摘要：探讨了管道泄漏检测技术的发展，分析了人工巡检法、SCADA监控法、光纤传感器检测法和负压波检测法，提出了提高管网泄漏检测能力的建议。
关键词：燃气管道；检测；泄漏；定位
Detection and Location Technologies for Gas Pipeline Leakage
ZHANG Weiqin，YAO Shuiun
Abstract：The development of gas pipeline leakage detection technology is discussed.The manual patrol inspection method，SCADA monitoring method，fibre-optical sensor method and negative pressure wave method analyzed.Suggestions for improving network leakage detection capacity are made.
Key words：gas pipeline；detection；leakage；location
1 管道泄漏检测技术的发展[1～4]
随着燃气事业的发展，管道泄漏检测技术得到了不断发展，从最简单的人工分段巡视发展到较为复杂的计算机软硬件结合方法，从陆地检测发展到利用飞机在空中进行检测。
根据不同的分类依据，管道泄漏检测方法有多种分类。根据检测位置不同，可分为管外检测法和管内检测法；根据检测对象不同，可分为直接检测法和间接检测法。
管内检测法比较有代表性的为漏磁检测法，该方法要求传感器与管壁紧密接触，由于焊缝等因素的影响，管壁凸凹不平，有时难以达到要求。
管外检测多用于突发性泄漏，而管内检测适用于检测管道腐蚀状况及微小泄漏。管内检测法多采用磁通、超声波、涡流、录像等技术，检测准确，但只适用于较大管径的管道，易发生堵塞、停运等事故，费用高。
直接检测法是对管道泄漏出的物质进行检测，主要有：直接观察法、泄漏检测电缆法、示踪剂检测法和光纤泄漏检测法，其中基于光纤传感器的光纤泄漏检测法越来越受到人们的重视。
间接检测法是对泄漏时产生的现象进行检测，主要有：负压波法、压力梯度法、实时模型法、质量平衡法、统计决策法、应力波法和声发射法。
2 检测方法
2.1 常用检测方法
① 人工巡检法
人工巡检法是目前最常用的一种检测方法，一般由巡检人员带着GPS定位器和一些简便的巡检设备沿管道逐段巡检，主要是通过人观察管道是否存在泄漏点。这种方法直观简单，设备费用小，但耗费人力，主观性强，不适用于管道实时监控，只能发现一些较大的泄漏及地面上的破坏性作业。目前人工巡检法已部分被自动监控系统所取代。
② SCADA监控法
该方法通过在调压箱和计量箱处加装压力及温度传感器，并通过SCADA系统进行实时监测，通过压力的变化判断是否存在泄漏点。这种方法虽然可进行实时监控，但往往需要人工巡检法作为辅助，容易发生错误判断，且往往无法判断泄漏点的位置。
使用人工巡检法与SCADA监控法相结合的方式来监测管网耗费人力，且不能真正做到实时准确地监测，所以需要寻找新的方法来解决这个问题。
2.2 新检测方法
2.2.1光纤传感器检测法
① 概述[5]
光纤光栅传感器属于光纤传感器的一种。光纤光栅传感技术已在建筑、海洋石油平台、油田及航空、大坝等工程进行了实时安全、温度及应变监测。光纤光栅传感器可广泛地测量温度、应力、应变、压力、电流、流量、电磁场、振动等参量，还可实现准分布式传感测量网络。光纤传感器种类繁多，能以高分辨率测量许多物理参量，与传统的机电类传感器相比具有很多优势，如：本质防爆、抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、灵活方便等，因此其应用范围非常广泛，特别适用于恶劣环境中。
光纤光栅传感器除了具有普通光纤传感器的许多优点外，最重要的就是它的传感信号为波长调制。这一传感机制的好处在于：a.测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响；b.避免了一般干涉型传感器中相位测量的不清晰和对固有参考点的需要；c.能方便地使用波分复用技术在一根光纤中串接多个光栅进行分布式测量。另外，光纤光栅很容易埋入材料中对其内部的应变和温度进行高分辨率和大范围测量。
② 原理[6]
光纤传感器主要由光源、光纤与探测器3部分组成。光源发出的光耦合进光纤，经光纤进入调制区，调制区内的光信号受外界被测参量的作用，其光学性质如光的强度、相位、频率、偏振态、波长等发生变化。再经过光纤进入光探测器，从而获得被测参量。
③ 光纤传感器的实际应用[7]
永久连续的井下传感有利于油田的管理、优化和发展，目前只有少数油田使用了永久连续井下油田监控系统，而且主要是电传感器，高温操作和长期稳定性的要求限制了电传感器的使用。光纤光栅传感器因其具有抗电磁干扰、耐高温、长期稳定并且抗高辐射等优点，非常适合于井下传感，挪威相关学者正在开发用于永久井下测量的光纤光栅温度和压力传感器。有研究者在海上钻井平台的复合材料索链中安装光纤光栅传感器，用来测试索链棒的强度和疲劳度。美国和英国都在将光纤光栅传感技术用于海洋石油平台的结构监测。
自我国在新疆石门子水库首次利用分布式光纤监测技术测量碾压硅拱坝温度以来，至今已有多个工程应用实例。水电水利工程中有许多物理场需要监测，如温度场、应力场、位移场、渗流场等。以往采用单点监测方法，测点少，结果不直观，需要通过分析才能最终了解场的情况，这种传统的单点监测方法不仅费工、费时、费资金，而且效果不理想。而采用分布式光纤监测技术可以准确地测定光纤沿线任一点的温度、应力和位移，信息量大，结果直观。如果将光纤按一定的网络敷设，可实现对大坝安全的全方位监测，可以克服传统单点监测方法容易漏测和渗流难以定位的弊端，极大提高安全监测的有效性。分布式光纤监测技术是当代高科技的结晶，是一种理想的大坝安全监测系统。分布式光纤监测技术还广泛应用于石油天然气行业的石油、天然气输送管道或储罐泄漏监测，油库、油管、油罐的温度监测及故障点检测，大型民用工程的结构安全监测，公路、地铁隧道行业的火灾监测和报警等。如果应用于天然气管网，以大庆地区为例，中压管网约177km，用光纤传感器的平均费用为8×104元/km，则大庆地区天然气管网的光纤传感器总费用为1416×104元。
2.2.2负压波检测法[8]
当燃气管道泄漏时，沿管道传播的负压波中包含泄漏信息，负压波能够传播至几十千米以外的远端。在管道两端安装压力变送器，能够捕捉到包含泄漏信息的负压波，因此可以检测泄漏的发生，并根据泄漏产生的负压波传播到管道两端的时间差进行泄漏点定位。
负压波检测法是目前国际上应用较多的管道泄漏检测和泄漏点定位方法。清华大学与中国石油天然气东北输油管理局在铁秦管道的新民至黑山站间，天津大学和新乡输油公司在中洛管道濮阳至滑县站间均采用了负压波法的泄漏实时监测系统[9]。
2.3 新检测方法应用前景
传感器检测法与负压波检测法均是采用在管道或管道接头处安装相关传感器的方式来实现对管内或管外情况的监测。在燃气管网的应用中，需要根据管道的长度加装传感器以及发射器，同时在各个调压箱或阀门井处加装控制器。报警信息接入SCADA系统，操作人员根据报警定位信息进行处理，及时采取措施。新检测方法的工作流程见图1。
3 建议
① 管道的泄漏及多点泄漏检测和定位是研究的重点和难点，如何改进现有技术手段或结合其他新方法来解决这一问题，是今后研究的主要方向。
② 在采用传感器时，应针对传感器类型以及传感器发射和接收信号的方式做进一步研究。
③ 将SCADA系统联合其他检测软件系统进行使用，提高SCADA系统在运行中的效率。
参考文献：
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[2] 李军，徐永生，玉建军.燃气管道泄漏检测新技术[J].煤气与热力，2007，27(7)：56-59.
[3] 曹琳，赵金辉，谭羽非.泄漏检测及定位方法在燃气管网应用的可行性[J].煤气与热力，2008，28(1)：B51-B54.
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[5] 姜德生，何伟.光纤光栅传感器的应用概况[J].光电子·激光，2002，1(4)：420-430.
[6] 华义祥，李安虎.光纤传感器及其在流量测控中的应用[J].通用机械，2005(3)：54-57.
[7] 纪圣勇，赵东劲.光纤传感器应用研究[J].鸡西大学学报，2006，6(4)：62-64.
[8] 周伟.输气管道泄漏定位研究(硕士学位论文)[D].南充：西南石油学院，2005：20-23.
[9] 夏海波，张来斌，王朝辉.国内外油气管道泄漏检测技术的发展现状[J].油气储运，2001，20(1)：1-5.
(本文作者：张维勤 姚树军 中石油昆仑燃气有限公司大庆燃气公司 黑龙江大庆 163453)
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