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管道泄漏检测方法

发布时间:2019-12-30 18:15

伴随着管道铺设长度的增长,管道泄漏检测技术日趋成熟,从最原始的人工巡线到现在的分布式光纤检测方法,管道泄漏检测技术蓬勃发展。由于我国幅员辽阔、地形复杂,管道常常需要弯曲、爬坡、变径,并且由于各矿井油气质量不尽相同,管道输送介质的物化特性并不恒定,这些因素均给管道泄漏检测造成很大的困难。因此目前并没有一种方案可以的适应性,均需要根据管道情况选择最合理的泄漏检测方法,有时还需要几种方法融合来取得的检测效果。目前应用广泛的泄漏检测方法如下:
(1)人工巡视法
人工分段巡视是早期的泄漏检测方法,工作人员通过观察管道或地表情况、嗅闻空气中的异常气味等感官判断的方法来进行管道泄漏诊断。对于一些液体管道例如原油等管道,通常此类不锈钢弯头管道多为埋地管道,对于一些微小泄漏很难检出;长输管道人工巡视耗费时间长,实时性差,可能泄漏检测时间。近年来危化品管道铺设长度增长,如果采用人工巡视的方法对巡线人员的生命造成的威胁。随着技术的进步,无人机巡线等方法逐渐替代人工巡视,并且通过配备热成像仪等装置,对极微小泄漏准确诊断定位。
(2)管壁检测法
管道泄漏的产生常常是因为管道内部或外部化学腐蚀、物理破坏造成的,因此如果能够在管道内部或外部检测出管道的缺陷,则能够在管道泄漏前进行预警或者泄漏后准确定位己泄漏的位置。目前的管壁检测方法可分为介入式和非介入式两大类,介入式检测主要是在管道内部放入管道机器人,通过在机器人上安装漏磁通、超声或摄像头等传感器,从而获取管道内部健康情况并进行诊断定位;非介入式检测即在管道外部通过仪器对管道健康情况进行检测,通常采用超声载波、电磁超声等方法进行检测,但通常需要对管道进行开挖,所以不能实时监测只能定期进行检测。
(3)光纤传感器泄漏检测法
光纤传感器为非介入检测,具有的灵敏度和较强的抗干扰能力,信号采集传输在光纤中进行不会造成电火花、,抗腐蚀能力强,近年来收到的重视。根据检测原理和传感器类型,目前光纤法主要有:光纤布拉格光栅泄漏检测技术,发生泄漏时依附在光纤上的材料造成光纤光栅形变或产生温度变化,造成反射波长变化进而检测泄漏16-71;基于散射的光纤泄漏检测技术,光在向前传播的过程中还会向后发出散射光,震动、压力变化和温度的变化会造成散射光强的变化,从而进行泄漏检测;基于Mach-Zehnder光纤干涉仪原理的泄漏检测技术,由三条单模光纤组成分布式检测结构,检测管道被破坏时的微小震动从而进行泄漏检测。由于光纤传感器灵敏度,就导致较高的误报率,分布式光纤需要延管道铺设光纤,不适于己完工管道,并且成本很高推广难度大。
(4)声学法
管道泄漏发生时,由于管内压力通常大于大气压,压差导致流体损失,出现湍流产生变化的压力,声波因此产生。产生的泄漏声波信号中包含横波与纵波,横波延管道传播,纵波延管内介质传播,因此在管壁或管道内部安装声波传感器即可完成泄漏检测。当前采用声学原理进行泄漏检测的方法主要有三种,负压波法、动态压力法和声发射法,各种方法的应用场合也不尽相同。
负压波法在国内应用广泛,由于采用管道首末站安装的压力变送器作为传感器,硬件成本低、工程量少易于推广。首末站压力变送器捕捉由泄漏产生的负压波信号,通过分析泄漏发生时刻的压力信号,即可识别出是否发生泄漏;根据上下游泄漏声波信号发生时刻的时间差,即可实现泄漏的准确定位。负压波法的检测灵敏度取决于压力变送器的灵敏度,由于压力变送器量程均需大于不锈钢管件管道工作压力,常规静态压力变送器很难实现大量程高灵敏度的测量,负压波法对于微小泄漏和缓慢泄漏这种压力变化的情况检测能力较差。
负压波法使用压力变送器测量静态压力的变化量,很难达到较高的灵敏度,因此提出了采用动态压力变送器来测量压力的波动,动态压力法测量的是压力的变化量而不是压力本身。动态压力变送器由压电式压力传感器、电荷放大器与信号调理电路组成,将传感器输出的电荷信号转化为4-20mA等标准信号。通过在首末站各安装一台动态压力变送器,采用GPS授时同步采样时间,通过采集到的动态压力信号识别泄漏信号,根据首末站信号时间差实现泄漏点定位。
声发射法是一种无损检测方法,管壁上安装的成对声发射传感器,通过采集声波信号进行泄漏检测。压力管道泄漏时的声波并非管壁产生,而是由于泄漏点介质产生的应力波在管壁传播,并且属于连续信号,但并不是传统意义上的声发射信号。声发射法检测灵敏度高,100米距离内1mm泄漏孔径也可准确的检出,但其信号微弱,对信号放大与信号采集系统有较高的要求,并且由于声发射信号频率通常在10kHz以上,对采样速度与处理能力有的要求;高频信号在管壁传播衰减较大,因此声发射法检测距离短,埋地管道对声发射也有很大的影响。因此,由于较高的局限性,声发射法还仅仅出于实验室阶段,距离大规模应用还有一段距离。
(5)无线传感网络法
2007年,Zigbee基金会推出了ZigbeePro,Zigbee技术接近成熟进而被大规模使用,由于其低功耗、低传输速率和传输距离较远的特性,无线传感网络技术借此发展。对于易燃易爆、剧毒等危险化学品输送管道,1mm的可检测泄漏孔径已远远达不到输送的要求,通过增加传感器安装密度可以实现灵敏度的泄漏检测,因此出现了基于无线传感网络的泄漏检测方法。
无线传感网络泄漏检测的设计主要包括传感器选取、电源设计、能量采集、网络性与定位精度,虽然无线传感网络优点众多但在设计上也存在较高难度。通常采用的检测手段存在检测距离短的问题,通常检测距离为100m以内,由于成本和检测节点数量限制使其并不适用于长输管线;气体浓度等传感器安装位置决定检测效果,并且易受到风速、风向和温度等环境因素的影响;对于埋地和海底管道,在土壤和海水中信号传输难度高,供电很难;由于无线传感网络节点通常由电池供电,因此还需考虑功耗问题,常常需要结合太阳能或其他能量采集方法;当网络中节点数量较多时,存在网络拥堵风险,网络通信性也难以。无线传感网络的方法在短距离小泄漏量检测的领域有很大优势,但在长距离、埋地和海底等场合还有很多工作要做。