泄漏检测

by Delta工程 / 星期五，25三月2016 / 发表于高压

管道 泄漏检测 用于确定在包含液体和气体的系统中是否以及在某些情况下发生泄漏。检测方法包括管道安装后的静水压测试和服务期间的泄漏检测。

管道网络是石油，天然气和其他流体产品的最经济，最安全的运输方式。作为长途运输的一种手段，管道必须满足对安全性，可靠性和效率的高要求。如果维护得当，管道可以无限期持续而不会泄漏。确实发生的最严重的泄漏是附近挖掘设备的损坏造成的，因此至关重要的是在挖掘之前致电当局以确保附近没有地下管线。如果管道维护不当，它可能会开始缓慢腐蚀，特别是在施工缝，湿气积聚的低点或管道有缺陷的位置。但是，这些缺陷可以通过检查工具进行识别，并在缺陷发展为泄漏之前予以纠正。泄漏的其他原因包括事故，土方运动或破坏。

泄漏检测系统（LDS）的主要目的是协助管道控制器检测和定位泄漏。 LDS提供警报并向管道控制器显示其他相关数据，以帮助决策。管道泄漏检测系统也是有益的，因为由于减少了停机时间和减少了检查时间，它们可以提高生产率和系统可靠性。因此，LDS是管道技术的重要方面。

根据API文档“ RP 1130”，LDS分为基于内部的LDS和基于外部的LDS。基于内部的系统利用现场仪表（例如流量，压力或流体温度传感器）来监视内部管道参数。基于外部的系统还利用现场仪器（例如红外辐射计或热像仪，蒸气传感器，声学麦克风或光纤电缆）来监视外部管道参数。

规则

一些国家正式规范管道运营。

API RP 1130“液体的计算管道监控”（美国）

推荐的实践（RP）集中于使用算法方法的LDS的设计，实现，测试和操作。此推荐做法的目的是帮助管道运营商确定与LDS的选择，实施，测试和操作有关的问题。 LDS分为内部和外部两种。基于内部的系统利用现场仪表（例如流量，压力和流体温度）来监控内部管道参数；这些管道参数随后用于推断泄漏。基于外部的系统使用本地专用传感器。

TRFL（德国）

TRFL是“ Technische RegelfürFernleitungsanlagen”（管道系统技术规则）的缩写。 TRFL总结了对管道的要求，这些都是官方法规的主题。它涵盖了运输易燃液体的管道，运输对水有危险的液体的管道以及大多数运输气体的管道。需要五种不同的LDS或LDS功能：

两个独立的LDS，用于在稳定状态下连续检测泄漏。这些系统之一或另外一个系统也必须能够在瞬态操作期间（例如，在管道启动期间）检测泄漏
一个LDS用于在关闭操作期间进行泄漏检测
一个LDS用于解决泄漏问题
一个LDS用于快速定位泄漏

岗位要求

API 1155 （由API RP 1130代替）定义了LDS的以下重要要求：

灵敏度：LDS必须确保泄漏引起的流体损失尽可能小。这对系统提出了两个要求：它必须检测到小的泄漏，并且必须快速检测到它们。
可靠性：用户必须能够信任LDS。这意味着它必须正确报告任何真实警报，但同样重要的是，它不会产生错误警报。
准确性：某些LDS能够计算泄漏流量和泄漏位置。这必须准确地完成。
稳健性：LDS应该在非理想情况下继续运行。例如，在换能器出现故障的情况下，系统应检测到故障并继续运行（可能会做出必要的折衷，例如降低灵敏度）。

稳态和瞬态条件

在稳态条件下，管道中的流量，压力等随时间变化（或多或少）是恒定的。在瞬态条件下，这些变量可能会迅速变化。变化像波一样以流体的声速通过管道传播。例如，如果入口或出口的压力发生变化（即使变化很小），批次发生变化或管道中有多种产品，则例如在启动时管道中会发生瞬态情况。气体管道几乎总是处于瞬态状态，因为气体极易压缩。即使在液体管道中，大部分时间也不能忽略瞬变效应。 LDS应该允许在两种情况下都检测到泄漏，以便在管道的整个运行时间内进行泄漏检测。

内部基于LDS

基于内部的系统利用现场仪表（例如流量，压力和流体温度）来监控内部管道参数；这些管道参数随后用于推断泄漏。基于内部的LDS的系统成本和复杂度适中，因为它们使用现有的现场仪器。这种LDS用于标准安全要求。

压力/流量监控

泄漏会改变管道的液压，因此一段时间后会改变压力或流量读数。因此，仅在一个点上对压力或流量进行本地监视可以提供简单的泄漏检测。由于它是本地完成的，因此原则上不需要遥测。但是，它仅在稳态条件下有用，并且处理天然气管道的能力受到限制。

声压波

声压波法分析发生泄漏时产生的稀疏波。当发生管道壁破裂时，流体或气体以高速射流的形式逸出。这会产生负压波，该负压波会在管道内的两个方向传播，并且可以被检测和分析。该方法的操作原理基于压力波的非常重要的特性，该压力波以管道壁引导的声速在远距离传播。压力波的振幅随着泄漏尺寸的增加而增加。复杂的数学算法可分析来自压力传感器的数据，并能在几秒钟内指出泄漏的位置，其准确度小于50 m（164 ft）。实验数据表明，该方法能够检测直径小于3毫米（0.1英寸）的泄漏并以业内最低的误报率（每年少于1次误报）运行。

但是，该方法无法在初始事件之后检测到正在进行的泄漏：在管道壁破裂（或破裂）之后，初始压力波消退，并且没有后续的压力波产生。因此，如果系统未能检测到泄漏（例如，由于压力波被操作事件（例如泵压变化或阀门切换）引起的瞬态压力波掩盖了，则系统将不会检测到正在进行的泄漏。

平衡方式

这些方法基于质量守恒的原理。在稳态下，质量流量 $\ dot {M} _I$ 进入无泄漏管道将平衡质量流量 $\ dot {M} _O$ 离开它离开管道的质量下降（质量不平衡 $\ dot {M} _I-\ dot {M} _O$ ）表示泄漏。平衡方法测量 $\ dot {M} _I$ 和 $\ dot {M} _O$ 使用流量计并最终计算不平衡量，该不平衡量是未知的真实泄漏流量的估计值。将这种不平衡（通常在多个时间段内进行监控）与泄漏警报阈值进行比较 $\ gamma$ 如果此监视的不平衡状态生成警报。增强的平衡方法还考虑了管道的大量库存的变化率。用于增强的线路平衡技术的名称是体积平衡，修改后的体积平衡和补偿质量平衡。

统计方法

统计LDS使用统计方法（例如，来自决策理论领域的方法）来仅分析一个点的压力/流量或不平衡，以检测泄漏。如果某些统计假设成立，这将导致有机会优化泄漏决策。一种常见的方法是使用假设检验程序

\ text {假设} H_0：\ text {无泄漏}

\ text {假设} H_1：\ text {泄漏}

这是一个经典的检测问题，从统计数据中可以找到各种解决方案。

RTTM方法

RTTM的意思是“实时瞬态模型”。 RTTM LDS使用基本物理定律（例如质量守恒，动量守恒和能量守恒）使用管道内流动的数学模型。 RTTM方法可以看作是平衡方法的增强，因为它们另外使用了动量和能量守恒原理。 RTTM可以借助数学算法实时计算沿管道每个点的质量流量，压力，密度和温度。 RTTM LDS可以轻松模拟管道中的稳态和瞬态流量。使用RTTM技术，可以在稳态和瞬态条件下检测泄漏。使用正常运行的仪器，可以使用可用公式对泄漏率进行功能估算。

E-RTTM方法

E-RTTM代表使用实时技术和统计方法的“扩展实时瞬态模型”。因此，可以在稳态和瞬态情况下以高灵敏度检测泄漏，并且可以使用统计方法避免误报。

对于残差法，RTTM模块计算估算值 $\ hat {\ dot {M}} _ I$ , $\ hat {\ dot {M}} _ O$ 分别用于入口和出口处的MASS FLOW。可以使用以下方法进行测量：压力和入口温度（ $_$ , $T_I$ ）和出口（ $则$ , $至$ ）。将这些估计的质量流量与测量的质量流量进行比较 $\ dot {M} _I$ , $\ dot {M} _O$ ，产生残差 $x = \ dot {M} _I-\ hat {\ dot {M}} _ I$ 和 $y = \ dot {M} _O-\ hat {\ dot {M}} _ O$ 。如果没有泄漏，这些残差接近于零。否则，残差会显示出特征签名。在下一步中，对残差进行泄漏特征分析。该模块通过提取泄漏特征并将其与数据库中的泄漏特征（“指纹”）进行比较来分析其时间行为。如果提取的泄漏签名与指纹匹配，则声明泄漏警报。

基于外部的LDS

基于外部的系统使用本地专用传感器。这种LDS具有很高的灵敏度和准确性，但是系统成本和安装复杂度通常很高。因此，该应用程序仅限于特殊的高风险区域，例如河流或自然保护区附近。

数字式漏油检测电缆

Digital Sense电缆由半渗透性内部导体的编织层组成，该编织层由可渗透的绝缘模制编织层保护。电信号通过内部导体传递，并由电缆连接器内部的内置微处理器进行监控。逃逸的流体穿过外部的可渗透编织物并与内部的半渗透性导体接触。这会导致微处理器检测到的电缆电气特性发生变化。微处理器可以沿其长度将流体定位在1米的分辨率内，并向监视系统或操作员提供适当的信号。传感电缆可以缠绕在管道周围，可以用管道埋入地下，也可以安装成管道安装。

红外辐射管道测试

红外热成像管道测试表明，它在检测和定位地下管道泄漏，腐蚀造成的空隙，管道隔热性能下降以及回填不良方面既准确又有效。当管道泄漏使诸如水之类的流体在管道附近形成羽状流时，该流体的导热系数与干土或回填土不同。这将反映在泄漏位置上方的不同表面温度模式中。高分辨率红外辐射计允许扫描整个区域，并将结果数据显示为具有不同温度区域的图片，这些区域由黑白图像上的不同灰色调或彩色图像上的各种颜色指定。该系统仅测量表面能模式，但是在埋入式管道上方的地面表面上测量的模式可以帮助显示管道泄漏的位置和形成的腐蚀空洞。它可以检测到距地面30米深的问题。

声发射探测器

逃逸的液体通过管道中的孔时会发出声音信号。固定在管道外部的声学传感器会根据处于未损坏状态的管道内部噪声，为管道创建基线声学“指纹”。当发生泄漏时，将检测并分析由此产生的低频声信号。与基线“指纹”的偏差会发出警报。现在，传感器在频段选择，时延范围选择等方面有了更好的安排。这使得图形更加清晰并且易于分析。还有其他检测泄漏的方法。配有滤波器的地面检波器对于查明泄漏位置非常有用。节省了开挖成本。土壤中的水射流撞击土壤或混凝土的内壁。这会产生微弱的噪音。噪声会在表面上逐渐衰减。但是最大的声音只能在泄漏位置上拾取。放大器和滤波器有助于获得清晰的噪声。进入管道的某些类型的气体在离开管道时会发出一定范围的声音。

蒸气感应管

蒸汽感测管泄漏检测方法涉及在管道的整个长度上安装管道。这种电缆形式的管对特定应用中要检测的物质具有很高的渗透性。如果发生泄漏，被测物质会以蒸气，气体或溶于水的形式与管子接触。如果发生泄漏，一些泄漏的物质会扩散到管中。一段时间后，试管内部会产生围绕试管周围物质的准确图像。为了分析传感器管中存在的浓度分布，泵以恒定速度将管中的空气柱推过检测单元。传感器管末端的检测器单元装有气体传感器。气体浓度的每次增加都会导致明显的“泄漏峰”。

光纤泄漏检测

至少有两种光纤泄漏检测方法正在商业化：分布式温度传感（DTS）和分布式声学传感（DAS）。 DTS方法涉及沿着被监视管道的长度安装光缆。发生泄漏时，要测量的物质会与电缆接触，从而改变电缆的温度并改变激光束脉冲的反射，从而发出泄漏信号。通过测量发射激光脉冲与检测到反射之间的时间延迟可以知道位置。仅当物质处于与周围环境不同的温度下才有效。另外，分布式光纤温度感测技术提供了沿管道测量温度的可能性。扫描纤维的整个长度，确定沿纤维的温度曲线，从而进行泄漏检测。

DAS方法包括沿被监视管道的长度方向类似地安装光缆。由物质通过泄漏离开管道引起的振动会改变激光束脉冲的反射，从而发出泄漏信号。通过测量发射激光脉冲与检测到反射之间的时间延迟可以知道位置。该技术也可以与分布式温度传感方法结合使用，以提供管道的温度曲线。