腐蚀破坏是燃气管道发生泄漏的主要原因,通过对管道腐蚀程度的检测即可判断管道是否发生泄漏。新一代的智能清管器(Intelligent Pigs)通过安装旁通装置来调节智能清管器的移动速度,使得管内检测法使用时不必改变气体的流动状况[6]。虽然通过智能清管器可以精确地检测管道壁厚的实际状况,对管道的腐蚀点及泄漏点进行定位,从而保证燃气管道的安全运行,但是这种方法造价较高,检测效果与管道的技术特性(直径、厚度、弯曲半径等)有关,没有考虑对数据采集的时间延迟进行补偿,在检测前与检测过程中还要做很多其他技术准备工作。另一种管道腐蚀点的检测方法——电压梯度测试技术DCVG (Direct Current Voltage Gradient)和密间隔测试技术CIPS (Close Interval Potential Survey)相结合的检测方法,需要阴极保护的一些历史数据,如土壤电阻率、控制点电位等,该方法适用于各种技术特性的燃气管道[7]。
由于地下燃气管道周围还常敷设有给排水管道、通信电缆等其他管线,因此燃气管道遇到的最大威胁是第三方破坏。为此,日本Toho燃气公司开发了一种便携式第三方破坏远程监控系统[8],实时地监测第三方对周围燃气管道的损坏情况,从而保证了燃气管道很少因第三方破坏而发生事故。当系统监测到重型机械与燃气管道相接触时,会立即发出报警声来约束第三方的工作行为,并将报警信号远传到调度中心,使调度中心迅速采取有效措施,从而使事故发生率降到最低。该远程监控系统采用声学原理,利用振动检测法作为与第三方联络的基本方法,它通过安装一个对比传感器来克服外界噪声干扰的振动,通过监测传感器来辨别燃气管道的振动。由于该系统并没有采用频率分析法去噪,克服了传统声学检测方法中采用频率分析进行信噪分离所导致的造价高、安装复杂等缺点,因此成本低廉,安装简便。
② 间接检测新技术
德国学者Siebret H和Isermann R提出将管道首、末端的流量和压力信号经过处理后进行相关分析的泄漏检测方法。该方法能够有效地检测出较小的泄漏,提高了检测的灵敏度和准确度,并在实I示应用中取得了满意的结果,对以后的研究具有较大的启发意义,但这种方法计算量较大,检测的实时胜较差[9]。
荷兰壳牌(Shell)公司的Zhang X J提出了一种气体和液体管道的统计检漏法[10]。它通过采用模式识别和序列概率比的方法,构造两种状况(正常状况、泄漏状况)下的假设检验,利用统计分析技术对实测的压力、流量问的关系进行分析,以此来检测泄漏,并采用最小二乘法对泄漏进行定位。该方法已成功应用于石油、天然气、化工等多种管道运输中。其优点是不需要复杂的数学模型,可连续进行检测,并且具有记忆功能,适应性强,误报率低,安装方便,易于维护,缺点是检漏精度受仪表精度影响大,定位精度欠佳。
美国的Marco Ferrante提出了采用小波分析的方法[11],利用小波技术对管道的压力信号进行奇异性分析,由此来检测泄漏。
20世纪80年代以来,我国从事管道泄漏检测技术的科研人员在应力波法、负压力波法、管道实时模型法等方面进行了研究。国内输油管道实时监测技术目前总体上处于引进吸收、研制开发的阶段。国内一些高校如天津大学、清华大学、石油大学及大型国有企业如中原油田、大庆油田、辽河油田等均在此方面进行过一定的研究,并将其应用在实际的输油管道上[12~14]。目前也有少数单位开始着力于燃气管道泄漏检测的理论与实验研究[15~17],但对于燃气管道泄漏检测实际应用方面的研究比较罕见。
3 结语
直接检测法具有检测及时、灵敏度高、漏报率和误报率低的特点。而目前的泄漏间接检测技术还不很成熟,尤其对小的泄漏不敏感,国内仅在部分输油管道上使用,其目的也主要是防止一些不法分子在原油管道上钻孔盗油,而在输气管道的应用中还存在一些问题。因此在今后一定时期内直接检测法还是燃气管道泄漏检测的主要手段。
由于直接检测法只能间断进行,易使管道发生堵塞、停运事故,造价较高,因此间接检测法将会引起越来越多研究者的重视。随着我国管道技术的进步,特别是燃气管道SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)技术的逐步推广,与SCADA、GPS (Global Position System)等技术相结合的间接检测法将是今后燃气管道泄漏检测和定位的发展方向。
参考文献:
[1] Wayman M,Bell J. An economic approach to determining the performance capability of gas distribution pipe1ines[A].International Gas Union.23rd World Gas Conference [C]. Amsterdam (The Netherlands):International Gas Union,2006.1063-1074.
[2] Ragula J. New technology of the remote methane leak detector [A]. International Gas Union.23rd world Gas Conference [C]. Amsterdam (The Netherlands):International Gas Union,2006.1175-1179.
[3] Schwengler P. Gas camera-mobile imaging system for visualising methane plumes at distances between 0-m and 100-m and more [A].International Gas Union.23rd World Gas Conference [C]. Amsterdam (The Ne-ther-lands):International Gas Union,2006.899-915.
[4] Salyukov V V. Diagnostics system of JSC GAZPROM's gas mains [A]. International Gas Union.23rd World Gas Conference [C]. Amsterdam (The Netherlands):International Gas Union,2006.961-969.
[5] Mandayam S,Udpa L,Lord W. Wavelet-based permeability compensation technique for characterizing magnetic flux leakage images [J]. NDT&E Intemational.1997.(5):297-303.
[6] Chaburkin V F. Providing reliability of trunk gas pipelines operation on the basis of in-1ine inspection results [A]. International Gas Union.23rd World Gas Conference [C]. Amsterdam (The Netherlands):International Gas Union,2006.752-763.
[7] Taberkokt A. C. P. data,CIPS & DCVG techniques:another way to predict corrosion on gas pipeline [A]. International Gas Union.23rd World Gas Conference [C]. Amsterdam (The Netherlands):International Gas Union.2006.882-898.
[8] Kiyoshi M. Development of a portable remote monitoring system for third-party damage [A]. International Gas Union-23rd World Gas Conference [C]. Amsterdam (The Netherlands):International Gas Union.2006.1111-1121.
[9] Siebret H,Isermann R. Method for the detection and localization of small leaks in gas pipeline [J]. Computer Applications in Shipping and Shipbuilding,1980,(8):355-360.
[10] Zhang X J. Statistical leak detection in gas and liquid pipelines [J]. Pipelines International,1993,(7):26-29.
[11] Ferrante M,Brunone B. Pipe system diagnosis and leak detection by unsteady-state tests [J]. Advances in Water Resources,2003,(6):107-116.
[12] 靳世久.国家自然科学基金资助项目“热油长输管道泄漏检测与定位技术研究”结硕果[J].中国科学基金,2005,19(6):359-360.
[13] 刘恩斌,李长俊,梁党国,等.输油管道泄漏管道检测技术研究与应用[J].油气储运,2006,25(5):43-44、48.
[14] 杨杰,陈悦,王桂增,等.输油管网泄漏检测与定位方法的研究[J].信息与控制,2005,36(10):528-531.
[15] 张红兵,李长俊.长距离输气管线泄漏监测技术研究[J].石油与天然气化工,2005,34(2):146-147.
[16] 彭世尼.高中压输气干管漏气的判别及泄气点的确定[J].煤气与热力。1998,18(6):21-23.
[17] 刘叔伦,邵凯,杨光,等.燃气输配多智能体监测与故障诊断[J].煤气与热力,2006,26(4):35-38.