成品油长输管道泄漏检测方案对比分析

许　亮，杨鹏飞，袁　泉

（中国石油天然气管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

成品油长输管道泄漏检测方案对比分析

许亮，杨鹏飞，袁泉

（中国石油天然气管道工程有限公司，河北 廊坊 065000）

长输管道的在线实时泄漏检测和定位技术可以及早地发现泄漏点并采取应对措施。文章基于成品油长输管道为基础，对比分析现有的各种内部泄漏检测技术方案，通过分析得出负压波法和体积平衡法相结合的方法，能够满足成品油长输管道对于泄漏检测的要求。

泄漏检测；成品油长输管道；负压波法；体积平衡法

近年来，随着中国陆上长输管道里程的增多，人们对于管道所带来的安全风险也日益关注。尤其是多起输油管道泄漏事故的发生，泄漏原油污染对当地的生态造成严重影响，环境污染在短时间内难以自然净化。当事故发生时为了能第一时间发现泄漏点，这种长输管道的在线实时泄漏检测和定位技术就显得异常重要。这种技术可以使运维人员及早发现泄漏点并作出应对措施，把安全、环境风险降到最低，减小经济损失。目前国内在天然气长输管道和原油长输管道实时在线泄漏检测的应用有较多实例［1］。这主要因为天然气长输管道和原油长输管道的管输介质单一，介质密度基本稳定。而成品油长输管道输送油品介质不尽相同，其密度的变化也会使正常输送时压力产生一定的变化，检测难度较大。国内在长输成品油管道应用泄漏检测方法的还不多，本文主要对成品油管道泄漏检测技术的方案进行对比，作出最优选择。

1　内部泄漏检测主要采用的方法及原理

1.1 体积（或质量）平衡法

体积平衡法基于测量管道中流入和流出的流体体积（或质量）平衡的原理。主要利用流量检测仪表和相关软件进行判断，当管段实际流出量与流入量的体积（质量）出现差异时，就可以判定已经出现泄漏。

1.2 实时瞬态模型法（Real Time Transient Modeling，RTTM）

实时瞬态模型法利用计算机使用先进的流体力学和水力模型来模拟实际管道运行，动态平衡、能量平衡以及流量平衡都在RTTM中进行计算。通过测量实际管道数据与预期的模型条件进行比较，RTTM软件可以判断泄漏量和位置。

1.3 统计分析法

统计分析法根据管道出入口的流量和压力， 连续计算压力和流量之间关系的变化。当泄漏发生时，流量和压力之间的关系就会变化。它使用概率的方法和模式识别技术对实测的压力、流量值进行分析，连续计算发生泄漏的概率，并进行泄漏点定位。

1.4 负压波法

基于负压波法的泄漏检测系统的工作原理是［2］：负压波以一定速度自泄漏点向两端传播，经若干时间后分别传到上下游的压力传感器，压力传感器捕捉到特定的瞬态压降的波形就可以进行泄漏判断；另外，根据上下游压力传感器接收到此压力信号的时间差和负压波的传播速度即可反推出泄漏点的位置。

1.5 音波法（次声波法）

当管道发生破裂时，管道内外的巨大压差使管内流体通过泄漏孔由内向外形成泄漏。泄漏时流体与流体和流体与漏孔壁之间产生摩擦，产生音波（次声波信号或可理解为微弱振动信号）。该信号属于连续声发射信号，并以管内介质以及管壁为载体向上下游传播。泄漏引起的音波信号具有很宽的频率范围，包括次声波段、可闻声波段和超声波段，但高频部分在纵向传输过程中会快速衰减掉，只有低频部分才能进行远距离传输，该部分信号通常称为音波。通过检测介质中音波信号传播到上、下游传感器的时间差，结合音波在管内流体中的传播速度，即可定位泄漏源。

2　内部检测法对比分析

体积（或质量）平衡法需要在管道干线上安装流量计，考虑到清管作业的需要，可选的流量计的结构形式有一定的限制。该方法的可靠性取决于流量计的准确度和重复性，目前长输管道多采用外夹式超声波流量计，理论上其准确度应达到±0.5%，但从实际的应用情况500m3/h管输流量，其精度普遍在1%～5%之间。因此该方法能检测的泄漏量准确度低，但该方法可以给出泄漏量的多少，同时由于其可利用管道现有外夹式超声波流量即工程改造量小，也被广泛地应用于国内外输油管道中，此方法可作为泄漏检测的方法之一。

实时瞬态模型法同样在国内外管道中有一定应用，该方法主要检测两方面的内容：偏差分析：从管道上SCADA系统中取得的一系列测量结果可以与RTTM计算的仿真值比较，如果出现较大的偏差则可以给出泄漏报警。此方法实际的应用效果往往不理想，主要原因有：该方法的有效性较大地依赖仿真模型与实际管道系统的相符程度，而数学模型的建立受限于模型的求解方法，模型的求解往往需要忽略和简化某些因素的影响，这直接导致了仿真模型与实际系统的偏差。

统计分析法使用统计决策论的观点较好地解决了瞬变模型中误报警的问题，而且不用建立复杂的管道模型，降低了计算上的复杂性。统计泄漏检测系统还具有在线学习能力，可以适应管道参数的变化。该方法的主要优点是原理简单，维护方便，适应性好，缺点是检漏准确度受仪表精度影响比较大，定位准确度较差。

综上分析，质量平衡法、实时模型法、统计分析法都有广泛的应用实例，各自都有各自的优点，共同的优点主要是可以判断泄漏量，同时共同的缺点为：泄漏检测系统的响应时间过长（30～40min），其次是灵敏度差（1%流量以上）、定位效果不好甚至不能定位，因此质量平衡法、实时模型法、统计分析法都可以作为管道泄漏检测的方法之一，但不独立使用，应与其他原理的泄漏检测方法共同使用。

负压波法实时性较好，对于大流量泄漏检测效果明显，负压波法具有误报率较低、响应时间短、定位较准的优点。但此方法也存在缺点，它仅对较大泄漏、压力产生变化明显的场合检测效果好，对于小泄漏、缓慢泄漏出现压力波不明显的情况应用效果不佳，且当管道正常运行出现压力波动（如输油泵和阀门正常操作产生的负压波等）容易影响泄漏识别而产生误报。另外对于油品不同，其密度的变化也会使正常输送时压力产生一定的变化，需结合站场在线密度计，对混油段的位置进行判断或进行相应的信号处理，在检漏系统中作一个综合算法上的考虑，作为对泄漏判断的综合条件之一，以减少误报的发生。

音波（次声波）法为了减少误报，需要建立各类噪声数据库，将检测到的音波与数据库中各种已知的音波进行比对，以便确认是否产生泄漏。音波法所需的噪音数据库需不断完善。目前音波技术尚不成熟，误报率相对较高，而建立完备的噪声库也需要一定时间，因此暂不推荐音波法。

3　结语

通过对泄漏检测方法的研究及对比分析，成品油长输管道工程检测方案推荐采用多种泄漏检测技术冗余设计，以管道已有的条件为前提，选择质量平衡法为基础，此外结合技术成熟的负压波法共同组建泄漏检测系统方案。

［1］李玉星，彭红伟，唐建伟，等.天然气长输管道泄漏检测方案对比［J］.天然气工业，2008 （9）：101-104.

［2］张鑫.压电式动态压力变送器及其在管道泄漏检测中的应用研究［D］.北京：北京化工大学，2007.

Comparative analysis on leak detection scheme for product oil long-distance pipeline

Xu Liang， Yang Pengfei， Yuan Quan
（China Petroleum Pipeline Engineering Corporation（CPPE）， Langfang 065000， China）

Online real-time leak detection and location technology on long-distance pipeline can fnd the leak as soon as possible and take measures to solve this problem. The article is on the basis of product oil long-distance pipeline， compares and analyzes the existing various inside leak detection technology scheme， through analysis， concludes the way of combining negative pressure wave method with volume balance method， which can meet the requirements of the product oil long-distance pipeline leak detection.

leak detection； product long-distance pipeline； negative pressure wave method； volume balance method

许亮（1984— ），男，河南濮阳，工程师；研究方向：长输油气管道仪表自动化设计。