天然氣輸送管道的泄漏，會(huì)造成損失和危害，及時(shí)檢測(cè)出泄漏并確定泄漏點(diǎn)非常重要。隨著天然氣工業(yè)的發(fā)展，管道輸送在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位越來(lái)越重，研究出一種可靠、經(jīng)濟(jì)的檢漏定位方法更顯得異常必要。下面介紹一下近幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外天然氣管線的泄漏檢測(cè)及定位技術(shù)和各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

管道技術(shù)在天然氣輸送中有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。隨著西部油田的開(kāi)發(fā)和“西氣東輸”工程的進(jìn)行，管道運(yùn)輸將會(huì)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。管道服役時(shí)間不斷增長(zhǎng)而逐漸老化，或受到各種介質(zhì)的腐蝕以及其它破壞因素，會(huì)引起管道泄漏。例如：泵站的開(kāi)關(guān)所帶來(lái)的應(yīng)力、壓力控制閥的誤操作、處于腐蝕環(huán)境下管道的老化、埋管土壤潮濕及溫度變化、通過(guò)公路時(shí)受壓過(guò)大、人為的破壞等等都是常見(jiàn)的原因。

天然氣管道的泄漏不僅導(dǎo)致了資源的損失，同時(shí)極大地污染了環(huán)境，甚至發(fā)生火災(zāi)爆炸，嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。因此，對(duì)天然氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的研究，是一個(gè)有實(shí)際意義的工作。

管道泄漏檢測(cè)方法可以分成管內(nèi)檢測(cè)法和管外檢測(cè)法。

1、管內(nèi)檢測(cè)法

將探測(cè)球從管道一端放入，球在管道內(nèi)部流動(dòng)介質(zhì)的推動(dòng)下，順流而下，采用漏磁，超聲波、渦流、錄像等技術(shù)采集管道內(nèi)的信息，然后從管道另一端將探測(cè)球取出，*后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，確定泄漏點(diǎn)位置。此種方法定位較為準(zhǔn)確，但是投資巨大。實(shí)時(shí)性差，只適用于較大口徑管道。而且極易發(fā)生管道堵塞、停運(yùn)等嚴(yán)重事故。

2、管外檢測(cè)法

管外檢測(cè)法又可分為直接檢測(cè)法和間接檢測(cè)法。直接檢測(cè)法含4種檢測(cè)類型：人工巡線法、檢測(cè)元件法、氣體檢測(cè)法、機(jī)載紅外線法。

人工巡檢法

由技術(shù)人員攜帶檢測(cè)儀器或經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的動(dòng)物分段對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)，或者在管道沿線設(shè)立標(biāo)志樁，公布管道所轄單位的電話號(hào)碼，管道發(fā)生泄漏時(shí)由附近居民打電話報(bào)*。此種方法定位精度高，誤報(bào)率低．但依賴于人的敏感性、經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任感，只能發(fā)現(xiàn)較大的泄漏，并且檢測(cè)是逐段的進(jìn)行，實(shí)時(shí)性差。

檢測(cè)元件法

在管道外側(cè)按適當(dāng)間隔設(shè)置相應(yīng)的檢測(cè)元件，以檢測(cè)管道泄漏的氣體。使用傳感器檢測(cè)定位精度高，但不適用于已建成管道。

氣體檢測(cè)法

利用檢測(cè)有無(wú)可燃?xì)怏w的方法來(lái)確定可燃性氣體的泄漏．一般多采用基于直接接觸燃燒熱原理的可燃性氣體檢測(cè)器。多用于氣體管道。受溫度、污染或機(jī)械運(yùn)行的影響較小。但對(duì)密閉空問(wèn)內(nèi)的管道泄漏檢測(cè)時(shí)易引起燃燒或爆炸事故。

機(jī)載紅外線法

用直升機(jī)吊一航天用的精密紅外攝像機(jī)沿管道飛行，記錄埋地輸油管道周圍某些不規(guī)則的地?zé)彷椛湫?yīng)，利用光譜分析可檢測(cè)出較小泄漏位置，分析結(jié)果記錄在攝像機(jī)內(nèi)。這種方法不能連續(xù)監(jiān)測(cè)，靈敏度高。這種方法可用于長(zhǎng)管道微小泄漏的檢測(cè)。

間接檢測(cè)法又可分為基于信號(hào)的處理方法、基于模型的處理方法和基于知識(shí)的處理方法。

基于信號(hào)的處理方法

基于信號(hào)的處理方法含5種檢測(cè)法：壓力梯度法、負(fù)壓波法、壓力點(diǎn)分析法、流量平衡法和聲學(xué)方法。壓力梯度法是當(dāng)管線上有泄漏發(fā)生時(shí)，泄漏點(diǎn)處的壓力將發(fā)生變化，形成以泄漏點(diǎn)為拐點(diǎn)的壓力梯度曲線。通過(guò)求解壓力曲線的拐點(diǎn)，可大體計(jì)算出泄漏點(diǎn)的位置。使用這種方法多數(shù)情況下需要安裝至少一只壓力傳感器在站外，容易受不法分子的破壞。負(fù)壓波法的描述為，當(dāng)管道某處突然發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏處將出現(xiàn)瞬態(tài)壓力突降，形成一個(gè)負(fù)壓波。利用壓力傳感器捕捉負(fù)壓波特征進(jìn)行泄漏判斷和泄漏點(diǎn)定位。這種方法具有很快的響應(yīng)速度和較高的定位精度，可以迅速檢測(cè)出大的泄漏，自動(dòng)化程度高。但對(duì)于比較小的泄漏或已經(jīng)發(fā)生的泄漏檢測(cè)效果不佳。壓力點(diǎn)分析法是在管道沿線設(shè)點(diǎn)進(jìn)行壓力檢測(cè)，用統(tǒng)計(jì)的方法分析檢測(cè)值，提取壓力變化曲線，并與管道處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的曲線作比較，根據(jù)兩者之問(wèn)的差別來(lái)判斷泄漏是否發(fā)生。壓力點(diǎn)分析法只需要一個(gè)或幾個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的壓力信號(hào)，不需要建模，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)量和計(jì)算量都比較小，對(duì)氣體管道泄漏的響應(yīng)時(shí)間比較快．但是無(wú)法定位，同時(shí)對(duì)泄漏量的評(píng)估能力比較差。流量平衡法原理為：管道無(wú)泄漏運(yùn)行時(shí)，管道的入口流量應(yīng)該等于出口流量。有泄漏時(shí)，在管道的入口與出口將出現(xiàn)明顯的流量差。這種方法原理簡(jiǎn)單，但只能大概判斷泄漏的發(fā)生，不能進(jìn)行定位。檢測(cè)周期長(zhǎng)。聲學(xué)方法通過(guò)聲音傳感器檢測(cè)沿管壁傳播的泄漏點(diǎn)噪聲，利用相關(guān)信號(hào)處理技術(shù)進(jìn)行泄漏檢測(cè)和定位。聲學(xué)方法泄漏檢測(cè)準(zhǔn)確率高，定位精度高，但沿程安裝大量傳感器在許多場(chǎng)合是不適宜的，限制了其應(yīng)用。

基于模型的處理方法

基于模型的處理方法可分為5種檢測(cè)法：狀態(tài)觀測(cè)器法、系統(tǒng)辨識(shí)法、卡爾曼濾波法、實(shí)時(shí)模型法和瞬變流模型法。狀態(tài)觀測(cè)器法通過(guò)建立管道內(nèi)流體壓力和流量的狀態(tài)方程，對(duì)管道流量的實(shí)測(cè)值和觀測(cè)值的偏差信號(hào)采用適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM(jìn)行檢漏。該方法假定兩站的壓力不受泄漏量的影響，僅適于小泄漏量情形。系統(tǒng)辨識(shí)法的原理是辨識(shí)出管道模型，與管道實(shí)際值進(jìn)行比較來(lái)進(jìn)行泄漏判斷。此種方法必須假設(shè)兩站的壓力不受泄漏量的影響。也僅適于小泄漏量情形。卡爾曼濾波法通過(guò)建立包含泄漏量在內(nèi)的壓力、流量狀態(tài)空間離散模型，以管道首末端的壓力和流量作為輸入，將整個(gè)管道空間定量劃分為若干段，在每一個(gè)分段點(diǎn)上設(shè)定壓力、流量，泄漏量等3個(gè)狀態(tài)，并以各分段點(diǎn)處的泄漏量作為輸出，運(yùn)用適當(dāng)判別準(zhǔn)則進(jìn)行泄漏檢測(cè)和定位。使用該方法需要知道過(guò)程噪聲的均值、方差等先驗(yàn)知識(shí)，且檢測(cè)與定位精度和等分段數(shù)有關(guān)。實(shí)時(shí)模型法建立管內(nèi)流體動(dòng)態(tài)模型，定時(shí)采集管道上的一組實(shí)際值，由模型觀測(cè)管道中流體的壓力和流量值。然后將這些觀測(cè)值與實(shí)測(cè)量值作比較來(lái)檢漏，若二者不一致，則說(shuō)明管道發(fā)生泄漏。這種方法的檢測(cè)精度依賴于模型和硬件的精度，且泄漏點(diǎn)的定位機(jī)理大都是基于線性壓力梯度法。瞬變流模型法通過(guò)建立檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)由瞬變流模型，檢測(cè)裝置，計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集板組成。通過(guò)采集數(shù)據(jù)、模型分析以及通訊來(lái)檢測(cè)管道泄漏。為提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性、靈敏度及精度。可在監(jiān)測(cè)管道中間增加若干壓力和溫度傳感器。這種方法準(zhǔn)確性，可靠性較高，但模型比較復(fù)雜。

基于知識(shí)的處理方法

基于知識(shí)的處理方法可分為3種檢測(cè)方法：統(tǒng)計(jì)分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和模式識(shí)別法。統(tǒng)計(jì)分析法是使用統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)管道的入、出口的壓力、流量值進(jìn)行分析。連續(xù)計(jì)算發(fā)生泄漏的概率。確定泄漏發(fā)生后。采用*小二乘算法進(jìn)行定位。這種方法不需要建立管道模型，計(jì)算量比較小，誤報(bào)*率低，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)。但是對(duì)儀器的精度要求比較高。對(duì)氣體管道泄漏的響應(yīng)時(shí)間比較慢。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對(duì)管道運(yùn)行狀況進(jìn)行分類識(shí)別，是一種基于經(jīng)驗(yàn)的類似人類的認(rèn)知過(guò)程的方法。它實(shí)時(shí)性好，并且具有較強(qiáng)的抗惡劣環(huán)境和抗噪聲干擾的能力。但作為一項(xiàng)新的技術(shù)，人們對(duì)它還需要一個(gè)認(rèn)識(shí)過(guò)程。模式識(shí)別法對(duì)泄漏產(chǎn)生的瞬態(tài)負(fù)壓波進(jìn)行特征提取和結(jié)構(gòu)模式識(shí)別，以此進(jìn)行泄漏檢測(cè)。此法抗干擾力強(qiáng)，具有高效快速的特點(diǎn)，但需要豐富的先驗(yàn)。

3、結(jié)論

   衡量管道泄漏檢測(cè)方法的優(yōu)與劣主要有9個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：靈敏度、定位精度、響應(yīng)時(shí)間、誤報(bào)率、評(píng)估能力、適應(yīng)能力、有效性、使用與維護(hù)要求和費(fèi)用問(wèn)題。據(jù)以上的標(biāo)準(zhǔn)，許多檢測(cè)方法都存在尚需解決的問(wèn)題。比如小泄漏檢測(cè)與定位問(wèn)題、多泄漏點(diǎn)管網(wǎng)的泄漏檢測(cè)與定位、原油管道與天然氣管道泄漏檢測(cè)與定位的區(qū)別，以及單一使用一種方法的缺陷都是今后研究的重點(diǎn)。