输油管道泄漏监测技术及应用摘要：文章对国外输油管道泄漏检测方法进行了分析，对油田输油管道防盗 监测的方法进行了探讨针 对油田输油管道防盗监测问题，指 出了油田输油管道防 盗监测系统的关键技术是管道泄漏检测报警及泄漏点的精确定位，并介绍了胜利油 田输油管道泄漏监测系统的应用情况主题词：输油 管道 泄漏 监 测 防盗泄漏是输油管道运行的主要故障特别是近年来，输油管道 被打孔盗油以及腐蚀穿孔造成泄漏事故屡有发生，严重干扰了正 常生产，造成巨大的经济损失，仅胜利油田每年经济损失就高达 上千万元因此，输油管道泄漏监测系统的研究与应用成为油田 亟待解决的问题先进的管道泄漏自动监测技术，可以及时发现 泄漏，迅速采取措施，从而大大减少盗油案件发生，减少漏油损 失，具有明显的经济效益和社会效益1 国外输油管道泄漏监测技术的现状输油管道泄漏自动监测技术在国外得到了广泛的应用，美国 等发达国家立法要求管道必须采取有效的泄漏监测系统输油管道检漏方法主要有三类：生物方法、硬件方法和软件 方法1.1 生 物 方 法这是一种传统的泄漏检测方法，主要是用人或经过训练的动 物（狗）沿管线行走查看管道附件的异常情况、闻管道中释放出 的气味、听声音等，这种方法直接准确，但实时性差，耗费大量 的人力。
1.2 硬件 方 法主要有直观检测器、声学检测器、气体检测器、压力检测器 等，直观检测器是利用温度传感器测定泄漏处的温度变化，如用 沿管道铺设的多传感器电缆声学检测器是当泄漏发生时流体流 出管道会发出声音，声波按照管道流体的物理性质决定的速度传 播，声音检测器检测出这种波而发现泄漏如美国休斯顿声学系 统公司（ASI）根据此原理研制的声学检漏系统（wavealert ）,由 多组传感器、译码 器、无线发射器等组 成，天 线伸出地面和控制 中心联系，这种方法受检测围的限制必须沿管道安装很多声音传 感器气体检测器则需使用便携式气体采样器沿管道行走，对泄 漏的气体进行检测1.3 软件方法它采用由 SCADA 系统提供的流量、压力、温度等数据，通过 流量或压力变化、质量或体积平衡、动力模型和压力点分析软件 的方法检测泄漏国外公司非常重视输油管道的安全运行，管道 泄漏监测技术比较成熟，并得到了广泛的应用壳牌公司经过长 期的研究开发生产出了一种商标名称为 ATMOS Pine 的新型管道 泄漏检测系统，ATMOS Pine是基于统计分析原理而设计出来的， 利用优化序列分析法（序列概率比试验法）测定管道进出口流量 和压力总体行为变化以检测泄漏，同时兼有先进的图形识别功 能。
该系统能够检测出 1.6kg/s 的泄漏而不发生误报警目前国油田长距离输油管道大都没有安装泄漏自动检测系 统，主要靠人工沿管线巡视，管线运行数据靠人工读取，这种情 况对管道的安全运行十分不利我国长距离输油管道泄漏监测技 术的研究从九十年代开始已有相关报道，但只是近两年才真正取 得突破，在生产中发挥作用清华大学自动化系、XX大学精密仪 器学院、大学、石油大学等都在这一方面做过研究如：中洛线（中原—）首站到滑县 段安装了 XX 大学研 制的管 道运行状 态及 泄漏监测系统（压 力波 法）， 东北管 道局 1993 年应用清 华大学 研 制的检漏系统（以负压波法为主，结合压力梯度法）进行了现场 试验2 管道泄漏监测技术的研究通过对国外各种管道泄漏检测技术的分析对比，结合油田输 油管道防盗监测的特殊要求，胜利油田油气集输公司等单位组织 开展了广泛深入的调查研究防盗监测系统的技术关键解决两方面的问题：一是管道泄漏 检测的报警，二是泄漏点的精确定位针对这两项关键技术胜利 油田采用的技术思路是：以压力波（负压波）检测法为主，和流 量检测法相结合2.1 系统硬 件构成① 计算机系统 :在管道的上下游两端各安装了一套工业控制计算机 用于数据采集及软件处理。
② 一次仪表: 压力变送器温度变送器流量传感器③ 数据传输系统:两套扩频微波设备，用于实时数据传输扩频微波压温流力度量监监监测测测力度孤岛首站 由管道 永安站2.2 检漏 方 法2.2.1 负 压 波 法当长输管道发生泄漏时，泄漏处由于管道外的压差，使泄漏 处的压力突降，泄漏处周围的液体由于压差的存在向泄漏处补 充，在管道产生负压波动，这样过程从泄漏点向上、下游传播， 并以指数律衰减，逐渐归于平静，这种压降波动和正常压力波动 大不一样，具有几乎垂直的前缘管道两端的压力传感器接收管 道的瞬变压力信息，而判断泄漏的发生，通过测量泄漏时产生的 瞬时压力波到达上游、下游两端的时间差和管道的压力波的传播 速度计算出泄漏点的位置为了克服噪声干扰，可采用小波变换 或相关分析、基 于随机 变量之间差异程度的 kullback 信息测度检 测等方法对压力信号进行处理前联从 20世纪70年代开始研究 和使用自动检漏技术，负压波检漏系统的普及，使输油管线泄漏 事故减少 88% 负压波的传播规律跟管道的声音、水击波相同， 其速度取决于管壁的弹性和液体的压缩性国曾经实测过原油管 道在平均油温44 °C、密度845kg/m 3时的水击波传播速度为 1029m/s。
对于一般原油钢质管道，负压波的速度约为1000 ~ 1200m/s ,频率围0.2~ 20kHz负压波法对于突发性泄漏比较敏感, 能够在 3min 检测到， 适合于 监视犯 罪分子 在管 道 上打孔盗油 ， 但是对 于 缓慢增 大的 腐 蚀渗漏 不敏 感 负 压 波 法 具 有 较 快 的 响应 速 度 和 较 高的 定 位精 度 其定 位 公 式 为 ：上下游分别设置 压 力测 点 p 、p ， 当管 线在 X 处发 生泄 漏 时， 泄①(p) = lim J p (t)p (t -t )dt- t “ 2T 1 4漏产生的负压波即以一定的速度a向两边传播，在t和t+T时刻 被传感器P、P检测到，对压力信号进行相关处理，式中a为波速，L 为P、P之间的距离 未发生泄漏时，相关系数①（T）维持在某一值附近；当泄漏发生时，①（T）将发生变化，而且当T = T时，①（T）将达到最大值T = 0 a 理论上：解出定位公式如下：X = ■!( L + aT )20式中：X 泄漏点距首端测压点的距离 mL 管道全长ma 压力波在管道介质中的传播速度m/st0 上、下游压力传感器接收压力波的时间差s由以上公式可知要实现准确的定位，必须精确的计算压力波在管道介质中的传播速度a和上、下游压力传感器接收压力波的时间差t0① 压力波在管道介质中传播速度的确定压力波在管道传播的速度决定于液体的弹性、液体的密度和管材的弹 性：I K / p1 + [(K / E)(D / 平式中a —管压力波的传播速度，m/s；K一液体的体积弹性系数，Pa；p——液体的密度，kg/m3；E——管材的弹性，Pa；D 管道的直径，m；e—管壁厚度，m；C ——与管道约束条件有关的修正系数；1式中弹性系数K和密度p随原油的温度变化而变化，因此， 必须 考虑温 度 对负压波 波速的 影 响， 对 负压波波 速进行温 度 修 正。
在理论 计算的 基础 上， 结合现场反 复试验， 可以比较准确的 确定负压波的 波 速② 压力波时间差T °的确定要确定压力波时间差T ,必须捕捉到两端压力波下降的拐点，0采用有效的 信号处理方法是必 须 的 ， 如： Kullback 信息测度 法、 相关分析法和 小 波变 换 法③ 模式识别技术的应用正常的 泵、阀、倒罐作业等各种操作也会产生负压 波为了 排除这些负压波 干扰， 在系 统中 采用了 先进的 模式 识别技 术， 依 据泄漏波与生产作业产生的 负压波波形等特征的 差别 ,经过现场 反复模拟试验 , 提 高了 系 统报 警准确率 ,减 少了系 统误报警2.2.2 流 量 检 测管道在正常运行状态下，管道输入和输出流量应该相等，泄漏发生时 必然产生流量差，上游泵站的流量增大，下游泵站的流量减少但是由于 管道本身的弹性及流体性质变化等多种因素影响，首末两端的流量变化有 一个过渡过程，所以，这种方法精度不高，也不能确定泄漏点的位置德 国的阿尔卑斯管道公司（TAL ）原油管道上安装使用了该系统，将超声波 流量计，夹合在管道外进行测量，然后根据管道温度、压力变化，计算出 管道总量，一旦出现不平衡，就说明出现泄漏。
日本在《石油管道事业法》 中也规定使用这种检漏系统，并且规定在30s中检测到泄漏量在80L以上 时报警流量差法不够灵敏，但是可靠性较高，它跟压力波结合使用，可 以大大减少误报警3 应用效果与推广情况经 过胜利油田组织的专 家验收 和现场试验，系 统 达到 的主要 技术指标：① 最小泄 漏 量 监测 灵敏度：单位时间总输量 的 0.7 ％；② 报警点定位误差：W被测管长的2%；③ 报警反应时间：W 200秒胜 利油 田输 油管 道泄 漏 监测 报 警 系 统 整 体水 平在 国 居于领 先地位 ， 应 用 效果 和推 广规 模都是较好的 ， 目 前胜利油田油气集 输公司输油管 道 上 已经 推广应 用 检 漏 系 统 ， 取得了 明显的 效益， 多次抓获盗油破 坏分子， 有力地打击了 盗油犯罪， 为油田每年减 少经济损失 1000 多万 元， 为管 道的 安全运行提供 了保证 4结论4.1 采 用 负 压波与流量 相结 合的 方法监测 输 油管 道的 泄 漏 是 有 效 的 、 可 靠的 ；4.2 依 靠油 田局域网进 行实 时 数据传输能 够 提高泄 漏 监测 系 统的反应速度， 能够实现全自动的泄漏监测报警与定位；4.3 在油田输油管道安装管道泄漏监测系统能够确保管道安 全运行,明显减少管道盗油事故的发生,具有明显的社会效益和经 济效益。
参考文献1、《管线状态监测与泄漏诊断》 化工自动化与仪表 王桂增等2、《原油管道泄漏检测与定位》 仪器仪表学报 靳世久等3、Designing a cost-effective and reliable pipeline leak-detection system Dr JunZhang Pipes & Pipelines InternationaJlanuary-February 19974、W Al-Rafai and R J Barnes Underlying the performance of real-time software-based pipeline leak-detection systems Pipes & Pipelines InternationaNl ov-Dec. 1999。