由于管道在輸送液體、氣體、漿體等散裝物品方面具有獨特的優勢,目前,已成為繼鐵路、公路、水路、航空運輸以后的第5大運輸工具。管道被認為是傳輸能量最為安全經濟的方法。然而,管道隨著服役時間的增長而逐漸老化,或受到各種介質的腐蝕以及其他破壞因素,使管道泄漏。所謂泄漏就是由于密閉的容器、管道、設備等內外兩側存在壓力差,在其使用過程中,內部介質在不允許流動的部位通過孔、毛細管等缺陷滲出、漏失或允許流動的部位流動量超過允許量的一種現象。泄漏需要有泄漏通道及存在壓力差,壓力差是產生泄漏的根本原因,設施材料的失效是產生泄漏的直接原因。其他還有一些人為因素引起泄漏,如麻痹疏忽、忽視安全、管理不善、違章操作和密封部位的失效如密封的設計不合理,制造質量差,安裝不正確等。石油、天然氣和輸水管道的泄漏不僅導致了資源的損失,而且極大地污染了環境,甚至發生火災爆炸或水災,嚴重威脅人民生命財產的安全。準確把握管道狀況并根據一定的優選原則,對一些嚴重缺陷進行及時維修就可以有效避免事故發生,同時也能大大延長管道壽命。而管道檢測是保護管道安全的一種既經濟又有效的方法。1國內外管道檢測現狀由于管道安全具有特殊的重要性,管道發達的西方國家早在20世紀五六十年代就開始了管道檢測技術研究。1973年英國天然氣公司(British Gas簡稱BG)第一次采用漏磁檢測器對其管轄的1條直徑為600 mm管道成功地進行了內檢測。此后,采用各種先進技術的新型檢測器不斷問世,特別是20世紀80年代末90年代初以來,計算機技術的飛速發展為研制高效新型檢測設備提供了強有力的技術保證,檢測器體積不斷縮小,技術含量越來越高,檢測器的效率和可靠性也有明顯改進,為保證管道的安全運行、減少管道事故造成的危害和損失發揮了重大作用。基于對安全、經濟、環境等各方面因素的考慮,各國政府對管道內檢測越來越重視,許多國家都制定了相應的管道檢測法規。例如,1988年10月,美國國會通過了管道安全再審定條例,要求運輸部研究與專業計劃管理處(RSPA)制定聯邦最低安全標準,以使所有新建及更新管道都能適應智能內檢測器檢測的要求。不僅如此,他們還根據管道所處的不同特殊狀況定期對管道實施再檢測,從中找出管道腐蝕的特殊規律,從而對管道未來狀況做出科學分析預測,并根據管道完整體系規范對一些嚴重缺陷及時修復,真正做到防患于未然。我國石油天然氣管道工業自20世紀70年代以來有很大發展,據不完全統計,目前我國擁有各種油氣長輸管道近2萬km ,管道安全問題也越來越引起有關部門的重視。20世紀80年代以來,我國開始進行管道檢測器的研制開發工作,取得了一些成果,同時,也陸續從國外引進了一些先進的檢測設備,對幾條原油管道成功地實施了內檢測,取得了令人滿意的檢測結果。盡管如此,和世界先進水平相比還有較大差距,管道檢測工作尚屬起步階段,已檢測的管道數量不足管道總量的1/ 10 ,而且尚未對任何管道進行再檢測。由于各方面原因,某些管道經營管理者對管道檢測的重要性認識不足,沒有充分認識到管道事故的危害性。

2管道運輸泄漏的檢測方法

泄漏檢測技術成為管道安全運行必須首先解決的關鍵問題。管道運輸不同形態物質時,檢測管道泄漏的方法也不相同,以下對運輸氣體、液體的管道泄漏時的檢測方法進行分類介紹。2.1直接觀察法此種方法是依靠有經驗的管道工人或經過訓練的動物巡查管道。通過看、聞、聽或其他方式來判斷是否有泄漏發生。近年美國OILTON公司開發出一種機載紅外檢測技術。由直升飛機帶一高精度紅外攝像機沿管道飛行,通過分析輸送物資與周圍土壤的細微溫差確定管道是否泄漏。利用光譜分析可檢測出較小泄漏位置。這種方法可用于長管道,微小泄漏的檢測,其缺點是對管道的埋設深度有一定的限制。據有關資料介紹,當直升機的飛行高度為300 m時,管道的埋設深度應當在6 m之內。2.2管內智能爬機爬機在管道工業中廣泛使用,如果配置各種傳感器,就能組成智能爬機檢測系統。目前利用爬機可以檢測管內的壓力、流量、溫度以及管壁的完好程度。爬機分為2類:超聲波檢測器和漏磁通檢測器。應用較多的是漏磁通檢測器,即將爬機放入管內,它就會在流體的推動下運動到下游,同時收集有關管內流動和管壁完好程度的信息。對記錄在爬機內的數據進行處理后,可以得到很多信息,同時也可以判斷管道是否泄漏。國外此項技術己經比較成熟,并用于各種管道當中。它的作用不僅在于泄漏檢測,而且是綜合型的管道檢測系統。但是爬機只適用于那些沒有太多的彎頭和聯接處的管道,它的操作需要有豐富的經驗。2.3探測球法基于磁通、超聲、渦流、錄像等技術的探測球法是20世紀80年代末期發展起來的技術,將探測球沿管線內進行探測,利用超聲技術或漏磁技術采集大量數據,并將探測所得數據存在內置的專用數據存儲器中進行事后分析,以判斷管道是否被腐蝕、穿孔等,即是否有泄漏點。該方法檢測準確,精度較高,缺點是探測只能間斷進行,易發生堵塞、停運的事故,而且造價較高。2.4光纖檢漏法包括準分布式光纖檢漏、多光纖探頭遙測法、塑料包覆石英(PCS)光纖傳感器檢漏、光纖溫度傳感器檢漏。其中準分布式光纖進行漏油檢測的技術已比較成熟。據報道NEC公司已研制出能在10 km管道長度范圍內進行漏油檢測的傳感器,它對水不敏感,可在易燃易爆和高壓環境中使用。傳感器的核心部件由棱鏡、光發與光收裝置構成,當棱鏡底面接觸不同種類的液體時,光線在棱鏡中的傳輸損耗不同,因此,可根據光探測器接收的光強來確定管道是否泄漏。這種傳感器的缺點是當油接觸不到棱鏡時,就會發生漏檢的現象。2.5GPS(全球定位系統)時間標簽法GPS系統包括3大部分:空間部分GPS衛星星座;地面控制部分地面監控系統;用戶設備部分GPS信號接收機。GPS的基本定位原理是:衛星不間斷地發送自身的星歷參數和時間信息,用戶接收到這些信息后,經過計算求出接收機的三維位置、三維方向以及運動速度和時間信息。采用GPS同步時間脈沖信號是在負壓波的基礎上強化各傳感器數據采集的信號同步關系,通過采樣頻率與時間標簽的換算分別確定管道泄漏點上游和下游的泄漏負壓波的速度,然后利用泄漏點上下游檢測到的泄漏特征信號的時間標簽差就可以確定管道泄漏的位置。采用GPS進行同步采集數據,泄漏定位精度可達到總管線長度的1 %之內,比傳統方法精度提高近3倍。2.6超聲波技術測定流量檢漏超聲波測定流量的檢漏是一種比較經濟、方便和易于安裝維護的技術。首先,將管道分成若干部分,每一部分都安裝上超聲波流量測定裝置以測定這部分管道流進的和流出的體積流量,同時測定管道溫度和環境溫度、聲波在管道內流體的傳播速度等參數。然后,根據體積平衡原理并應用計算機軟件模型處理管道各個部分所有參數的測定結果,分析和比較管道輸送中分別在泄漏時和正常運行時的參數狀況,由此診斷和確定管道泄漏量和泄漏點位置。通常,較短的處理周期表明了一個較大的泄漏點,較長的處理周期表明了一個較小的泄漏點。超聲波測定流量的檢漏系統與聲發射技術的管道泄漏檢測系統類似,都是在管道外部安裝非破壞性的設備或器件的檢漏技術。超聲波測定流量的檢漏系統已經成功地應用于城市供水管道系統中的泄漏狀況診斷。除此之外,還有便攜式的超聲波管道檢漏系統,可供有經驗的技術人員佩戴超聲波耳機并在現場沿著地下管道線路巡檢使用,同樣具有比較準確的漏點定位能力。2.7基于SCADA系統法SCADA系統是Supervisiory Control and Data Acquisition的簡稱,即監控和數據采集系統。它利用計算機技術收集現場數據,通過通信網傳送到監控中心,在監控中心監視各地的運行情況,并發出指令對運行狀況進行控制。遠程終端裝置(RTU)將采集的流量、壓力、溫度等參數傳遞給監控中心,對管道的運行狀況進行實時監控。當檢漏軟件檢測到泄漏時,給出報警信號;泄漏嚴重時,監控可發送指令關閉泵閥;SCA2DA系統可準確掌握現場情況,及時靈活地調度控制生產,優化運行獲得較好的經濟效益;可及時發現、處理故障,確保管輸安全;可為管理及時提供可靠數據,裝備SCADA系統是實行管道自動化的必由之路。2.8基于模型的方法

建立管道的實時動態模型,利用模型對管道系統的參數進行在線估算,將估算結果按照特定的算法處理來進行泄漏故障診斷,這就是基于模型的方法的基本思想。這類方法首先需要建立管道的模型。根據建立模型的方法,可分為基于狀態估計的方法和基于系統辨識的方法。

3泄漏檢測方法的綜合評定

上文對各種主要的管道輸送的泄漏檢測方法進行了介紹,每種方法都有其優點和缺點。為了比較各個方法的性能,設定以下9項指標對其進行綜合評定:①靈敏度:能檢測到的最小的泄漏量;②定位能力:是否能對泄漏點定位以及定位的精度;③評估能力:對泄漏量的大小的估計能力;④響應時間:檢測到泄漏所需要的時間;⑤有效性:是否能夠對管道的每一點進行連續檢測;⑥適應能力:對由工況條件等的變化引起的管道參數變化的適應能力;⑦誤報警率:未發生泄漏時卻給出報警的概率;⑧維護要求:系統的使用和維護是否簡便易用;⑨費用:系統的固定投資和維護費用。根據以上9項指標,可以對幾種主要的泄漏檢測方法的性能進行比較,根據管道的運行狀況、設備儀器的精度等很多實際因素進行選擇。綜合考慮,選擇合適的管道泄漏檢測方法。

4預防泄漏事故的措施

泄漏是管道安全輸送的主要隱患,如何預防泄漏事故的發生,保證全線安全穩定運行是一個綜合性課題。長輸管道能否安全運行與管道設計、工程施工和日常管理密切相關,為了防止泄漏事故的發生,可以采用以下預防措施。(1)管道設計時要注意管道布局應合理,盡量避免易受到外界因素損害的地區、地質斷層、地震多發區、地形地貌復雜區;當不能避開時要采取切實有效的防范和保護措施,管道需具有一定的埋設深度,在管線危險地段設置緊急自動截斷閥等。(2)加強管材質量檢查,提高制造工藝水平。(3)嚴格按照設計施工,施工前應先對管道地基進行處理。(4)把好管道現場施工質量關,注重防腐涂層及焊接質量檢測。(5)管道安裝完畢后,應對管道進行清管、吹掃,并做強度、氣密性試驗。(6)根據環境條件、設計壽命、電保護等要求確定防腐措施及相應結構。(7)要對管道整體安全進行評估,對存在缺陷的管段及時整改,無法修補的管段要堅決予以更換。(8)加強對管道的實時監測,引進國內外先進泄漏探測系統,以便盡早發現和排除事故隱患。(9)建立科學的管道運行操作規程并嚴格執行,對操作人員進行崗位培訓,提高其業務素質和操作水平。(10)建立完善的管道維護體系和規程,提高系統的維修水平。(11)對管道標以明顯標志,加強巡線和宣傳力度,杜絕人為破壞。

5結語

要加強管道檢測重要性的宣傳,政府有關部門應盡快制定管道安全檢測有關法規,根據優選方案制定全國管道檢測計劃,力爭盡快對全部管道實施內檢測,并且定期進行管道再檢測,建立管道檢測信息數據庫,從中找出各條管道的腐蝕規律,從而對管道現狀及未來安全狀況做出科學預測,采取有效措施,避免管道事故的發生。同時,還要加快智能檢測器的國產化步伐,盡快趕上國際管道檢測先進水平。管道檢測是管道安全體系的重要組成部分,是保證管道安全的最經濟有效的方法。應盡快采取有效措施,制定管道檢測規范,建立完整的管道安全保證體系,并依此有計劃有步驟地對管道實施智能內檢測,保證管道安全平穩運行。