管道泄漏检测技术

　　　　　　　工业安全与环保

　　IndustrialSafetyandEnvironmentalProtection

　　　　　　　　February2007

2007年第33卷第2期

管道泄漏检测技术

郭文辉　曾宪云

(中国地质大学(武汉)工程学院安全工程系　武汉430074)

　　摘　要　管道运输作为一种经济、有效、环保的运输方式,在液体、气体运输中具有独特的优势,管道泄漏检测是管道运输安全运行的关键和重要保障。通过总结国内外管道泄漏检测的最新方法,按运输对象分类介绍了管道运输气体和液体时的检测方法和工作原理,分析其优缺点,提出管道运输泄漏检测的对策,为提高我国管道运输的安全生产管理水平做出有益的探讨。

　　关键词　管道　泄漏　检测技术　预防措施

DiscussiononPipeLeakageDetectionTechnology

GUOWen2hui　ZENGXian2yun

(Dept.ofSafetyEngineering,ChinaUniversityofGeosciences　Wuhan430074)

Abstract　Pipetransportation,asaeconomical,effectiveandenvironmentaltransportationmethod,hasuniqueadvantagesinliquidandgastransportationandpipeleakagedetectioniskeyandimportantinsafetransportation.Thenewestmethodsfordetectingpipeleakageathomeandabroadaresummarized,thedetectionmethodsandworkingprinciplesforliquidandgastransportationarerespectivelyintroduced,aswellastheadvantagesanddisadvantages,andthecountermeasuresforpipetransportationleakagedetectionareraised,whichprovidesbeneficialreferencesforimprovingsafetymanagementlevelinpipetransportationinChina.Keywords　pipeline　leakage　detectiontechnology　preventionmeasures

　　由于管道在输送液体、气体、浆体等散装物品方面具有独特的优势,目前,已成为继铁路、公路、水路、航空运输以后的第5大运输工具。管道被认为是传输能量最为安全经济的方法。然而,管道随着服役时间的增长而逐渐老化,或受到各种介质的腐蚀以及其他破坏因素,使管道泄漏。

所谓泄漏就是由于密闭的容器、管道、设备等内外两侧存在压力差,在其使用过程中,内部介质在不允许流动的部位通过孔、毛细管等缺陷渗出、漏失或允许流动的部位流动量超过允许量的一种现象。泄漏需要有泄漏通道及存在压力差,压力差是产生泄漏的根本原因,设施材料的失效是产生泄漏的直接原因。其他还有一些人为因素引起泄漏,如麻痹疏忽、忽视安全、管理不善、违章操作和密封部位的失效如密封的设计不合理,制造质量差,安装不正确等。石油、天然气和输水管道的泄漏不仅导致了资源的损失,而且极大地污染了环境,甚至发生火灾爆炸或水灾,严重威胁人民生命财产的安全。

准确把握管道状况并根据一定的优选原则,对一些严重缺陷进行及时维修就可以有效避免事故发生,同时也能大大延长管道寿命。而管道检测是保护管道安全的一种既经济又有效的方法。

1

测[1]。此后,采用各种先进技术的新型检测器不断问世,特别是20世纪80年代末90年代初以来,计算机技术的飞速发展为研制高效新型检测设备提供了强有力的技术保证,检测器体积不断缩小,技术含量越来越高,检测器的效率和可靠性也有明显改进,为保证管道的安全运行、减少管道事故造成的危害和损失发挥了重大作用。基于对安全、经济、环境等各方面因素的考虑,各国对管道内检测越来越重视,许多国家都制定了相应的管道检测法规。例如,1988年10月,美国国会通过了管道安全再审定条例,要求运输部研究与专业计划管理处(RSPA)制定联邦最低安全标准,以使所有新建及更新管道都能适应智能内检测器检测的要求。不仅如此,他们还根据管道所处的不同特殊状况定期对管道实施再检测,从中找出管道腐蚀的特殊规律,从而对管道未来状况做出科学分析预测,并根据管道完整体系规范对一些严重缺陷及时修复,真正做到防患于未然。

我国石油天然气管道工业自20世纪70年代以来有很大发展,据不完全统计,目前我国拥有各种油气长输管道近

2万km,管道安全问题也越来越引起有关部门的重视。20

世纪80年代以来,我国开始进行管道检测器的研制开发工作,取得了一些成果,同时,也陆续从国外引进了一些先进的检测设备,对几条原道成功地实施了内检测,取得了令人满意的检测结果。尽管如此,和世界先进水平相比还有较大差距,管道检测工作尚属起步阶段,已检测的管道数量不足管道总量的1/10,而且尚未对任何管道进行再检测。由于各方面原因,某些管道经营管理者对管道检测的重要性认识

　国内外管道检测现状

由于管道安全具有特殊的重要性,管道发达的西方国家

早在20世纪五六十年代就开始了管道检测技术研究。1973年英国天然气公司(BritishGas简称BG)第一次采用漏磁检测器对其管辖的1条直径为600mm管道成功地进行了内检

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不足,没有充分认识到管道事故的危害性[2]。

2

地面控制部分地面监控系统;用户设备部分GPS信

管道运输泄漏的检测方法　

泄漏检测技术成为管道安全运行必须首先解决的关键

号接收机。GPS的基本定位原理是:卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息,用户接收到这些信息后,经过计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。采用GPS同步时间脉冲信号是在负压波的基础上强化各传感器数据采集的信号同步关系,通过采样频率与时间标签的换算分别确定管道泄漏点上游和下游的泄漏负压波的速度,然后利用泄漏点上下游检测到的泄漏特征信号的时间标签差就可以确定管道泄漏的位置。采用GPS进行同步采集数据,泄漏定位精度可达到总管线长度的1%之内,比传统方法精度提高近3倍。

2.6

问题。管道运输不同形态物质时,检测管道泄漏的方法也不相同,以下对运输气体、液体的管道泄漏时的检测方法进行分类介绍。

2.1

直接观察法　

此种方法是依靠有经验的管道工人或经过训练的动物

巡查管道。通过看、闻、听或其他方式来判断是否有泄漏发生。近年美国OILTON公司开发出一种机载红外检测技术。由直升飞机带一高精度红外摄像机沿管道飞行,通过分析输送物资与周围土壤的细微温差确定管道是否泄漏。利用光谱分析可检测出较小泄漏位置。这种方法可用于长管道,微小泄漏的检测,其缺点是对管道的埋设深度有一定的。据有关资料介绍,当直升机的飞行高度为300m时,管道的埋设深度应当在6m之内。

2.2

超声波技术测定流量检漏[3]　

超声波测定流量的检漏是一种比较经济、方便和易于安

装维护的技术。首先,将管道分成若干部分,每一部分都安装上超声波流量测定装置以测定这部分管道流进的和流出的体积流量,同时测定管道温度和环境温度、声波在管道内流体的传播速度等参数。然后,根据体积平衡原理并应用计算机软件模型处理管道各个部分所有参数的测定结果,分析和比较管道输送中分别在泄漏时和正常运行时的参数状况,由此诊断和确定管道泄漏量和泄漏点位置。通常,较短的处理周期表明了一个较大的泄漏点,较长的处理周期表明了一个较小的泄漏点。超声波测定流量的检漏系统与声发射技术的管道泄漏检测系统类似,都是在管道外部安装非破坏性的设备或器件的检漏技术。超声波测定流量的检漏系统已经成功地应用于城市供水管道系统中的泄漏状况诊断。除此之外,还有便携式的超声波管道检漏系统,可供有经验的技术人员佩戴超声波耳机并在现场沿着地下管道线路巡检使用,同样具有比较准确的漏点定位能力。

2.7

管内智能爬机　

爬机在管道工业中广泛使用,如果配置各种传感器,就

能组成智能爬机检测系统。目前利用爬机可以检测管内的压力、流量、温度以及管壁的完好程度。爬机分为2类:超声波检测器和漏磁通检测器。应用较多的是漏磁通检测器,即将爬机放入管内,它就会在流体的推动下运动到下游,同时收集有关管内流动和管壁完好程度的信息。对记录在爬机内的数据进行处理后,可以得到很多信息,同时也可以判断管道是否泄漏。国外此项技术己经比较成熟,并用于各种管道当中。它的作用不仅在于泄漏检测,而且是综合型的管道检测系统。但是爬机只适用于那些没有太多的弯头和联接处的管道,它的操作需要有丰富的经验。

2.3

探测球法　

基于磁通、超声、涡流、录像等技术的探测球法是20世

基于SCADA系统法　

SCADA系统是SupervisioryControlandDataAcquisition的

纪80年代末期发展起来的技术,将探测球沿管线内进行探测,利用超声技术或漏磁技术采集大量数据,并将探测所得数据存在内置的专用数据存储器中进行事后分析,以判断管道是否被腐蚀、穿孔等,即是否有泄漏点。该方法检测准确,精度较高,缺点是探测只能间断进行,易发生堵塞、停运的事故,而且造价较高。

2.4

简称,即监控和数据采集系统。它利用计算机技术收集现场数据,通过通信网传送到监控中心,在监控中心监视各地的运行情况,并发出指令对运行状况进行控制。远程终端装置

(RTU)将采集的流量、压力、温度等参数传递给监控中心,对

管道的运行状况进行实时监控。当检漏软件检测到泄漏时,给出报警信号;泄漏严重时,监控可发送指令关闭泵阀;SCA2

DA系统可准确掌握现场情况,及时灵活地调度控制生产,优

　光纤检漏法

包括准分布式光纤检漏、多光纤探头遥测法、塑料包覆

化运行获得较好的经济效益;可及时发现、处理故障,确保管输安全;可为管理及时提供可靠数据,装备SCADA系统是实行管道自动化的必由之路。

2.8

石英(PCS)光纤传感器检漏、光纤温度传感器检漏。其中准分布式光纤进行漏油检测的技术已比较成熟。据报道NEC公司已研制出能在10km管道长度范围内进行漏油检测的传感器,它对水不敏感,可在易燃易爆和高压环境中使用。传感器的核心部件由棱镜、光发与光收装置构成,当棱镜底面接触不同种类的液体时,光线在棱镜中的传输损耗不同,因此,可根据光探测器接收的光强来确定管道是否泄漏。这种传感器的缺点是当油接触不到棱镜时,就会发生漏检的现象。

2.5

　基于模型的方法

建立管道的实时动态模型,利用模型对管道系统的参数

进行在线估算,将估算结果按照特定的算法处理来进行泄漏故障诊断,这就是基于模型的方法的基本思想。这类方法首先需要建立管道的模型。根据建立模型的方法,可分为基于状态估计的方法和基于系统辨识的方法。

3　泄漏检测方法的综合评定[4]

　GPS(全球定位系统)时间标签法

GPS系统包括3大部分:空间部分

GPS卫星星座;

上文对各种主要的管道输送的泄漏检测方法进行了介绍,每种方法都有其优点和缺点。为了比较各个方法的性

・42・

能,设定以下9项指标对其进行综合评定:①灵敏度:能检测到的最小的泄漏量;②定位能力:是否能对泄漏点定位以及定位的精度;③评估能力:对泄漏量的大小的估计能力;④响应时间:检测到泄漏所需要的时间;⑤有效性:是否能够对管道的每一点进行连续检测;⑥适应能力:对由工况条件等的变化引起的管道参数变化的适应能力;⑦误报警率:未发生泄漏时却给出报警的概率;⑧维护要求:系统的使用和维护是否简便易用;⑨费用:系统的固定投资和维护费用。

根据以上9项指标,可以对几种主要的泄漏检测方法的性能进行比较,根据管道的运行状况、设备仪器的精度等很多实际因素进行选择。综合考虑,选择合适的管道泄漏检测方法。

4

5

时整改,无法修补的管段要坚决予以更换。

(8)加强对管道的实时监测,引进国内外先进泄漏探测

系统,以便尽早发现和排除事故隐患。

(9)建立科学的管道运行操作规程并严格执行,对操作

人员进行岗位培训,提高其业务素质和操作水平。

(10)建立完善的管道维护体系和规程,提高系统的维

修水平。

(11)对管道标以明显标志,加强巡线和宣传力度,杜绝

人为破坏。

　结语

要加强管道检测重要性的宣传,有关部门应尽快制

定管道安全检测有关法规,根据优选方案制定全国管道检测计划,力争尽快对全部管道实施内检测,并且定期进行管道再检测,建立管道检测信息数据库,从中找出各条管道的腐蚀规律,从而对管道现状及未来安全状况做出科学预测,采取有效措施,避免管道事故的发生。同时,还要加快智能检测器的国产化步伐,尽快赶上国际管道检测先进水平。

管道检测是管道安全体系的重要组成部分,是保证管道安全的最经济有效的方法。应尽快采取有效措施,制定管道检测规范,建立完整的管道安全保证体系,并依此有计划有步骤地对管道实施智能内检测,保证管道安全平稳运行。

参考文献

[1]张布悦,等.输线泄漏检测与定位技术综述.上海海运学院学

预防泄漏事故的措施　

泄漏是管道安全输送的主要隐患,如何预防泄漏事故

的发生,保证全线安全稳定运行是一个综合性课题。长输管道能否安全运行与管道设计、工程施工和日常管理密切相关,为了防止泄漏事故的发生,可以采用以下预防措施。

(1)管道设计时要注意管道布局应合理,尽量避免易受

到外界因素损害的地区、地质断层、地震多发区、地形地貌复杂区;当不能避开时要采取切实有效的防范和保护措施,管道需具有一定的埋设深度,在管线危险地段设置紧急自动截断阀等。

(2)加强管材质量检查,提高制造工艺水平。

(3)严格按照设计施工,施工前应先对管道地基进行处报,2001,22(3).

[2]张晓钟.油品储运检测诊断技术综述.油气储运,1995,4(6):44247.

[3]焦敬品,等.管道声发射泄漏检测技术研究进展.无损检测,2003,25(10):5192522.

[4]蒋仕章,蒲家宁.石油天然气长输管道泄漏检测及定位方法.油气

理。

(4)把好管道现场施工质量关,注重防腐涂层及焊接质

量检测。

(5)管道安装完毕后,应对管道进行清管、吹扫,并做强

度、气密性试验。

(6)根据环境条件、设计寿命、电保护等要求确定防腐措

储运,2000,19(3):502521.

作者简介　郭文辉,男,1981年生,现于中国地质大学(武汉)安全技术及工程专业攻读硕士学位,研究方向为安全检测、检验与评定。

(收稿日期:2006209208)

施及相应结构。

(7)要对管道整体安全进行评估,对存在缺陷的管段及

振动筛噪声源分析及降噪措施研究

　　最近,山东科学大学对兖州矿(集团)公司鲍店煤矿选煤厂的ZMS2065型振动筛进行了多点方向的噪声的振动测试以后,发现其噪声的频谱呈现出了低中频的宽带特性,其声级亦随着振动频率和振幅的增加而增加,是选煤厂的主要噪声源之一。为此,他们开展了振动筛噪声源分析及降噪措施研究。

振动筛是选煤厂的主要筛分工具。由于其本身的特性决定了在正常工作时必须通过振动才能实现筛分,但是振动又是产生噪声的根本原因,而且声级高、声源多且复杂。此项研究课题采取多点多方向同时测量振动和噪声,然后将磁带机记录到的振动与噪声信号经由分析仪进行频谱分析与相干分析。通过对筛板、侧板、激振器轴承和振动筛上所使用的钢弹簧等主要噪声源的分析,证明了振动筛噪声的测试结果是可信的,主要噪声源的确定是正确的,为选煤厂的噪

(李剑峰)

声治理提供了理论依据。他们所提出的降噪措施如下:紧固振动筛上的所有部件,特别是需要经常更换的筛板,避免由于个别部件的松动而产生的额外振动;将冲孔钢筛板更换为弹性模量小、冲击噪声低的聚氨酯筛板或者橡胶筛板;在筛箱的侧板、入料给料口、排料口和接料底盘内加贴橡胶板,这样可以有效地抑制侧板的高频振动,减少辐射噪声;采用柔性辐板齿轮来代替钢齿轮,即在齿轮的辐板上利用橡胶弹性体传递扭矩,吸收齿轮啮入、啮出所造成的振动;用橡胶弹簧替代钢制弹簧,以减少冲击;在激振器的体外加装软式隔声罩;对轴承的内外套之间加以阻尼处理,轴承的滚动体可以制作成空心滚动体或者在空心滚动体的内部加入阻尼材料,这样能减小轴承的振动和降低轴承的噪声。