陈刚(中国石油西南油气田分公司输气管理处合江作业区，四川 泸州 646200）

天然气管道泄漏检测

陈刚(中国石油西南油气田分公司输气管理处合江作业区，四川 泸州 646200）

天然气管道的安全运行是管道企业努力的目标，管道在运行过程中，受管道质量、地形、管道腐蚀等因素影响，引发天然气泄漏，带来严重后果。80年代，很多管道企业开始对管道泄漏进行研究，寻找管线泄漏检测的有效方法。但由于管道所处环境的多样性，管道泄漏检测和定位问题没有一种通用的方法。因此探索高效的天然气管道泄漏检测技术，准确定位报告事故发生信息具有重要的生产意义。

管道泄漏；检测；压力波；声波；SCADA

1 天然气管道泄漏的特点

（1）天然气在较小泄漏时，不易检测。

（2）天然气含有硫化氢一氧化碳等有害物质，泄漏对人畜伤害大。

2 管道泄漏检测和定位的技术现状

1、直接检测法：直接在运行的天然气管道巡检。在天然气中加入加臭剂，员工在管线上巡回时；当出现泄漏，加臭剂的味道被巡管员工察觉，可达到对泄漏点的定位。伴有泄漏检测的电缆法和光纤法，就可以使用仪器辅助检测。这就是天然气管道企业常用直接检测法。这种依赖员工敏感性、责任和经验的方法，给泄漏检测带来很多不确定因素2、间接检测法：利用管道流体的平衡性能检测到管道泄漏问题，利用员工专业的技能知识，在运行中及时判断泄漏的发生和计算大致泄漏点，该检测方法对大量泄漏能实现及时检测，应用性非常高。但该方法也存在着因为流量数据不确定、管道剩余物质的错误估计等因素导致计算偏差。(3)管道泄漏自动定位检测技术随着信息技术加速提升，计算机的普及，让SCADA系统在天然气管道运输的广泛应用，为能够实现泄漏检测提供了保障。利用系统进行数据的收集和分析处理，为泄漏检测提供了重要依据，石油天然气管道泄漏检测技术就建立这一基础上。

3 天然气管道泄漏检测的技术方法

管道发生破裂时，天然气因管道内外的压差使之喷出形成泄漏，造成管道内流体能量释放，产生瞬间声波和负压波传播。我们可以通过传播原理计算管道泄漏点位置。当输送管道发生泄漏时泄漏部分产生有物质损失，漏失点管线压力下降，流体密度减小，而管道流体的连续性使得流速不变，从而泄漏点形成压力差，导致流体填充漏失区域，引发区域内密度和压力降低，在水力学上称为负压波。缘管道传播的负压波包含了泄漏的信息，在波导的作用下可以传播数十公里以上的距离。我们用管道两端的压力传感器收集到负压波到达的时间差，从而定位出泄漏点。假设t1t2分别为负压波从泄漏点传到上下游变送器所消耗的时间(s)，v为传播的速度（m∕s）,x是泄漏点到上游压力变送器距离（m）L为管道上下游压力变送器距离（m）.那么根据公式可知t1+t2=L∕v t1-t2=t x=t1v那么x=(L+t.v)∕2辅以流体流速v0对负压波传播进行修正x=（l(v-v0)+(v2-v02）)∕2v，因此通过软件对采集数据波形进行分析准确找到压力降时间差，从而计算出泄漏点。1、管道泄漏引起的瞬间声波震荡，产生音波信号。该信号属于连续发射信号并以管道介质为载体向上下游传播。在管道两端安装音波传感器，根据上下游音波信号的时间差以及音波在介质中的传播速度就可以计算出泄漏位置设t1t2分别上下游检测到的音波信号时刻，则t1-t2为两者时间差T(s)，t上=x∕v t下=(l-x)∕v T=(2x-l)∕v x=(L+T.v)∕2=l+(t1-t2)∕2由此可见声波传输到上下传感器的时间差T以及波速v的准确直接影响对泄漏点的定位，我们将流体流速u及采样周期T上下游数据奇异点位置差N考虑到以上计算。V上=v-u V下=v+u 则x=l.(v-u)+(v2-u2)NT∕2V可以计算出泄漏点。2、天然气具有很强的压缩性，导致压力密度等物理参数变化范围大。信号传播变化复杂，而且高压天然气密度大幅度变化造成能量快速衰减捕捉泄漏信号困难，同时泄漏声波的多样性信号的突发性和不确定性信号的传播途径环境噪声等复杂因素，使得单一的检测手段不能满足于天然气管线的泄漏检测，根据忠武线检测系统的运用，利用成熟的SCADA系统可选择声波法和负压波法共同对管道进行泄漏检测，用动态压力传感器直接测量管道压力的动态变化尽可能反应出管道泄漏引起的压力动态变化，虽然动态压力传感的声波管道泄漏检测比给予压力变送器管道泄漏检测具有更高的灵敏度，但对于压力变化缓慢的场所，采用压力变送器可以检测压力改变，而动态压力传感器则不一定起反应。所以负压波结合声波的特点就是利用现有的压力变送器于动态压力传感器相结合，利用通讯传输，在中心站上位机对数据进行处理，结合泄漏检测和定位计算发现泄漏和定位点。

4 结语

由于管道安全运行的重要性，在工程设计中，对故障出现的原因，位置以及后果都明确考虑，才能制定出科学应对方式；采用负压波和声波检测相结合的方式是基于目前现有的技术和设备采用的有效检测手段。在设计和使用过程中与SCADA系统保持一致测试时在现有SCADA系统基础上安装调试天然气管道泄漏系统，为管道安全运行加上一道安全锁

[1]江秀汉，等长输管道自动化技术。西安：西北工业大学出版社2000.

[2]吴爱国何信油气长输管道SCADA系统综述油气储运2000,19.

[3]赵竟奇管道水击原因分析。油气储运，1999.18（5）.