管道的泄漏, ,具体表现在以下具体表现在以下1010个方面个方面: : 管道材

4、质不良管道材质不良, ,由于材质开裂、存在砂眼由于材质开裂、存在砂眼, ,久久 经腐蚀穿洞；经腐蚀穿洞； 管道涂层损坏、脱落管道涂层损坏、脱落, ,造成管道腐蚀穿孔；造成管道腐蚀穿孔； 阴极保护度低或失效阴极保护度低或失效, ,以及潮湿的环境如腐蚀以及潮湿的环境如腐蚀 性介质对管道外壁造成的腐蚀和传输介质的性介质对管道外壁造成的腐蚀和传输介质的 腐蚀成分对管道内壁造成的腐蚀；腐蚀成分对管道内壁造成的腐蚀； 管道接头安装不良，阀门不良，未设计管道管道接头安装不良，阀门不良，未设计管道 伸缩节等原因；伸缩节等原因； 由于地下管道拥挤由于地下管道拥挤, ,在施工其它地下工程时受在施工其它地下工程时受

5、 影响所致；影响所致； 6由于高层建筑工程的重压由于高层建筑工程的重压, ,使地基下沉使地基下沉, ,致使管致使管 道开裂；道开裂；由于地质构造原因使地基下沉由于地质构造原因使地基下沉, ,造成管道开裂造成管道开裂 ( (如地震如地震 地下水位下降地下水位下降) )；在路段上的管道在路段上的管道, ,由于重载车辆的通行而造成由于重载车辆的通行而造成 管道开裂；管道开裂；不法分子的盗窃破坏，造成管道穿孔以及施工不法分子的盗窃破坏，造成管道穿孔以及施工 人员违章操作人员违章操作, ,野蛮施工造成的破坏；野蛮施工造成的破坏；由于地震、滑坡等自然灾害以及气候变化使管由于地震、滑坡等自然灾害以及气候变化

6、使管 道发生翘曲变形导致应力破坏。道发生翘曲变形导致应力破坏。 7 一般来说一般来说, ,泄漏事故在管道运行的早期的泄漏事故在管道运行的早期的 发生频率较高发生频率较高, ,而在中期较低。这主要是因为而在中期较低。这主要是因为 在早期在早期, ,管道在材质、设计和施工等方面存在管道在材质、设计和施工等方面存在 的未被发现的缺陷的未被发现的缺陷, ,会在运行初期充分暴露会在运行初期充分暴露, ,管管 理和操作人员的本身经验不足理和操作人员的本身经验不足, ,制度不全制度不全, ,这也这也 是初期造成泄漏事故多发的原因是初期造成泄漏事故多发的原因; ;在管道运行在管道运行 后期后期, ,由于管道和

7、设备的老化、腐蚀、磨损由于管道和设备的老化、腐蚀、磨损, ,管管 道较容易破裂道较容易破裂, ,造成事故率上升。造成事故率上升。8 在天然气管道输送过程中在天然气管道输送过程中, ,常发生泄漏的常发生泄漏的 部位是管道上的连接部位、焊接部位、流体的部位是管道上的连接部位、焊接部位、流体的 转向部位及采用填料密封部位等。转向部位及采用填料密封部位等。 1.1.连接部位泄漏：连接部位泄漏： 连接部位是指为了检修或更换零部件而在连接部位是指为了检修或更换零部件而在 设备或管道上设置的可拆卸性构件。最常见设备或管道上设置的可拆卸性构件。最常见 的连接部位有法兰连接和螺纹连接。的连接部位有法兰连接和螺纹

8、连接。9 (1)(1)法兰泄漏：法兰泄漏： 法兰密封是天然气管道输送中应用最广法兰密封是天然气管道输送中应用最广 泛的一种密封结构形式。这种密封形式一般泛的一种密封结构形式。这种密封形式一般 是依靠其连接螺栓所产生的预紧力是依靠其连接螺栓所产生的预紧力, ,通过各种通过各种 固体垫片或液体垫片达到足够的工作密封比压固体垫片或液体垫片达到足够的工作密封比压, , 来阻止被密封流体介质的外泄来阻止被密封流体介质的外泄, ,属于强制密封属于强制密封 范畴。这种连接形式主要存在三种泄漏形式。范畴。这种连接形式主要存在三种泄漏形式。101)1)界面泄漏。密封垫片压紧力不足、法兰结合界面泄漏。密封垫片压紧

9、力不足、法兰结合 面上的粗糙度不恰当、管道温差变形、机械面上的粗糙度不恰当、管道温差变形、机械 振动等都会引起密封垫片与法兰面之间密合振动等都会引起密封垫片与法兰面之间密合 不严而发生泄漏。不严而发生泄漏。2)2)渗透泄漏。压力介质通过密封垫片内部的微渗透泄漏。压力介质通过密封垫片内部的微 小间隙而产生的一种泄漏形式。小间隙而产生的一种泄漏形式。3)3)破坏泄漏。破坏泄漏是由于安装质量欠佳而破坏泄漏。破坏泄漏是由于安装质量欠佳而 产生密封垫片压缩过度或密封比压不足而发产生密封垫片压缩过度或密封比压不足而发 生的泄漏。生的泄漏。11(2) (2) 螺纹连接部位泄漏：螺纹连接部位泄漏： 螺纹泄漏是

10、由于所使用的缠绕填充材料如四螺纹泄漏是由于所使用的缠绕填充材料如四氟乙烯、石棉绳、麻丝等材料经过长期使用后氟乙烯、石棉绳、麻丝等材料经过长期使用后, ,会出现老化、龟裂、变质会出现老化、龟裂、变质, ,塑性变形和回弹力下塑性变形和回弹力下降降, ,造成填充材料与丝扣之间密合不严而发生泄造成填充材料与丝扣之间密合不严而发生泄漏。漏。2.2.焊接部位泄漏：焊接部位泄漏： 由焊接存在的缺陷如未焊透、夹渣、气孔、由焊接存在的缺陷如未焊透、夹渣、气孔、裂纹引起的泄漏。裂纹引起的泄漏。123.3.冲刷引起的管道泄漏：冲刷引起的管道泄漏： 由于天然气高速流体在改变方向时由于天然气高速流体在改变方向时, ,对

11、管壁对管壁产生较大的冲刷力导致的管道穿孔泄漏。产生较大的冲刷力导致的管道穿孔泄漏。4.4.填料部位泄漏：填料部位泄漏： 主要指阀门填料处或机泵的轴向填料密封主要指阀门填料处或机泵的轴向填料密封处发生的泄漏。处发生的泄漏。13 二、泄漏检测技术：二、泄漏检测技术： 泄漏检测方法一般用来检测管道的完整泄漏检测方法一般用来检测管道的完整性的。国外从性的。国外从2020世纪世纪7070年代末开始对油气长输年代末开始对油气长输管道泄漏检测技术进行研究管道泄漏检测技术进行研究, ,到到8080年代末年代末, ,相关相关的检测技术和设备已商品化。目前的检测技术和设备已商品化。目前, ,国内外常国内外常用的输

12、气管道泄漏检测与定位方法很多。用的输气管道泄漏检测与定位方法很多。14 1 1、直接检漏法：、直接检漏法： 直接检漏法是检测泄漏气体的直接检漏方直接检漏法是检测泄漏气体的直接检漏方 法法, ,其中包括最原始的人工巡视法其中包括最原始的人工巡视法, ,这种方法依这种方法依 靠工人沿道进行巡视靠工人沿道进行巡视, ,依赖于人的敏感性、经依赖于人的敏感性、经 验和责任心验和责任心, ,往往只能发现一些较大的泄漏往往只能发现一些较大的泄漏, ,而而 且耗费很大的人力且耗费很大的人力, ,实时性也较差。随着科学实时性也较差。随着科学 技术特别是计算机和自动化仪表的飞速发展技术特别是计算机和自动化仪表的飞

13、速发展, , 大量最新科技成果不断被应用于管道的检测中大量最新科技成果不断被应用于管道的检测中, , 涌现出许多高效、灵敏和方便的检测技术和设涌现出许多高效、灵敏和方便的检测技术和设 备。备。15 （1 1）红外线成像技术：）红外线成像技术： 当管道发生泄漏时当管道发生泄漏时, ,泄漏点周围土地的温泄漏点周围土地的温 度场会发生变化度场会发生变化, ,通过红外线遥感摄像装置可通过红外线遥感摄像装置可 以记录输气管道周围的地热辐射效应以记录输气管道周围的地热辐射效应, ,再利用再利用 光谱分析就可以检测出泄漏位置。这种方法可光谱分析就可以检测出泄漏位置。这种方法可 以较精确地定位泄漏点以较精确地

14、定位泄漏点, ,灵敏度也较高灵敏度也较高, ,但不适但不适 用埋设较深的管道检漏。用埋设较深的管道检漏。 16 （2 2）纹影成像技术检测法：）纹影成像技术检测法： 由于泄漏到大气中的天然气比周围空气的由于泄漏到大气中的天然气比周围空气的 折射高折射高, ,光栅之间的泄漏天然气就会使光线达光栅之间的泄漏天然气就会使光线达 摄像机时摄像机时, ,形成纹影图像形成纹影图像, ,拍摄下来的纹影能提拍摄下来的纹影能提 供信息生位移估算泄漏量供信息生位移估算泄漏量, ,与其他一些光学检与其他一些光学检 漏技术漏技术( (如背景吸收体成像、红外辐射吸收技如背景吸收体成像、红外辐射吸收技 术术) )相比相比

15、, ,纹影成像技术的敏度高纹影成像技术的敏度高, ,设备轻巧、设备轻巧、 使用方便使用方便, ,但不能实时检测泄漏。但不能实时检测泄漏。17 （3 3）智能爬行机检测方法：）智能爬行机检测方法： 智能爬行机是基于超声波、漏磁、声发射智能爬行机是基于超声波、漏磁、声发射 等无损伤原理以及录像观察的仪器等无损伤原理以及录像观察的仪器, ,它的四周它的四周 装有多个探头，可进入管道内部边爬行边检测装有多个探头，可进入管道内部边爬行边检测 管道内外腐蚀、机械损伤的程度和位置管道内外腐蚀、机械损伤的程度和位置, ,为预为预 测和判断是否泄漏提供依据。例如超声波检测测和判断是否泄漏提供依据。例如超声波检测

16、 器在爬行中不断地通过探头发射超波器在爬行中不断地通过探头发射超波, ,检测壁检测壁 厚厚, ,从而估计管道受腐蚀程度。从而估计管道受腐蚀程度。18 通常通常, ,采用声波需要在传感器和管壁之间采用声波需要在传感器和管壁之间 充填耦合剂充填耦合剂, ,检测时检测时, , 要设一个液体段要设一个液体段( (通常为通常为 凝胶凝胶),),在这个液体段的两端运行两个常规清管在这个液体段的两端运行两个常规清管 器器, ,而超声波检测器需要放入液体段，因此操而超声波检测器需要放入液体段，因此操 作很不方便作很不方便, ,还会影响管道的正常使用。国外还会影响管道的正常使用。国外 已研制成功不要液体耦合剂就

17、能用于输气管道已研制成功不要液体耦合剂就能用于输气管道 的轮式干耦合超声波检测器。的轮式干耦合超声波检测器。 19 漏磁检测器：漏磁检测器：在管道爬行的过程中在管道爬行的过程中, ,通过通过 检测器上的磁铁不断将经过的管道磁化检测器上的磁铁不断将经过的管道磁化, ,由于由于 管道上缺陷处的磁通会发生泄漏管道上缺陷处的磁通会发生泄漏, ,检测器就将检测器就将 管道上各处磁通量泄漏情况记录下来管道上各处磁通量泄漏情况记录下来, ,经分析经分析 后可确定管道的破损情况。后可确定管道的破损情况。 智能爬行机能够较为准确地判断泄漏智能爬行机能够较为准确地判断泄漏, ,并并 根据管道状况预测泄漏根据管道状

18、况预测泄漏, ,防患于未然防患于未然, ,但投资较但投资较 大大, ,且需要丰富的操作经验且需要丰富的操作经验, ,只适用于那些没有只适用于那些没有 太多弯头和连接处的大口径管道。太多弯头和连接处的大口径管道。20 （4 4）嗅觉传感器技术：）嗅觉传感器技术： 嗅觉传感器技术是一项新兴技术。这种技嗅觉传感器技术是一项新兴技术。这种技 术利用特殊的化学物质术利用特殊的化学物质, ,传感器对天然气中某传感器对天然气中某 种化学物质作出反应种化学物质作出反应, ,输出信号输出信号, ,然后通过计算然后通过计算 机信号处理机信号处理, ,检测泄漏的天然气。可将嗅觉传检测泄漏的天然气。可将嗅觉传 感器沿

19、管道按一定的间距布置感器沿管道按一定的间距布置, ,对管道进行实对管道进行实 时监控。目前时监控。目前, ,将此项技术应用于管道检测还将此项技术应用于管道检测还 不太成熟不太成熟, ,需要进一步探讨和研究。需要进一步探讨和研究。21 （5 5）打压检测法：）打压检测法： 早期新建管道必须进行静水压试验早期新建管道必须进行静水压试验, ,管道管道 在高于正常运行压力在高于正常运行压力( (一般设为设计压力的一般设为设计压力的 1.251.25倍倍) )维持维持2424小时小时, ,这种检测方法对于暴露各这种检测方法对于暴露各 种初始缺陷非常有效种初始缺陷非常有效, ,但只能检测出管道不能但只能检

20、测出管道不能 承受试验压力的部位承受试验压力的部位, ,不能提供管道的详细信不能提供管道的详细信 息息, ,并且水压试验需要停输进行并且水压试验需要停输进行, ,检测成本较大。检测成本较大。22 （6 6）气体检测法：）气体检测法： 这是一种采用基于接触燃烧原理的可燃性这是一种采用基于接触燃烧原理的可燃性 气体检测器气体检测器, ,这种方法的优点是受温度、污染这种方法的优点是受温度、污染 或机械运行的影响较小或机械运行的影响较小, ,灵敏度较高灵敏度较高, ,目前已成目前已成 为检测输气管道的主要检测仪器。缺点是易引为检测输气管道的主要检测仪器。缺点是易引 发燃烧或爆炸事故发燃烧或爆炸事故,

21、,而且不能长距离连续检测。而且不能长距离连续检测。23 （7 7）探地雷达：）探地雷达： 探地雷达将脉冲电磁波发射到管道附近的探地雷达将脉冲电磁波发射到管道附近的 地下。当管道内的气体发生泄漏时地下。当管道内的气体发生泄漏时, ,管道周围管道周围 介电性发生变化介电性发生变化, ,到达雷达的发射信号的时域到达雷达的发射信号的时域 波形也会发生变化波形也会发生变化, ,根据波形的变化就可以检根据波形的变化就可以检 测到管道是否发生泄漏。应用这种方法时测到管道是否发生泄漏。应用这种方法时, ,被被 测对象必须有一定的体积测对象必须有一定的体积, ,因此不适用较细的因此不适用较细的 管道管道, ,而

22、且地质特性的突变往往会对图像有很而且地质特性的突变往往会对图像有很 大的影响大的影响, ,容易出现误报。容易出现误报。 24 2 2、间接检漏法：、间接检漏法： 间接检漏法是指泄漏造成的流量、压力、声间接检漏法是指泄漏造成的流量、压力、声 音等物理参数发生变化而进行间接检测的方法。音等物理参数发生变化而进行间接检测的方法。 （1 1）传感器检测法：）传感器检测法： 当管道发生泄漏时当管道发生泄漏时, ,在泄漏点会产生噪声在泄漏点会产生噪声, ,通通 过声波传感器检测这种声波过声波传感器检测这种声波, ,就可进行泄漏检测和就可进行泄漏检测和 定位。此项技术能够快速检测泄漏定位。此项技术能够快速检

23、测泄漏, ,定位准确性也定位准确性也 较高。较高。25 但是由于泄漏口形状的差异对泄漏声波的特但是由于泄漏口形状的差异对泄漏声波的特 征影响较大征影响较大, ,这种方法难以确定泄漏程度。由于这种方法难以确定泄漏程度。由于 传统的声波传感器属于离散型传统的声波传感器属于离散型, ,对于长距离管道对于长距离管道 需布置大量传感器需布置大量传感器, ,投资相当大投资相当大, ,限制了这项技术限制了这项技术 的应用。的应用。 光波在光纤中传播时其特征参量光波在光纤中传播时其特征参量( (如振幅、如振幅、 相位、偏振态、波长等相位、偏振态、波长等) )在外界因素在外界因素( (如压力、振如压力、振 动、

24、位移、温度等动、位移、温度等) )的作用下会发生变化。的作用下会发生变化。26 利用这一特性利用这一特性, ,在油气管线铺设一条或几在油气管线铺设一条或几 条光缆条光缆, ,利用光纤作为传感器利用光纤作为传感器, ,监视管道泄漏时监视管道泄漏时 发出的噪声发出的噪声, ,或者检测管线周围的压力和温度或者检测管线周围的压力和温度 等信号等信号, ,通过对信号的分析和处理通过对信号的分析和处理, ,对管线附近对管线附近 的机械施工和人为破坏等事件进行迅速判断和的机械施工和人为破坏等事件进行迅速判断和 准确定位准确定位, ,提高在线检测水平。提高在线检测水平。27 分布式光纤传感器是近几年来发展的一

25、分布式光纤传感器是近几年来发展的一 个热点个热点, ,它在实现物理量测量的同时可以实现它在实现物理量测量的同时可以实现 信号的传输信号的传输, ,在解决信号衰减和抗干扰方面有在解决信号衰减和抗干扰方面有 着独特的优越性着独特的优越性, ,在管道监控系统中将极具有在管道监控系统中将极具有 应用潜力。应用潜力。28 （2 2）流量或质量平衡法流量或质量平衡法: 在流量平衡方法背后的原理是质量守恒，在流量平衡方法背后的原理是质量守恒， 既，在同一时间间隔内流入管道中的流体流量既，在同一时间间隔内流入管道中的流体流量 减去流出的量必须等于管道内流体的变化量。减去流出的量必须等于管道内流体的变化量。 如

26、果考虑更广泛的时间期间，泄漏发生能如果考虑更广泛的时间期间，泄漏发生能 被发现，然而在产品性质和一个管道瞬态特征被发现，然而在产品性质和一个管道瞬态特征 的变化会导致误报警的变化会导致误报警 29 使用这个方法，在任何时间段内，能被检使用这个方法，在任何时间段内，能被检 测出来的最小的泄漏量在管线存量上有不确定测出来的最小的泄漏量在管线存量上有不确定 性。基本上，这意味着只有泄漏大于能被插入性。基本上，这意味着只有泄漏大于能被插入 管道内的额外流量管道内的额外流量/ /质量才能被测出来。质量才能被测出来。 在流量平衡方程中，包括在管线存量上变在流量平衡方程中，包括在管线存量上变 化，极大地减少

27、与管线充装有关的流量平衡中化，极大地减少与管线充装有关的流量平衡中 的错误数量。的错误数量。 流量平衡的不确定性被减少在流量平衡的不确定性被减少在 流量测量上加上在计算的管存上的错误，流量测量上加上在计算的管存上的错误， 这这 能通过以下两种方法被实现能通过以下两种方法被实现 ： 30 1.1.通过假定管段一端到另一端的稳态压力和温通过假定管段一端到另一端的稳态压力和温 度特性，计算一个这个管段的平均密度，密度特性，计算一个这个管段的平均密度，密 度被乘以管线流量，获得管存量。管充的计度被乘以管线流量，获得管存量。管充的计 算被扩展成计算管线因数诸如管壁的膨胀，算被扩展成计算管线因数诸如管壁的

28、膨胀， 和温度变化对管充的影响，和温度变化对管充的影响， 这可以减少计这可以减少计 算的管线错误。从一个时间步到下一个时间算的管线错误。从一个时间步到下一个时间 步，管充是在时间步，管充是在时间t t1 1的管存量减去在时间的管存量减去在时间t t0 0 的管存量的管存量. .312.2.如果中间压力测量仪表存在，管存量能被更精如果中间压力测量仪表存在，管存量能被更精 确地确定，使用以管线的已知压力特征和集成确地确定，使用以管线的已知压力特征和集成 获得的密度特征。用这个方法，所有中间压力获得的密度特征。用这个方法，所有中间压力 测量基本上是连续以可维持的运行操作测量基本上是连续以可维持的运行

29、操作. . 32 （3 3）负压波检测法：）负压波检测法： 当泄漏发生时当泄漏发生时, ,泄漏处因流体物质损失而泄漏处因流体物质损失而 引起局部流体密度减少引起局部流体密度减少, ,就会产生一个瞬时压就会产生一个瞬时压 力降和速度差力降和速度差, ,并形成负压波。负压波自泄漏并形成负压波。负压波自泄漏 点向两端传播到上下游的压力传感器点向两端传播到上下游的压力传感器, ,通过分通过分 析压力传感器捕捉到瞬时压力降的波形和上下析压力传感器捕捉到瞬时压力降的波形和上下 游压力传感器接收到压力波信号的时间差就可游压力传感器接收到压力波信号的时间差就可 以定出泄漏点以定出泄漏点 。33 管道运行中的正

30、常操作也可能造成负压波管道运行中的正常操作也可能造成负压波, ,但但 与泄漏造成的负压波是有差别的与泄漏造成的负压波是有差别的, ,泵、阀的正常作泵、阀的正常作 业引起的负压波与泄漏产生的负压波方向不同业引起的负压波与泄漏产生的负压波方向不同, ,国国 外已研究出了负压波定向报警技术。根据泄漏引起外已研究出了负压波定向报警技术。根据泄漏引起 的负压波与正常操作产生的负压波波形特征有较大的负压波与正常操作产生的负压波波形特征有较大 区别区别, ,靳世久等人提出模式识别技术靳世久等人提出模式识别技术, ,对负压波进行对负压波进行 分段符号化处理分段符号化处理, ,通过与标准负压波模式比较判断通过与

31、标准负压波模式比较判断 是否有泄漏发生。是否有泄漏发生。34 由于工业现场的电磁干扰、输油泵振动和由于工业现场的电磁干扰、输油泵振动和 加热炉等的影响加热炉等的影响, ,实际采集到的负压波序列附实际采集到的负压波序列附 着大量的噪声着大量的噪声, ,这使得精确识别压力突降点变这使得精确识别压力突降点变 得非常困难。得非常困难。 李炜等人利用小波技术对泄漏信号进行了李炜等人利用小波技术对泄漏信号进行了 消噪消噪, ,并修正了负压波传播速度并修正了负压波传播速度, ,提高了检测与提高了检测与 定位的精度。定位的精度。 35 当泄漏量较大当泄漏量较大, ,泄漏引起的压力波动比较泄漏引起的压力波动比较

32、 大大, ,采用负压波检测定位精度较高采用负压波检测定位精度较高, ,及时性较好。及时性较好。 但是对于缓慢发生的泄漏、已知发生的泄漏和但是对于缓慢发生的泄漏、已知发生的泄漏和 微小渗漏微小渗漏, ,由于泄漏过程不产生负压波由于泄漏过程不产生负压波, ,或者突或者突 降点不明显降点不明显, ,检测较困难。检测较困难。36 （4 4）瞬变模型法：）瞬变模型法： 瞬变模型法给天然气管道的运行建立管内瞬变模型法给天然气管道的运行建立管内 流体流动的一个数学模型流体流动的一个数学模型, ,并在一定边界条件并在一定边界条件 下利用计算机求解管内流场。将模型的输出值下利用计算机求解管内流场。将模型的输出值

33、 与实际检测值相比较与实际检测值相比较, ,一旦发现两者的偏差大一旦发现两者的偏差大 于一定范围时于一定范围时, ,即认为发生泄漏即认为发生泄漏, ,进一步分析管进一步分析管 道内的压力梯度变化可以确定泄漏点的位置。道内的压力梯度变化可以确定泄漏点的位置。 当然这种模型只能建立在稳定流假定基础之上当然这种模型只能建立在稳定流假定基础之上 的的, ,因此对于非稳定流的情况检测效果不好。因此对于非稳定流的情况检测效果不好。 37 由于此方法中的报警值与仪器模型和数值由于此方法中的报警值与仪器模型和数值 计算的误差有关计算的误差有关, ,为了减少误差造成的误报警为了减少误差造成的误报警, , 阀值不

34、能定得太低阀值不能定得太低, ,检测的灵敏度受到制约检测的灵敏度受到制约, ,误误 报警率高是瞬变模型法在实际应用中的一个难报警率高是瞬变模型法在实际应用中的一个难 以解决的问题。以解决的问题。 （5 5）统计决策检漏法：）统计决策检漏法： 使用序贯概率比检测的方法使用序贯概率比检测的方法, ,根据管道出根据管道出 入口的流量和压力入口的流量和压力, ,连续计算发生泄漏的概率连续计算发生泄漏的概率, , 确定发生泄漏后确定发生泄漏后, ,利用最小二乘法进行泄漏点利用最小二乘法进行泄漏点 定位。定位。38 该方法使用统计决策论的观点该方法使用统计决策论的观点, ,较好地解较好地解 决了瞬变模型中

35、报警的问题决了瞬变模型中报警的问题, ,并且降低了计算并且降低了计算 上的复杂性上的复杂性, ,具有很好的应用前景。具有很好的应用前景。 （6 6）分段密封法：）分段密封法： 沿管线安装多个截止阀沿管线安装多个截止阀, ,关闭相邻两个截关闭相邻两个截 止阀止阀, ,通过监测各管段的压力下降的情况来检通过监测各管段的压力下降的情况来检 漏。这种方法能够检测出较小泄漏量漏。这种方法能够检测出较小泄漏量, ,可靠性可靠性 高高, ,但只能在管道停输时使用，而且需要安装但只能在管道停输时使用，而且需要安装 较多截止阀，实时性和经济性较差。较多截止阀，实时性和经济性较差。 39 另外另外, ,还有一些其

36、他检测方法还有一些其他检测方法, ,如应力波检如应力波检 测法、压力梯度法、背景吸收气体成像、放射测法、压力梯度法、背景吸收气体成像、放射 线示踪物法等。这些繁多的检测技术各具有优线示踪物法等。这些繁多的检测技术各具有优 缺点缺点, ,单一的检漏装置很难满足检测要求。在单一的检漏装置很难满足检测要求。在 实践中要结合工程实际实践中要结合工程实际, ,正确分析工况条件及正确分析工况条件及 最终性能要求最终性能要求, ,明确各性能要求的主次关系明确各性能要求的主次关系, ,综综 合应用多种检测方法合应用多种检测方法, ,组成可靠性及经济性俱组成可靠性及经济性俱 佳的泄漏检测系统。佳的泄漏检测系统。

37、40 3. 3.硬件方法硬件方法 ： 硬件方法是依靠不同的硬件装置用来辅助硬件方法是依靠不同的硬件装置用来辅助检测确定泄漏位置。所用典型装置根据设计原检测确定泄漏位置。所用典型装置根据设计原理可分为理可分为5 5种类型种类型: :气体取样检测器、温度检测气体取样检测器、温度检测器、声学检测器、电参数检测器和管内行走检器、声学检测器、电参数检测器和管内行走检测器。测器。 1 1、气体取样检测器、气体取样检测器 气体取样检测器主要有火焰电离检测器和气体取样检测器主要有火焰电离检测器和可燃气体监测器两种。可燃气体监测器两种。41 火焰电离检测器火焰电离检测器的基本工作原理的基本工作原理: :在有电场

38、在有电场存在的情况下存在的情况下, ,烃类烃类( (气态气态) )在纯氢火焰灼烧下产在纯氢火焰灼烧下产生带电碳原子生带电碳原子, ,碳原子被收集到一个电极板上并碳原子被收集到一个电极板上并计数计数; ;当碳原子的数量超过预设值时当碳原子的数量超过预设值时, ,则表明周围则表明周围空气中存在超过了警戒浓度的可燃气体空气中存在超过了警戒浓度的可燃气体, ,检测器检测器即报警。利用检测有无可燃性气体的方法来确定即报警。利用检测有无可燃性气体的方法来确定可燃性气体的泄漏一般采用基于接触燃烧原理的可燃性气体的泄漏一般采用基于接触燃烧原理的可燃性气体检测器可燃性气体检测器, ,常用于气体管道。常用于气体管

39、道。42 可燃气体检测器可燃气体检测器是一种监视可燃气体的是一种监视可燃气体的独立传感器。它通过扩散作用从空气中取样独立传感器。它通过扩散作用从空气中取样, ,利用催化氧化原理产生一种与可燃气体浓度成利用催化氧化原理产生一种与可燃气体浓度成比例的信号比例的信号, ,一旦可燃气体浓度超过爆炸下限一旦可燃气体浓度超过爆炸下限的的20%,20%,继电器驱动信号便传送到远方控制板上继电器驱动信号便传送到远方控制板上的报警器报警。的报警器报警。43 2 2、温度检测器：、温度检测器： 泄漏会引起管道周围环境的温度变化。采泄漏会引起管道周围环境的温度变化。采 用搭载在车辆、直升机上的光谱检测和分析设用搭载

40、在车辆、直升机上的光谱检测和分析设 备备, ,可通过监测泄漏引起的热点检漏。美国佛可通过监测泄漏引起的热点检漏。美国佛 罗里达技术网络公司利用直升飞机载红外线摄罗里达技术网络公司利用直升飞机载红外线摄 像装置像装置, ,记录埋地管道周围某些不规则的地热记录埋地管道周围某些不规则的地热 辐射效应辐射效应, ,利用光谱分析检测较小的泄漏。利用光谱分析检测较小的泄漏。44美国天然气研究所现正致力于利用以激光为基础美国天然气研究所现正致力于利用以激光为基础的遥感技术检漏研究的遥感技术检漏研究, ,以开发一种能在相当远的以开发一种能在相当远的距离内选用遥感技术快速扫描大幅地区距离内选用遥感技术快速扫描大

41、幅地区, ,检测管检测管道气体泄漏产生的热点并提供有关图像的装置。道气体泄漏产生的热点并提供有关图像的装置。 近年来先进的大面积温度传感器的发展使近年来先进的大面积温度传感器的发展使温度检测技术更加实用。温度传感器温度检测技术更加实用。温度传感器, ,如多传感如多传感器电缆和采用光导纤维的光学时间域反射测定法器电缆和采用光导纤维的光学时间域反射测定法等都被用于检测泄漏附近温度的变化。等都被用于检测泄漏附近温度的变化。 45 3 3、声学检测器、声学检测器: : 渗漏发生后渗漏发生后, ,流体流出管道后会发生声音流体流出管道后会发生声音, , 声波按照管道内流体物理性质决定的速度传播声波按照管道

42、内流体物理性质决定的速度传播 开去。声音检测器检测出这种波而发现泄漏。开去。声音检测器检测出这种波而发现泄漏。 由于检测范围的局限有必要沿管道安装很由于检测范围的局限有必要沿管道安装很 多声音传感器多声音传感器, ,这些传感器在管道内检测声音这些传感器在管道内检测声音 信号信号, ,从正常运行的声音中鉴别出泄漏声音。从正常运行的声音中鉴别出泄漏声音。46 4 4、电参数检测器：、电参数检测器： 电参数检测器主要有电缆阻抗检测和土壤电参数检测器主要有电缆阻抗检测和土壤 电参数检测两种。电参数检测两种。 电缆阻抗检测法是由加拿大技术人员所开电缆阻抗检测法是由加拿大技术人员所开发。在管道建设时发。在

43、管道建设时, ,沿管道铺设一种能与天然沿管道铺设一种能与天然 气进行某种反应的电缆。如果泄漏发生气进行某种反应的电缆。如果泄漏发生, ,则泄则泄 漏天然气会与电缆发生反应漏天然气会与电缆发生反应, ,改变电缆的阻抗改变电缆的阻抗 特性并将此信号传回检测中心。特性并将此信号传回检测中心。 47 该电缆既是传感器又是信号传输设备该电缆既是传感器又是信号传输设备, ,可可利用阻抗、电阻率和长度的关系确定泄漏的程利用阻抗、电阻率和长度的关系确定泄漏的程度和泄漏的位置。度和泄漏的位置。 泄漏会引起管道周围土壤电参数的变化泄漏会引起管道周围土壤电参数的变化, ,采用雷达系统采用雷达系统( (发射器和接收器

44、发射器和接收器) )可通过检测土可通过检测土壤电参数准确定位地下管道的泄漏壤电参数准确定位地下管道的泄漏, ,即为土壤即为土壤电参数检测法。电参数检测法。48 5 5、管道机器人：、管道机器人： 随着科学技术的发展随着科学技术的发展, ,机器人也在管道检机器人也在管道检 测中得到较为广泛的运用。管道机器人是一种测中得到较为广泛的运用。管道机器人是一种 可在管道内行走的机械可在管道内行走的机械, ,可以携带一种或多种可以携带一种或多种 传感器传感器, ,在操作人员的远端控制下进行一系列在操作人员的远端控制下进行一系列 的管道检测维修作业的管道检测维修作业, ,是一种理想的管道自动是一种理想的管道

45、自动 化检测装置。一个完整的管道检测机器人应当化检测装置。一个完整的管道检测机器人应当 包括移动载体、视觉系统、信号传送系统、动包括移动载体、视觉系统、信号传送系统、动 力系统和控制系统。力系统和控制系统。 49 管道机器人利用超声波传感器、漏磁通传管道机器人利用超声波传感器、漏磁通传感器等多种检侧传感器进行信息检测感器等多种检侧传感器进行信息检测, ,对管道对管道环境进行识别环境进行识别, ,自动完成检测任务。其核心组自动完成检测任务。其核心组成为管道环境识别系统成为管道环境识别系统( (视觉系统视觉系统) )和移动载体。和移动载体。目前国外的管道机器人的技术已经发展得比较目前国外的管道机器

46、人的技术已经发展得比较成熟成熟, ,它不仅能进行管道检测它不仅能进行管道检测, ,还具有管道维护还具有管道维护与维修等功能与维修等功能, ,是一个综合的管道检测维修系是一个综合的管道检测维修系统。统。50 4. 4.基于神经网络的方法：基于神经网络的方法： 由于有关管道泄漏的未知因素很多由于有关管道泄漏的未知因素很多, ,采用采用 常规数学模型进行描述存在较大困难。用于泄常规数学模型进行描述存在较大困难。用于泄 漏检测时漏检测时, ,常因误差很大或易漏报、误报而不常因误差很大或易漏报、误报而不 能用于工业现场。基于人工神经网络检测管道能用于工业现场。基于人工神经网络检测管道 泄漏的方法泄漏的方

47、法, ,不同于已有的基于管道准确流动不同于已有的基于管道准确流动 模型描述的泄漏检测法模型描述的泄漏检测法, ,学习管道的各种工况学习管道的各种工况, , 对管道运行状况进行分类识别对管道运行状况进行分类识别, ,是一种基于经是一种基于经 验的类似人类的认知过程的方法。验的类似人类的认知过程的方法。 51 试验证明这种方法十分灵敏和有效。理论试验证明这种方法十分灵敏和有效。理论 分析和实践表明分析和实践表明, ,这种检漏方法能够迅速准确这种检漏方法能够迅速准确 预报出管道运行情况预报出管道运行情况, ,检测管道运行故障并且检测管道运行故障并且 有较强的抗恶劣环境和抗噪声干扰的能力。泄有较强的抗

48、恶劣环境和抗噪声干扰的能力。泄 漏引发应力波适当的特征提取指标能显著提高漏引发应力波适当的特征提取指标能显著提高 神经网络的运算速度。神经网络的运算速度。52 基于神经网络学习计算研制的管道泄漏检基于神经网络学习计算研制的管道泄漏检 测仪器简洁实用测仪器简洁实用, ,能适应复杂工业现场。神经能适应复杂工业现场。神经 网络检测方法可推广应用到管道堵塞、积砂、网络检测方法可推广应用到管道堵塞、积砂、 积蜡和变形等多种故障的检测中积蜡和变形等多种故障的检测中, ,对于管网故对于管网故 障诊断有广泛的应用前景。障诊断有广泛的应用前景。535.5.新型气体泄漏超声检测系统新型气体泄漏超声检测系统: :检

49、测原理检测原理: :气体泄漏产生超声波气体泄漏产生超声波 如果一个容器内充满气体，当其内部压强如果一个容器内充满气体，当其内部压强大于外部压强时，由于内外压差较大，一旦容器大于外部压强时，由于内外压差较大，一旦容器有漏孔，气体就会从漏孔冲出。当漏孔尺寸较小有漏孔，气体就会从漏孔冲出。当漏孔尺寸较小而雷诺数较高时，冲出气体就会形成湍流，湍流而雷诺数较高时，冲出气体就会形成湍流，湍流在漏孔附近会产生一定频率的声波。在漏孔附近会产生一定频率的声波。54 声波振动的频率与漏孔尺寸有关，漏孔较声波振动的频率与漏孔尺寸有关，漏孔较 大时人耳可听到漏气声，漏孔很小且声波频率大时人耳可听到漏气声，漏孔很小且声

50、波频率 大于大于20kHz20kHz时，人耳就听不到了，但它们能在时，人耳就听不到了，但它们能在 空气中传播，被称作空载超声波。超声波是高空气中传播，被称作空载超声波。超声波是高 频短波信号，其强度随着离开声源（漏孔）距频短波信号，其强度随着离开声源（漏孔）距 离的增加而迅速衰减。离的增加而迅速衰减。55 当管道出现泄漏时当管道出现泄漏时, ,管道中的流体被扰动管道中的流体被扰动, , 接收换能器上的电压将发生明显变化。通过采接收换能器上的电压将发生明显变化。通过采 集若干个泄漏点电压变化量集若干个泄漏点电压变化量, ,描绘出泄漏点与描绘出泄漏点与 电压变化量的关系曲线电压变化量的关系曲线,

51、,并且用计算机求解出并且用计算机求解出 曲线对应的方程。用这种方法曲线对应的方程。用这种方法, ,可以根据接收可以根据接收 换能器上检测仪表电压的变化立即发现泄漏换能器上检测仪表电压的变化立即发现泄漏, , 进而根据拟合曲线或方程确定泄漏点的位置。进而根据拟合曲线或方程确定泄漏点的位置。56 压电陶瓷换能器产生和接收超声波的工作压电陶瓷换能器产生和接收超声波的工作 原理是原理是: :当输入电压的频率为谐振频率时当输入电压的频率为谐振频率时, ,超声超声 波在介质中产生的驻波最强。若管道中出现泄波在介质中产生的驻波最强。若管道中出现泄 漏漏, ,接收换能器的电压立即发生变化接收换能器的电压立即发

52、生变化, ,可以根据可以根据 这种变化发现泄漏这种变化发现泄漏, ,进而按拟合曲线或方程式进而按拟合曲线或方程式 计算出管道泄漏的位置。计算出管道泄漏的位置。57 根据声速在介质中传播速度的公式可知根据声速在介质中传播速度的公式可知, , 随着液体密度的增大随着液体密度的增大, ,其声速也将增大。例如其声速也将增大。例如, , 声波在水中的传播速度大约是空气的五倍。由声波在水中的传播速度大约是空气的五倍。由 于原油的密度比水大于原油的密度比水大, ,因而声速在原油中的传因而声速在原油中的传 播速度远远大于在空气中的速度播速度远远大于在空气中的速度, ,所以利用超所以利用超 声波实时监测输油管道

53、的运行响应速度快、灵声波实时监测输油管道的运行响应速度快、灵 敏度高。敏度高。58 利用压电陶瓷做为换能器成本低、功耗小利用压电陶瓷做为换能器成本低、功耗小, , 通过换能器所产生的超声波在液体中形成驻波通过换能器所产生的超声波在液体中形成驻波 减少能量的损失减少能量的损失, ,谐振信号强谐振信号强, ,有利于观察与记有利于观察与记 录。录。 通过测量得到不同泄漏点位置所对应的电通过测量得到不同泄漏点位置所对应的电 压信号压信号, ,描绘出泄漏点位置与电压信号变化量描绘出泄漏点位置与电压信号变化量 的曲线的曲线, ,进而得到其拟合曲线以及函数表达式进而得到其拟合曲线以及函数表达式, , 即可实

54、时观测管道的运行即可实时观测管道的运行, ,发现并确定泄漏点发现并确定泄漏点 的位置。的位置。59 美国天然气公用公司通常使用火焰电离检美国天然气公用公司通常使用火焰电离检 测技术（测技术（ FID FID ）检查干线管道和城市配气管）检查干线管道和城市配气管 网的泄漏，这种技术非常有效。但由于检测车网的泄漏，这种技术非常有效。但由于检测车 行驶速度慢（一般仅为行驶速度慢（一般仅为 3 3 7m/h 7m/h ），劳动），劳动 强度大，费用高，直接影响检测结果。强度大，费用高，直接影响检测结果。 目前，美国天然气研究所（目前，美国天然气研究所（ GRI GRI ）正在）正在 进行以激光为基础的

55、遥感检漏技术研究。进行以激光为基础的遥感检漏技术研究。 此外，加拿大、美国、俄罗斯等国家还在此外，加拿大、美国、俄罗斯等国家还在 直升飞机上安装红外或激光遥感探测器进行气直升飞机上安装红外或激光遥感探测器进行气 体泄漏检测，大大缩短了巡检周期，扩大了检体泄漏检测，大大缩短了巡检周期，扩大了检 测范围。测范围。60 6.ESI6.ESI泄漏监测系统介绍泄漏监测系统介绍: : ESILDSESILDS复杂管线检测系统复杂管线检测系统-ESILDS-ESILDS 根据管道安全法规的要求，以及泄根据管道安全法规的要求，以及泄漏造成的严重后果，有必要安装快速，漏造成的严重后果，有必要安装快速，有效，准确

56、的泄漏检测装置。有效，准确的泄漏检测装置。 61 Energy Solutions Energy Solutions 泄漏检测系统是一个泄漏检测系统是一个 先进的实时软件先进的实时软件, ,用于检测液体和气体管线的用于检测液体和气体管线的 泄漏并确定泄漏位置泄漏并确定泄漏位置. . 它融合有先进诊断特征它融合有先进诊断特征 的独特的防真和模型技术的独特的防真和模型技术, ,提供无可比拟的监提供无可比拟的监 视能力视能力. .62 Energy Solutions Energy Solutions 被明确地评价是在泄被明确地评价是在泄 漏检测和定位领域的世界领导者漏检测和定位领域的世界领导者,

57、,该系统通过该系统通过 现场测试被证实有效现场测试被证实有效. . 这个软件的能力在很多这个软件的能力在很多 国家被选择作为工业标准国家被选择作为工业标准. .这个实时泄漏检测这个实时泄漏检测 模块符合美国石油工业协会模块符合美国石油工业协会(API)(API)标准标准1130 , 1130 , API1130 API1130被美国运输处管道安全办公室接受作被美国运输处管道安全办公室接受作 为计算机管线泄漏检测系统的标准为计算机管线泄漏检测系统的标准. .63 泄漏检测和定位是基于一个特殊设计的诊泄漏检测和定位是基于一个特殊设计的诊 断方法。来自管线两端的现场仪表数据被用来断方法。来自管线两端

58、的现场仪表数据被用来 提供在瞬态和稳态条件下极其快的检测能力，提供在瞬态和稳态条件下极其快的检测能力， 同时减少误报警。如果泄漏发生，泄漏量和位同时减少误报警。如果泄漏发生，泄漏量和位 置的评价被自动产生置的评价被自动产生 ，并且数据被迅速地提，并且数据被迅速地提 供给操作者，让操作者及采取适当的事故处理供给操作者，让操作者及采取适当的事故处理 措施。措施。 64 使用很好证明了的模型补偿体积平衡方使用很好证明了的模型补偿体积平衡方 法，当系统适应每一个管道操作的独特方面法，当系统适应每一个管道操作的独特方面 时，系统可达到敏感度的最高水平。基于由从时，系统可达到敏感度的最高水平。基于由从 S

59、CADASCADA系统收集的测量值驱动的实时瞬态模型系统收集的测量值驱动的实时瞬态模型 （RTMRTM），泄漏检测系统准确的模拟流动管道的），泄漏检测系统准确的模拟流动管道的 水利和热力动态。水利和热力动态。 65 RTMRTM提供用于计算流量改变的模拟值，充提供用于计算流量改变的模拟值，充 装率；同时流量计提供流量改变的实际流率，装率；同时流量计提供流量改变的实际流率， 流量平衡。在流量平衡和充装率之间的差别构流量平衡。在流量平衡和充装率之间的差别构 成了体积平衡，它能反映出真正的流失量。成了体积平衡，它能反映出真正的流失量。 ESIESI的系统使用多个独立的体积平衡部分的系统使用多个独立的

60、体积平衡部分 （VBSVBS）来提供泄漏检测的多种水平。）来提供泄漏检测的多种水平。 66 这些独立的这些独立的VBSVBS有多种平均的时期、历史有多种平均的时期、历史 的频率和泄漏门槛计算。每个的频率和泄漏门槛计算。每个VBSVBS都有多样独都有多样独 立的平均时期，它可提供大量泄漏的快速检立的平均时期，它可提供大量泄漏的快速检 测，使错误警报的发生减少到最小。泄漏通过测，使错误警报的发生减少到最小。泄漏通过 在压力测量点比较节点流量平衡来定位。每个在压力测量点比较节点流量平衡来定位。每个 VBSVBS都被分别的配置来反映沿着管道的实际的都被分别的配置来反映沿着管道的实际的 差别。差别。67