现代管道泄漏检测技术

现代管道泄漏检测技术

摘要综述了管道泄漏监测和定位领域中应用的各种现代技术和方法，包括硬件方法和软件方法等，并对这些方法和技术进行了评估。

关键词综述；泄漏监测和定位；管道

1 引言

管道运输是一种非常经济和有效的方法和工具,广泛地应用于世界各地区及其各种行业中;与此同时,管道泄漏也一直是国内外人们非常关注的一个重要问题。通常,管道泄漏的物质是有毒和有害的由于发生泄漏事故可能会对周围环境及其生态平衡造成严重的破坏或影响,由此造成国家财产的损失并对人民生命的威胁。管道泄漏的预测和诊断方法及其技术和管道泄漏的监测方法及其技术随着管道运输的发展而逐步地发展并日趋完善,目前已经成为工业、农业、环境生态发展和科学研究等行业中一个重要的研究内容。

迄今为止，管道泄漏检测系统的组成主要分为硬件和软件两种方法和技术。基于硬件的方法和技术主要有声发射、电缆传感器、光纤维、土壤检测、超声波流量测定、蒸汽测定、遥感技术等方法和技术；基于软件的方法和技术有质量（或体积）平衡、实时瞬变模型、压力点分析、神经网络、统计分析等等。

基于声发射技术的管道泄漏检测系统如图 1 所示，声音传感器预先地安装在管道壁外侧，如果管道发生漏点泄漏时，就会在漏点产生噪声并被安装在管道外壁上的声音传感器接收、放大，经计算机软件处理成相关的声音全波形，通过对全波形的分析达到监测和定位管道泄，漏的状况和漏点的位置。此技术特别适合于那些管道内流量低、压力高的的情况为了达到准确地确定一个泄漏点目的，需要排除外来噪声和确定管道操作噪声。通常，管道的泄漏量与由此引起的噪声波型的幅度具有相关性，噪声信号随着泄漏量增加而增大。泄漏点的位置确定是通过管道上的三个固定的声音传感器通过泄漏引起的噪声在管道上的传播测量出来。基于声发射技术的管道泄漏检测系统具有可实时和可连续地测定分析、泄漏点定位准确和不必拆卸管道的外部测定等优点；但是，对于大流量的管道，背景噪声将会对泄漏噪声产生严重干扰。还有，基于声发射技术的管道泄漏技术检测泄漏量的准确性与其他技术相比具有较大的误差。

近年来，基于声发射技术的管道泄漏检测系统已经获得了广泛应用。诸如，国外的PAL公司、我国清华大学、北京大学和天津大学等都有相关的研究成果及其对应的产品。但是，对于地下管道的泄漏测定问题迄今还有相当多的研究工作需要解决。

基于电缆传感器的泄漏检测技术如图2所示，这些传感器是由某些高分子材料制成并具有与碳氢化合物的反应活性，碳氢化合物对这种材料会产生体积的或者电特性的改变，通过测量这些改变达到监测管道内碳氢化合物泄漏的目的。如果管道或储罐发生泄漏，那么泄漏出的碳氢物质就会不同程度地改变了电缆传感器的电容特性或者电阻特性，由此可确定管道的泄漏量状况和泄漏点位置。

基于电缆传感器的泄漏检测技术适合应用于较短的燃料管线，诸如机场或者炼油厂等的燃料站（库）等。国外的SensorComm 公司已经研究了一种液体传感电缆应用于管道的泄漏检测。此种技术是一种非金属的测量技术，可应用于极冷的地区和 20 英尺深度的管道的泄漏检测。通常，电缆传感器经过汽油或者其它

的高挥发性碳氢物质暴露之后，必须经空气干燥，以保证电缆传感器的正常应用。此外，传感器可能会干扰管道的阴极保护系统。

光纤是一种有前途的管道泄漏检测技术,光纤传感器可以分散地和定点地安装在管线上。光纤可以检测很宽范围的物理和化学特性,既可以检测管道泄漏也可以定位泄漏点位置。如图3所示,是一个应用模拟实例:在一段10米长的埋地氨管道范围内设计了A、B、C和D 等4个可控制氨泄漏流量的模拟氨泄漏位置点,氨管道外壁上铺设光纤传感器以测定并记录氨管道上的温度。模拟试验研究结果表明,通过光纤传感器测定关于管道的温度分布状况,在管道泄漏时和无泄漏时管道的温度分布状况会出现温度明显地下降的差别。在设定的4个泄漏点位置,无论是哪一个位置发生泄漏,此泄漏位置的温度就会下降,这是由于液氨泄漏处管道由于液氨气化产生的吸热作用引起的温度下降,由此确定出管道泄漏报警和确定泄漏点位置。氨气可具有刺激性气味,人体感官可以在很低的氨浓度时就会感觉出来,但是,此模拟试验表明, 在人体还没有感觉到氨气的气味时,光纤传感器就已经将地下的管道泄漏状况测定出来并确定了修漏点的位置。

土壤检测方法是一种蒸汽检测系统，可以测定出地下管道周围土壤中蒸汽相碳氢物质的浓度，由此检测管道泄漏位置和泄漏状况。如图4所示，是TraceResearch公司的专利技术并已经应用于地下管道泄漏检测和泄漏点的定位。

通常，基于土壤检测的管道泄漏测定和漏点定位技术是通过测定从管道泄漏的示踪气体来完成的，此示踪气体是预先添加到输送管道中的一种惰性的、挥发性的和比较稳定的气体物质，加入到管道中的浓度水平为几个ppm（10-6）。如图3所示，如果输送管道发生泄漏时，示踪气体与管道中其它物质同时流出管道，示踪气体将优先地扩散到管道周围的土壤中，在管道泄漏点附近的土壤气体取样孔洞中的测定探头就会自动地收集土壤中的示踪气体，然后应用气相色谱方法测定探头收集的示踪气体的含量，由此达到监测管道泄漏状况和确定管道泄漏点的位置。应用气相色谱方法可测定出示踪气体在土壤中的浓度为ppt(10-9) 水平。测定结果表明，示踪气体技术可以较准确地确定管道泄漏的位置，误差在数英尺范围内，测定结果与管道的直径和长度无关。

基于土壤检测的管道泄漏测定和泄漏点定位技术通常应用于地下的管道，此技术具有测定干扰小，具有较高的检漏准确性。但是，对于较长的管线，需要沿管道预先建立许多的探头深孔以便收集示踪气体样品用于气相色谱测定，因此，此技术的测定费用较高、工作负荷也比较大。

超声波测定流量的检漏是一种比较经济的、方便的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，分析和比较出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。如图4所示，是国外 Controlotron 公司的超声波流量测定管道泄漏系统。

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。