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海底管道泄露检测研究

摘要：本文介绍了海底管道泄露检测的方法分类，同时分析几种常用检测方

案的优缺点，最后提供了一种混合泄露检测的新思路。

关键词：海底管道泄露检测次声波

1.引言

海底管道一般指敷设在海底的各种油气输送管道，因为海底管道输送具有输

量大、稳定、高效、受气候影响小等优点，所以管道输送一直都是海上油气运输

的最优方式。但随着管线运行时间的累积，必然会受到管道老化、腐蚀穿孔、不

可抗力以及外界条件变化(如地震或海床坍塌等)问题的影响，导致管线可能发生

泄露事故。管道一旦发生泄漏，必将威胁到人们的生命财产安全以及造成严重的

环境影响。故此对海底管道可能发生的泄漏情况进行监测是十分重要的。

海底管道泄漏检测通常分为两类：第一种是直接检测方法，即通过检测管道

外部参数，如碳氢化合物或者温度变化等，来判断是否发生泄漏；第二种是间接

检测方法，即利用传感器来检测管道的内部参数，如：温度、粘度、压强、流量、

声速等，并通过数据处理来判断是否发生泄露。

2检测技术研究

管道的泄漏检测方法基本上可分为两类，一类是基于硬件的方法，另一类是

基于软件的方法。基于硬件的检测方法也称直接法，是指对泄漏物进行直接检测，

基于软件的检测方法也称间接法。是指检测因泄漏而造成的影响，如流体压力，

流量的变化来判断泄漏是否发生及泄漏位置。

直接检测法主要包括：直接观察法、水面监视法、分段密封法、油检测元件

法、油溶性压力管检测法、检测电缆法、示踪检测法、光纤检测法。

间接检测法主要包括：质量/体积平衡法、流量／压力突变法、实时模型法、

统计分析法、应力波检测法、压力差检测法、音波法（次声波法）、负压波法。

目前泄露检测技术以间接检测为主，通过国内外泄漏检测技术现状的分析，

效果好的泄漏检测方案需要多种技术结合使用，这也是目前国内外泄漏检测方案

常用的策略。

众多的泄漏检测技术中，负压波泄漏检测技术是目前公认的有应用前景的长

输管道泄漏检测解决方案，泄漏监测系统基于负压波及流量平衡检测原理，当管

线发生泄漏时，泄漏点的压力突然下降，负压波由泄漏处向上、下游传播。由于

管壁的波导作用，压力波传播过程衰减较小，可以传播相当远的距离，传感器能

检测出压力波到达测量点的时刻，利用负压波通过上下游测量点的时间差以及负

压波在管线中的传播速度，可以确定泄漏位置。

3泄漏检测技术解决方案

3.1总体方案

针对管道实际情况，制定一套典型的管道泄漏监测系统方案，该系统主要基

于负压波原理，综合采用流量平衡法、实时模型法等方法，能够判断管道的泄漏

事件并对泄漏事件进行定位，为保证管道完整性提供积极作用。

管道泄漏监测系统由泄漏检测工作站和泄漏检测子站组成。

3.2泄漏检测系统方法及原理

当管线破裂发生泄漏时，泄漏点的压力突然下降，压力波由泄漏处向上、下

游传播，由于管壁的波导作用，压力波传播过程衰减较小，可以传播相当远的距

离，传感器能检测出压力波的到达时刻。利用负压波通过上下游测量点的时间差

以及负压波在管线中的传播速度，可以确定泄漏的发生和泄漏位置；综合实时模

型对压力波传播速度进行校正，保证定位的准确性。

图3-2负压波方法定位示意图

定位公式为：

其中：X泄漏点距首端测压点的距离，m；

L管道全长，m；

管输介质中压力波的传播速度，m/s；

t上、下游传感器接收压力波的时间差，s。

3.2.1泄漏的判断

在管道泄漏监测过程中需要根据采集到的压力信号序列，实时分析压力信号

的变化趋势，实时地判断管道是处于正常运行状态，还是处于故障状态。初步判

断为事故发生后，发出预报警信号，提示工作人员注意。在管道泄漏监测的过程

中采用了信号自动分段技术。信号自动分段方法的基本原理是先用一个固定的窗

选取平稳运行的信号作为参考段，不断地与当前信号作比较，非平稳性（故障引

起的信号特性的变化）可以由段之间的过程统计特性和频谱特性的变化显示出来。

一般根据几种反映各段特性差异大小的判据，当判据大过一定的阈值时，就认为

信号进入了另一段（故障段）。

泄漏监测系统将采用多传感器信息融合技术，充分利用SCADA系统的硬件资

源，使两个系统能够有机地融合于一体。SCADA系统提供各种泵、阀的状态信号，

这些信号对于泄漏的判断起到了很好的辅助作用，进一步提高了泄漏判断的准确

性和灵敏度。