基于多传感器节点的输油管道泄漏检测系统的研究和应用.DOCVIP

次声波技术在管道泄漏检测中的应用研究 丁小勇 宋保强 吕永强 (中国石油北京油气调控中心 北京 100007) 摘要：次声波泄漏检测技术是现检测技术中的一个热点，是很有发展潜力的新型泄露检测技术。首先分析了次声泄露检测的基本原理、系统组成和实现广泛应用的主要技术，随后，将研究成果在济邯成品油管线投入使用，经过现场试运行表明，次声波泄漏检测具有反应快、精度高、定位准确和低误报率等特点，能够有效地实现管道泄漏检测和定位报警，保障长输管道的安全运行。 关键词：次声波；管道；泄漏检测；应用 埋地油气管道在检查和维护中存在许多限制和问题，由于油气管道输送的介质一般具有易燃易爆性，因而管道一旦发生泄漏，常常会造成重大人员伤亡、经济和环境损失。油气管道泄漏检测技术的开发对于保障油气管道的安全运行具有重要的意义。 次声波泄漏检测系统是基于声学、流体力学、现代信号处理等相关理论，主要研究的是油气管道发生泄漏时次声波产生的特点和采集方法。这种方法的主要优点是在运行前期不需要建立管道的数学模型，更符合了我国管道敷设面积广，管线跨距长的实际情况，因此有着更为广泛的应用和较好的发展前景。 1 目前的泄漏检测方法 目前国内油气管道发展十分迅猛，随着使用年限的增长，管道将出现老化、腐蚀、穿孔、泄漏等现象，因此如何及时、快速的检测管道是否发生泄漏，对企业的稳定生产和安全运行非常重要[1]。 各种类型管道检测器逐步向多样化、高分辨率、尺寸规格系列化及智能化方向发展。国内的管道检漏检测技术这几年有着蓬勃的发展，检测手段也有很多方法，目前应用较多技术较为成熟的有：流量检测法、光纤检测、负压波检测法、次声波等检测法。 1.1、流量检测法 流量检测法是管道泄漏检测领域最早期的方法，通过检测管道输入端的输入流量与管道输出端的输出流量差，来判断管道是否发生泄漏，原理很直接也很简单，但该方法存在明显的缺陷： 1) 无法实现定位，即无法准确有效地发现泄漏点，不利于快速发现泄漏点并及时维修； 2) 受流量检测仪表精度的限制，一般需要管道泄漏达到一定量级，仪表才能检测出来并报警。 1.2、光纤检测 根据管道在发生泄漏时会在泄漏点出现温度变化，采用光纤光栅和分布式光纤温度传感检测技术，实现管道全线温度的连续检测，通过检测管道周围的温度场异常变化，及时发现泄漏，并进行漏点准确定位[2]。该方法存在以下缺点： 1) 人员活动多的环境会对光纤的温度检测产生干扰，容易产生误报，报警准确很低，在人烟稀少的环境下报警准确。 2) 设备成本高，施工要求及成本高，维护要求高。因此不适合已埋设但没有铺设光纤的管线。 1.3、负压波检测法 利用负压波技术原理进行管道泄漏检测和定位。管道泄漏的发生会造成泄漏点压力下降，这种压力下降信号会沿着管道向两端传播，传播的速度取决于管道内介质[3]。检测系统通过对比两站间接收到负压波的时间差，计算出泄漏点的位置。该方法存在着以下缺点： 1) 系统只能检测到泄漏量较大的泄漏，对于泄漏量较小的无法检测； 2) 定位精度很差，误差达数公里； 3) 对管道的首末端压力差有要求，对首末端压差大的输油管道有效果，对首末端压差小的输气管道没效果，比如在天然气管道上，由于天然气首末端压力差几乎为零，负压波法完全不适用。 1.4、次声波检测 次声波具有频率低、波长长、衰减小等特点，能够在传播长距离后仍然保留较强的能量，因此次声波的管道泄漏检测系统的有效监控范围大，为长输管线有效地节约了投资成本。管道发生泄漏产生的次声信号，跟管道的工况和泄漏的量无直接关系。另外，次声波检测法可方便安装于管道的两端，不受现场环境的限制。 由于输油管线所处的环境多数比较恶劣，作为长输管线泄漏检测系统必须具有可以灵活应用的功能来适应各种不同的应用，同时必须有非常高的系统稳定性来保证系统可靠地运行。 2 次声波的管道泄漏检测系统 次声波泄漏检测系统由一个负责数据处理的主站和若干个数据采集分析系统组成，如图1所示。数据分析系统采集次声信号，通过企业内局域网络或3G网络方式传送至主站系统。主站信号处理软件能够对采集的信号进行实时处理，准确的将泄漏信号提取出来，通过计算泄漏信号到达相邻两个分站的时间差异，能够实现精确定位，发布报警信号。GPS（Global Positioning System）校时设备保证所传输数据的同步[4]。 图1 次声波管道泄漏检测系统示意图 其中根据图1所示，x表示泄漏点到管道起始端传感器的距离；s表示管道两端传感器之间的管道长度；v表示次声在管道介质中传播的速度；表示管道两端传感器收到管道泄漏信号的时间差。可以推算出对泄漏点的定位计算：