石油天然氣長輸管道的泄漏檢測以及定位技術措施

陶 戟，張 瀅

中國石油管道局工程有限公司國際分公司，河北 廊坊

1. 引言

油氣是我國的主要能源，具有較高的經濟效益和較低的環境污染。目前，石油和天然氣的運輸方式以遠距離運輸為主。油氣管線在長時間的使用中，由于焊接失敗、第三方損壞、腐蝕穿孔等原因，造成了大量的石油和天然氣的泄漏。為了保證管線發生故障，及時發現并及時處置，避免事故的進一步發展，應采取有效的探測技術。因此，對石油天然氣管線的泄漏成因及探測手段進行深入的探討，就顯得十分必要。雖然有很多種方法可以探測管線的滲漏，但是隨著技術的發展，很多公司已經開始開發管線泄漏檢測軟件。例如ATMosplpE，ATS，Logiea，Scieon Trans 工業數據處理TDS，Newmark 等，它們都是以SCADA 系統為基礎的管線監測軟件，但是這些系統往往要花費幾百萬美金。EdFarmer & Associates公司提供一套小型的管線泄漏監控系統P，花費30 萬美金，而一套設備全套的設備要花費700 萬美金，說明引進的費用非常高昂。但國內在此方面的研究才剛剛起步，應用范圍也比較狹窄。隨著我國經濟的飛速發展，中國將會成為世界上最大的輸油管道，因此對管道泄漏的監測也越來越迫切。因此，運用自動化技術研制出符合中國國情的管線泄漏監測與定位系統，對于推動中國的經濟發展、提高企業的安全生產水平有著十分重要的作用。

2. 相關概述

隨著石油行業的不斷發展，管道運輸已經成為石油和天然氣的重要運輸手段。五十年代以后，我國的工業得到了快速的發展，管道的運輸也得到了快速的發展[1]。目前，全球大、長、天然氣管線的總長度每年都在增長。大型石油和天然氣管線的建設已經成為世界各國經濟發展的重要標志。隨著我國石油天然氣管線的不斷發展，天然氣管線在長時間的使用中，很容易發生老化，從而造成長距離管線失效，從而引起管線的安全問題。

長距離石油天然氣管線長期使用，管線的防腐性能會逐步下降，或由于土壤的壓力，管線防腐會越來越薄，從而造成管線的滲漏和腐蝕。另外，由于其它意外或自然災害，管線會受到破壞，導致煤氣泄露、原油泄露、壓力降低等，從而導致重大的經濟損失。隨著計算機技術的飛速發展，以及SCDA 的廣泛使用，采用在線實時監測技術進行管線的位置、泄漏檢測已成為一種發展趨勢。目前有兩種常見的檢漏技術：一是通過測量壓力、流量和聲音等物理參數的變化來進行間接檢漏；二是對油氣泄漏的探測，對原油的直接泄漏進行探測。

3. 長輸管道油氣泄漏的原因分析

3.1. 長輸管道選材不合格

中國油氣公司在中國的發展過程中，采用了長距離輸氣管線，長輸管線的質量對整個油氣公司的發展有著重要的影響。在實際的輸送過程中，由于長輸管線的質量不符合規范，導致了長輸管線的滲漏[2]。長輸管線的質量無法達到規定的主要原因有二：① 施工單位沒有對其進行質量管理；② 長距離管線所用的材料不能滿足規定。長輸管線的材質不符合要求，其原因在于部分長輸管線制造商在施工、生產、加工過程中采用了不符合要求的材料，從而提高了企業的經濟效益和成本。部分施工單位在施工、生產、加工過程中采用了不適當的材料。但是，中國天然氣公司在長距離天然氣管線管理上常常出現疏忽。主要是由于管理部門沒有足夠的重視，管理人員的專業素質不高，很難確保長輸管道的管理、檢查和維護工作的全面性，造成了一些安全隱患沒有得到及時的發現和處理。另外，國內石油天然氣企業在安裝時，安裝不規范，施工安全性差，已成為影響石油公司安全發展的重要因素。

3.2. 管道防腐處理不到位

油氣作為化工原料，在實際運輸中會產生一定的腐蝕性，從而使其在長距離輸送時產生腐蝕。這一問題也是造成長輸管線滲漏的一個重要原因，其原因有二：① 有關單位在長輸管線的建設和埋設中，受當地的土壤、土壤等條件的影響，造成了不同程度的腐蝕。這是由于土壤中存在著大量的分子和因子，例如pH、水分等，而土壤自身的密度和含鹽量對長距離管線的影響較大，從而產生了腐蝕問題。② 石油、天然氣等長距離輸送介質中存在一定的酸性和硫。在適當的條件下，這些元素都會發生一定程度的氧化，從而給管線帶來一些腐蝕。

4. 長運輸管道泄漏定位技術及方法應用

4.1. 直接及間接探測技術應用

第一，直接探測。管道的外部定位有兩種，一種是人工檢測與定位，第二種是跟蹤檢測與定位。兩種方法均無法進行24 小時的連續監測。人工檢測時，只能在管線上方的地面上出現明顯的油污、霜凍、或有明顯的油氣和石油制品的味道，甚至是管線附近的綠色植被都已經死亡。這時，管道很有可能已經發生了長時間的滲漏，對環境產生了很大的影響。人工檢測的時間和效率都不高。在采用常規的人工分段安全檢測方法時，常會將某些揮發性成分加入到管線的介質中。檢驗人員可以利用有關的檢測儀器，在發現管線泄漏的瞬間，從而大大提高檢測工作的效率和精確度。第二，間接探測。采用負壓波法、流量平衡法等間接測量長輸管線泄漏點的方法。在長距離輸油管線中，負壓波是檢測泄漏的重要手段[3]。本文介紹了一種新的石油天然氣管線泄漏壓力測量的新方法。首先對管線上、下游探測到的壓力變化進行計算，再利用負壓區間進行精確定位。目前，聲波方法已被廣泛采用，其中負壓波方法由于其實用價值最大。該系統適用范圍廣、費用低廉、操作簡便。感油光纜及分布光纖亦可精確地確定光纖泄漏點，但前期投入較大，后期維護費用較高，且使用效率較低。

4.2. 泄漏自檢定位技術

隨著科技的飛速發展，石油天然氣長輸管線的泄漏檢測也在逐步被采用，例如SCADA 系統已經在長距離輸油管線中得到了廣泛的應用。該方法的基本原則是：動態性質量均衡和壓差。這兩種方法在實際中得到了廣泛的應用。在研制泄漏探測與定位系統時，要正確地確定其適用范圍，以保證在探測過程中不發生錯誤報警。

4.3. 放射性檢漏技術

在各種探測手段中，輻射泄漏是一種常用的探測手段。放射性泄漏探測技術主要是將131 碘、82 溴等放射性材料注入長輸管線。當管道發生泄漏時，有關人員可以利用示蹤法對土壤中的放射性物質進行探測，并根據探測結果來判斷其具體位置。

4.4. 人工巡邏檢測法

石油天然氣管線的泄漏探測通常是依靠手工進行，由于科技的發展，其局限性很大。以往，當發現管道滲漏時，必須將管線分割開來，并派專人巡視、檢驗。如果是這樣的話，那么工作人員只能在管道泄露的時候，發現地上有原油或者油氣的味道。但是，在工人們發現的時候，石油和天然氣管線的泄露已經十分嚴重，給石油和財產帶來了巨大的損害。傳統的手工測試會造成長距離輸油管線的微小滲漏，不能在短時間內發現并及時修補。目前，石油、天然氣長輸管線中，除了傳統的人工檢測手段，大部分都是直接檢測。該方法能夠檢測到管道中的微小滲漏。利用便攜的探測裝置，這種裝置能迅速偵測到很遠的管線是否有滲漏。合理地利用機械和其它儀器，能迅速發現漏油的位置，從而使檢測工作更加快捷方便，同時也能有效地預防石油和天然氣的損失[4]。

4.5. 電纜泄漏檢測法

采用電纜泄漏探測技術，對石油、石油等液態能源的長距離輸送管線進行了探測。電纜泄漏探測技術是針對一些特殊性能的電纜，例如石油溶解電纜。在管線泄漏時，會影響到線纜的性能。根據電纜的特性，可以對管線的泄漏及泄漏部位進行判斷。這種方法可以精確地探測到管道中的微小泄漏，并對其進行精確的位置。但是，該工藝需要采用一些性能特別的線纜，這些線材的制造難度大、造價高。由于電纜的特性，該材料僅可在一次漏檢中使用。修理完漏點后，必須進行電纜的替換。頻繁地更換會給員工帶來一定的工作量。

4.6. 光線泄漏檢測法

該方法主要是探測管線在泄漏過程中溫度、壓力等參數的變化，并采用分布式傳感器進行探測，以達到探測泄漏和泄漏位置的目的。采用以下方法進行漏光探測：① 采用纖維布拉格光柵，通過纖芯折射周期的改變來探測漏點；② 采用光時域反射計來判定光纖的均勻性，對光纖的曲線進行測量與分析，并對長距離輸油管線的滲漏進行探測；③ 干涉型漏油檢測技術是通過對長輸油管線泄漏點附近的噪聲進行檢測，并根據混雜光纖的干擾原理進行檢測。

4.7. 物質平衡檢測法

物料平衡測試是長輸管線的一種間接測量技術，它是通過動態容積、物料平衡原理、進口流量差異等來檢測長輸管線的運行狀態。在各種檢測手段中，材料平衡法是一種很有應用價值的檢測手段，它能有效地解決大、小規模的泄漏問題。這種方法的缺陷在于，它很容易受外界因素的影響，比如管線內的流量或天然氣的貯存流量等，而這些參數的精確度會對檢測的精度產生很大的影響。

4.8. 壓力信號檢測法

在石油天然氣管線泄漏探測中，只采用測壓信號是一種重要的探測手段。本文將其劃分為壓力梯度法和波敏法兩大類。在長距離輸油管線發生泄漏時，波敏法是一種常用的方法。在采用該方法時，先對長輸管線兩端的負壓進行了計算，并據此得出了管道泄漏的確切位置。與其它方法比較，波敏法具有較高的準確率。

5. 石油天然氣長輸管道防泄露管理策略

5.1. 堅定落實安全事故責任制

隨著我國經濟社會的迅速發展，我國政府應從長遠的眼光來考慮長距離輸氣管線的建設。首先，要建立和完善安全生產事故的責任體系。依據有關國家及行業標準，對長輸管線施工中的重點問題進行了分析，提出了切實可行的施工安全責任制，并對有關制度進行了實施。其次是關于安全事故的責任劃分問題。天然氣的利用直接影響著城市居民的正常生產、生活，如果出現突發故障或突發維修事故，將會帶來很大的經濟損失。作為政府機關，應通過對當地站場、內部人員和工作隊伍的深入分析，建立一個科學、合理的事故責任分配機制，使之在檢修前能明確責任，保證長輸管線的安全。最后，在發生事故后，各有關單位要嚴格按照本規程的規定，明確責任主體，了解事故原因、范圍、短期和長期處置辦法，并對事故的責任人進行處理。

5.2. 加強天然氣管道的管理力度

長輸管線在安裝完成后無法直接投入生產，必須通過有關部門的驗收，通過驗收后才能投入生產。對長距離輸氣管線的安全事故進行了分析，結果表明，在管線安全事故中，有70%以上是因為沒有及時、有效地處理好管線管理中的一些小問題，從而造成了嚴重的安全事故。為此，相關部門應加強對長距離天然氣管線的安全管理，以達到減少事故發生的目的。首先，在進行長距離輸氣管線的施工中，必須對施工質量進行嚴格的控制，確保管線的施工安全。在此基礎上，對長輸管道進行了全面的管理和管理。加強施工人員的安全防范意識，科學、合理地選用天然氣長輸管線技術，以保證工程質量。其次，要保證員工的操作安全，提高作業風險，強化員工和調度人員的技能，以保證一線員工在突發事件中的應變能力，建立起一支英勇、有效的維修工隊伍。必須有足夠的運行和緊急維護設備，以保證在最短的時間內進行故障的修理。同時，加強對管線的管理，保證施工人員的責任心，建立健全的測線體系，利用GPS等儀器對管線進行檢測，并定期對管線的埋深、內外檢測、重點部位進行檢測，杜絕非法施工侵占管線，盡量降低外部對長輸管線的損害[5]。最后，針對長輸油管線，應制訂相應的應急預案。首先，要對員工進行安全教育，保證其遵守電器操作規程，定期清理。同時，還需進一步完善長輸管線的應急預案。定期組織員工進行緊急情況的培訓和演練。有關人員應熟悉緊急情況的計劃。在出現意外的情況下，保證能按照標準的操作進行及時的處置，將安全風險降到最低。

5.3. 強化對天然氣管道的執法監督

加強長距離輸氣管道的安全管理，能有效地保證長距離輸氣管道的安全運行，降低輸油管道的安全風險。但在進行長輸天然氣管道的安全管理時，要結合具體的運營狀況，加強對其的安全監管與執法，以保證其安全、穩定的運行。同時，要把管線的安全運行問題放在首位，加強對長輸管線的監管，定期召開長輸管線安全會議，對存在的安全隱患進行分析、研究，制定切實可行的改進策略，為長輸天然氣管道的安全運行提供強有力的綜合保障。

6. 結語

因此，油氣企業應充分關注油氣長輸管線泄漏探測和定位技術，以適應當今社會發展的現實需求。因此，在確定長輸管線泄漏原因的基礎上，對其檢測和定位技術進行了深入的研究和分析，為長輸管線的安全運行提供了技術保證。