張宇航，王 策，阿斯?jié)h，王衛(wèi)強(qiáng)

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

海底管道泄漏檢測研究進(jìn)展

張宇航，王 策，阿斯?jié)h，王衛(wèi)強(qiáng)

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

隨著海洋石油技術(shù)的發(fā)展，穿越海底的油氣管道數(shù)量不斷增多，海底管道泄漏的危險(xiǎn)也隨之增加。因此，對海底管道泄漏的檢測顯得愈發(fā)的重要，但多數(shù)陸上埋地管道泄漏的檢測方法不適用于海底管道。將海底管道的常用的和新興的檢測技術(shù)歸納為以下四類檢測方法，即直接檢測、管內(nèi)流動(dòng)運(yùn)行設(shè)備檢測、管壁系纜式檢測和管外設(shè)備間接檢測。并對這些方法所包括的技術(shù)進(jìn)行了分析、比較，提出今后的研究方向及重點(diǎn)，以期為進(jìn)一步的研究提供參考。

海底管道；檢漏；；管壁；

海底輸油氣管道是海上油氣田開發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)的主要組成部分。它能將海上油氣田和陸上石油工業(yè)系統(tǒng)以最快捷、最安全和最經(jīng)濟(jì)的的途徑聯(lián)系起來。近幾十年來，隨著海上油氣田的不斷開發(fā)，海底輸油氣管道實(shí)際上已經(jīng)成為廣泛應(yīng)用于海洋石油工業(yè)的一種有效運(yùn)輸手段。與此同時(shí)，我國海洋管道建設(shè)也在發(fā)展飛速發(fā)展，海洋油氣管道不斷延伸變長，管道破裂泄漏的風(fēng)險(xiǎn)也悄然增加，這也成為海洋溢油事故的重要原因之一。綜上所述，海底管道泄漏已經(jīng)成為了制約我國工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程中的突出問題，對海底管道泄漏的準(zhǔn)確檢測也顯得愈發(fā)的重要，為此，本文將從直接檢測、管內(nèi)流動(dòng)運(yùn)行設(shè)備檢測、管壁系纜式檢測、管外設(shè)備間接檢測四方面對海底管道泄漏檢測的常用進(jìn)行方法介紹。

1　直接檢測

1.1人工巡檢

由有經(jīng)驗(yàn)的管道工人沿著水下管道進(jìn)行巡檢，通過看或其他方式，直接檢查管道的泄漏情況，其檢測精度依賴于檢測人員的經(jīng)驗(yàn)。但是這種檢測方法耗時(shí)費(fèi)力、檢測人員工作安全隱患大，不適用于深水管道檢漏；檢測精度低，一般只能檢測較大量的泄漏；檢測周期長、不能實(shí)現(xiàn)管道在線實(shí)時(shí)檢測。

1.2遙感探測法

遙感的探測法通過航空航天器搭載遙感設(shè)備進(jìn)行探測，目前應(yīng)用較為廣泛的主要有紅外線遙感法和微波遙感法兩類。

紅外線遙感是利用熱紅外波段檢測可以準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)海面上的溢油污染區(qū)。通過熱紅外數(shù)據(jù)不僅可以判別出海洋溢油的面積，而且還可清晰的辨別出油膜覆蓋區(qū)域的大小、油膜的漂移速度和油膜擴(kuò)散的范圍。熱紅外圖像中可根據(jù)油膜不同厚度的圖像灰度值推算出溢油厚度及溢油值。該遙感技術(shù)不能區(qū)分海洋里浮游植物與溢油，但是它可以全天24 h工作，價(jià)格低廉，因此已成為世界上采用最多的海洋溢油監(jiān)測工具[1]。

微波遙感法是一種被動(dòng)式遙感，和海水的微波輻射率比油膜的微波輻射率要高很多，因此使用微波輻射計(jì)探測油膜。微波輻射計(jì)可以探測到微小的顏色差異，故微波輻射計(jì)可以用于監(jiān)測海洋溢油。雖然微波輻射計(jì)的空間分辨率較低，但它可以全天候不間斷的工作，也可以用于探測陰雨天和夜間的溢油[2]。

該檢測方法為管道泄漏達(dá)到一定狀態(tài)的檢測方法，根據(jù)不同的情況將光學(xué)和微波兩種遙感方法結(jié)合使用，并依據(jù)油膜的光譜特性，建立起一個(gè)可以對海洋油膜自動(dòng)檢測系統(tǒng)，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能快速的處理將會(huì)是未來監(jiān)測海洋溢油的研究熱點(diǎn)[3,4]。

2　管內(nèi)流動(dòng)運(yùn)行設(shè)備檢測

目前各種管內(nèi)流動(dòng)檢測設(shè)備，都配有各類傳感器，用于數(shù)據(jù)采集、處理和存儲(chǔ)，而且有自備電源。這些管內(nèi)檢測設(shè)備可于各種條件下在高壓原油、天然氣管道中運(yùn)行數(shù)百公里。該類方法具有定位精度高和較低誤報(bào)率的特點(diǎn)，但無法實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，由于探測設(shè)備在管內(nèi)隨介質(zhì)流動(dòng)，容易造成管道堵塞、停運(yùn)等事故，并且探測設(shè)備比較昂貴，運(yùn)行成本較高。

2.1漏磁檢測法

漏磁檢測方法應(yīng)用相當(dāng)廣泛。它是在對金屬管壁磁化后，使其在缺陷處產(chǎn)生漏磁通，再通過在管道內(nèi)部流動(dòng)的檢測儀器測得磁通量來得知管壁的損傷或腐蝕程度。通過輸送介質(zhì)在檢測器前后實(shí)現(xiàn)壓差來推動(dòng)儀器運(yùn)動(dòng)，檢測器上大量的傳感器探頭沿途實(shí)時(shí)檢測，記錄并存儲(chǔ)測量結(jié)果，取出存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并處理描述管壁的狀態(tài)，達(dá)到對管道檢測的目的[5]。

漏磁檢測法自動(dòng)化程度高、采集的數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確、觀察直觀、腐蝕判斷精度和效率高。適用于檢測中小型管道。但是，這種檢測方式對管道缺陷的幾何尺寸有一定檢測范圍的局限性[6]。但局限性有多大，是否受其它裂紋參量的影響，仍然有待進(jìn)一步的研究。

2.2超聲振動(dòng)法

超聲振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播，是在彈性介質(zhì)中以一種波動(dòng)的形式傳播的機(jī)械振動(dòng)。根據(jù)超聲振動(dòng)的透射、散射和反射的現(xiàn)象，檢測管道的缺陷、幾何特征、結(jié)構(gòu)組織和力學(xué)性能改變的檢測，并對其評(píng)估[7,8]。

超聲振動(dòng)檢測可準(zhǔn)確定位并檢測出管道缺陷，特別是針對微小裂紋、輕微未焊透和材料各處的平面缺陷都具有檢測速率快、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。但是由于超聲波在空氣中衰減速率較快，在檢測時(shí)就需要一定的聲波來傳播介質(zhì)，同時(shí)該方法易受海底噪聲的干擾[9]，所以對相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行有效的濾波處理成為了目前亟待解決的難題。

此外，還有泄漏噪聲法以及放射追蹤法等檢測方法。

3　管壁系纜式檢測

該方法它多用于液態(tài)烴類燃料的泄漏檢測，通過電纜與管道平行敷設(shè)，當(dāng)泄漏的物質(zhì)滲入電纜后，會(huì)引起電變化，以此來實(shí)現(xiàn)對泄漏的檢測和定位。這類方法靈敏度非常高，對于緩慢泄漏和微小泄漏均有良好的效果，但電纜施工費(fèi)用較高，電纜一旦沾染上泄漏物后就要進(jìn)行更換。

3.1油溶性壓力管法

油溶性壓力管法是將將充有壓縮空氣的油溶性軟管纏于管壁外圍，當(dāng)有泄漏發(fā)生時(shí)，由于軟管的油溶性，致使軟管遇到泄漏的油品便會(huì)溶解產(chǎn)生漏洞斷裂，壓縮空氣外泄，管內(nèi)壓力下降，由此即可知泄漏。但是這種方法無法確定準(zhǔn)確的泄漏位置，而且具有使用一次性，發(fā)現(xiàn)泄漏后，該處軟管隨即損壞，更換比較困難[10]。

3.2滲透式電纜法

滲透性電纜法是指當(dāng)電纜與泄漏油接觸式，電纜的阻抗會(huì)發(fā)生變化，在管道的一段對電纜的阻抗分布參數(shù)進(jìn)行測量分析，即可確定管道是否泄漏，并對其進(jìn)行定位。

3.3分布式光纖電纜檢測法

分布式光纖傳感技術(shù)是指將光纖緊貼水下管道鋼管管壁敷設(shè)，根據(jù)光時(shí)域或頻域原理對管道進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)其不同的測量原理，光纖傳感技術(shù)可以主要可以分為光纖布拉格光柵傳感技術(shù)、Sagnac光纖干涉?zhèn)鞲屑夹g(shù)、散射光纖測漏傳感技術(shù)[11,12]。

4　管外設(shè)備間接檢測

間接檢測法利用SCADA(監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))基于對管道壓力、流量、溫度等運(yùn)行參數(shù)等用于分析泄漏所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)視，并快速、精確地分析[13]。隨著數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的不斷完善和泄漏檢測的計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)，促使泄漏檢測方法與SCADA相結(jié)合，檢漏技術(shù)逐漸成為SCADA 系統(tǒng)的一部分，所以是目前管道泄漏檢測和定位的研究主攻方向。

4.1次聲波法

基于次聲波法的管道泄漏檢測與定位，是通過檢測泄漏流體湍射流作用于管壁產(chǎn)生的次聲波而進(jìn)行泄漏檢測與定位。根據(jù)不同端基站所接收到的突變信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)間差，可以確定泄漏點(diǎn)的具體位置[14]。

次聲波法輸氣管道泄漏檢測與定位系統(tǒng)便于安裝、易于操作等特點(diǎn)使其得到了廣泛的應(yīng)用。將次聲波作為管道泄漏的檢測特征，對其進(jìn)行降噪處理并進(jìn)行管道泄漏檢測與定位，是目前備受關(guān)注的研究課題[15]。

4.2液體濃度分析法

液體濃度檢測是指通過檢測管道周圍泄露出的原油的濃度來確定泄露位置。泄漏會(huì)使原油中的烴的形變?？梢酝ㄟ^檢測海底烴的含量來檢測泄漏情況。國外有一種可以自動(dòng)檢測海底泄露清空的系統(tǒng)，該系統(tǒng)地原理就是利用深海機(jī)器人身上安裝高靈敏度的烴類檢測裝置，檢測變形后的烴溶于海水的濃度來判斷泄露位置，由于該系統(tǒng)的靈敏度很高，可以在幾千米外就確定泄露位置。而通過照相、聲納等手段可以將信息傳輸至中央控制系統(tǒng)，有專業(yè)人員對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析很處理。

4.3負(fù)壓波法

該方法結(jié)構(gòu)簡單、費(fèi)用較低、易于實(shí)現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于各條輸油管線。通過兩個(gè)壓力傳感器接受波段的時(shí)間差可以確定泄露位置。但當(dāng)泄漏過程緩慢時(shí), 就不會(huì)在流體內(nèi)形成明顯負(fù)壓波[16]-[17]，此時(shí)負(fù)壓波檢漏方法失效，只有在兩個(gè)傳感器同時(shí)檢測到壓力變化時(shí)，泄漏位置才會(huì)準(zhǔn)確可靠。因此，該方法對儀表精度要求很高。同時(shí)容易受其他設(shè)備的噪聲波影響，降低檢測精度。所以消除管道內(nèi)的不滿流現(xiàn)象、油氣提高進(jìn)站壓力、合理增加取壓點(diǎn)為該方法的主要研究方向，所以現(xiàn)在國內(nèi)外正在積極研究解決相關(guān)問題方法，并取得了一定的成果。

4.4壓力點(diǎn)分析法

壓力點(diǎn)分析法通過在管線上設(shè)置壓力傳感器的方法檢測泄露產(chǎn)生的負(fù)壓波，一點(diǎn)檢測到負(fù)壓波的產(chǎn)生即說明存在泄露，通過系統(tǒng)分析負(fù)壓波產(chǎn)生的時(shí)間可推斷出泄露產(chǎn)生的位置，即找得到泄露點(diǎn)。該方法需要傳感器較少，使用簡便，安裝迅速，易于實(shí)現(xiàn)。該方法適用于檢測氣體、液體和某些多相流管道, 已廣泛應(yīng)用于各種距離和口徑的管道泄漏檢測[18]。

4.5質(zhì)量/體積平衡法

質(zhì)量/體積平衡法的基礎(chǔ)是對處于穩(wěn)定狀態(tài)的管道的流量進(jìn)行測量，根據(jù)流入、流出質(zhì)量或體積的守恒的原則，將流量的變化歸納為質(zhì)量和體積平衡圖，并通過電腦進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)繪制出實(shí)時(shí)質(zhì)量/體積平衡圖，在質(zhì)量/體積平衡圖上能夠較清楚地顯示出泄漏引起的流量突變，該方法可以檢測到更小的泄漏量[19,20]。

4.6統(tǒng)計(jì)法

統(tǒng)計(jì)檢漏法系統(tǒng)的原理是利用模式識(shí)別技術(shù)，當(dāng)管道泄漏時(shí)進(jìn)出口的流量和壓力發(fā)生變化，使用優(yōu)化序列分析法，連續(xù)計(jì)算泄漏的統(tǒng)計(jì)概率，此時(shí)，ATMOSPIPE系統(tǒng)將分析和統(tǒng)計(jì)出壓力與流量之間的變化規(guī)律，從而估算出泄漏量,使用最小二乘法對泄露部分進(jìn)行定位[21]。

該檢測方法具有誤報(bào)率低，識(shí)別功能強(qiáng)，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，適用于不同流體不同口的多級(jí)管道。在管道運(yùn)行過程中,即使是很細(xì)微的泄露量也可以檢測出來。小工作量即能完成各種運(yùn)行要求，且不需要精確的模型。與以往的軟件相比較計(jì)算技能要求較低，維修護(hù)理方便，是目前世界上公認(rèn)的最優(yōu)秀的自動(dòng)泄漏監(jiān)測系統(tǒng)。

5　結(jié)束語

每種檢測方法都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，而通常單一檢測裝置很難滿足實(shí)際工作的需要，因此在實(shí)際應(yīng)用中，往往要根據(jù)不同的工作環(huán)境和工作對象，在未來的發(fā)展和研究中，需要綜合考慮多種檢測方法的特點(diǎn)，將幾種方法配合使用，組成可靠的、經(jīng)濟(jì)的綜合檢漏系統(tǒng)。

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Research Progress in the Leakage Detection Technology for Submarine Pipelines

ZHANG Yu-hang，WANG Ce, A Si-han, WANG Wei-qiang
（Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China）

With the development of the offshore oil technology, the number of oil and gas pipeline through the seabed continuously increases, at the same time the risk of submarine pipeline leakage also increases. So, the detection of subsea pipeline leak is becoming increasingly important. But the onshore pipeline leak detection method doesn’t apply to submarine pipelines. In this paper, common and new detection technologies for submarine pipelines were categorized into four kinds: direct detection method, pipeline internal flowing equipment detection method, pipeline wall moored detection method and pipeline external equipment indirect detection method. And these technologies were analyzed and compared; their research direction and emphasis in future were proposed, which could provide the reference for further research.

Submarine pipeline; Leakage detection; Pipeline wall

TE 85

A

1671-0460（2014）12-2645-03

2014-06-18

張宇航（1991-），男，吉林長春人，在讀碩士研究生，從事油氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)工作。E-mail：532152638@qq.com。