第一篇：油氣管道腐蝕檢測技術與防腐措施初探

油氣管道腐蝕檢測技術與防腐措施初探

摘 要：天然氣與石油資源是一種不可再生能源，在對其進行利用時，通常采取管道運輸?shù)姆绞健９艿肋\輸具有明顯的優(yōu)勢：成本低、效率高，目前，已經(jīng)成為油氣輸送的主要形式。但管道運輸受到外界因素和內部因素的雙重影響，很容易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。本文主要對油氣管道腐蝕的類型和機理進行分析，從而提出油氣管道腐蝕檢測技術和防腐措施，希望減少油氣管道的腐蝕現(xiàn)象。

關鍵詞：油氣管道；腐蝕檢測技術；防腐措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.013

隨著油氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，油氣管道輸送成為了主要的運輸方式。但是在運輸過程中，腐蝕現(xiàn)象相對嚴重，這阻礙了油氣管道的使用，甚至會引發(fā)安全問題。油氣管道腐蝕的直接結果是造成油氣泄露，由油氣泄露引發(fā)的事故的比重較大。為了降低事故的發(fā)生率，應該采取防腐措施，并結合油氣管道腐蝕檢測技術，對油氣管道進行綜合評價。油氣管道腐蝕是油氣企業(yè)的重點關注問題，也是石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展的難題，因此，需要加大人力、財力、精力，不斷對其進行探究，以期解決腐蝕問題。油氣管道腐蝕的類型和機理

（1）腐蝕類型。經(jīng)過調查顯示，我國的油氣管道的平均使用壽命是有限的，一旦超出期限，便會出現(xiàn)腐蝕等一系列現(xiàn)象。對于油氣管道腐蝕來說，它與油氣管道的材質息息相關，發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的本質是油氣管道中的某些成分與空氣中的元素相互作用而產(chǎn)生的結果。管道腐蝕可分為不同的類型，本文主要以下幾種進行探討：氧氣腐蝕，管道的鐵與空氣中的氧氣和水發(fā)生氧化作用；H2S腐?g，它是一種弱酸，在酸性條件下，管道很容易發(fā)生腐蝕；土壤腐蝕，由于油氣管道深埋于地下，長時間受到土壤環(huán)境的制約。

（2）腐蝕機理。管道腐蝕的類型與它的腐蝕機理息息相關，一般來說，造成油氣管道腐蝕的主要原因是油氣管道與周圍的環(huán)境發(fā)生了某種反應。另外，如果管理不當，也會出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。在進行管道設計時，如果存在質量問題或者未能滿足相關標準，在投入使用過程中，會出現(xiàn)嚴重的問題。油氣管道的材質也是產(chǎn)生腐蝕的原因之一，如果油氣管道存在著較多的非金屬成分，會通過化學反應產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。與此同時，外界因素如溫度、水分達到一定的程度時，會為油氣管道腐蝕提供動力。此外，在對管道進行鋪設的過程中，如果不能平衡與環(huán)境的關系，將會嚴重影響油氣管道的使用。油氣管道腐蝕的檢測技術分析

2.1 外防腐層檢測技術

外防腐層檢測是腐蝕檢測的關鍵，外防腐層檢測技術的服務對象是油氣管道的外防腐層，通過檢測，能夠直觀的體現(xiàn)出油氣管道的腐蝕情況。外防腐層檢測技術包括多種，本文主要對較為常用的幾種進行分析：一，電位梯度法，它主要以信號為載體，一旦發(fā)生破損，將會在管道周圍形成電源電場，從而確定其位置。它便于操作、可行性和準確度高。二，磁場分布法，這種方法容易受外界因素的干擾，會受到管道的埋藏深度的限制，且測量相對不精確。三，等效電流梯度法，通過增加電流、對比等效電流值進行檢測，這種方法的主要缺陷就是很難確定具體的腐蝕部位。四，多頻管中電流法（PCM），該方法通過對于狡辯電流梯度法的利用，在管道和大地之間施加某一個頻率的正弦電壓，并且向待檢測的管道發(fā)射檢測信號電流，然后通過管道上方地面的磁場強度來對于管中電流的變化加以換算，對于管道支線位置和破損缺陷有效地加以判斷。

2.2 管體檢測技術

管體的檢測技術能夠直接判斷腐蝕情況，一般來說，油氣管道深埋于地下，要想對管體進行檢測，需要首先明確管體的檢測技術。管體檢測技術包括三大類：直接檢測、內檢測、不開挖檢測。其中，最為常用的便是直接檢測法。直接檢測法雖然具有一定的缺陷，但實用性較高。目視法、滲透法的操作性較強、方便，但卻受到精確度的限制；而漏磁法雖然能夠保證精確度，但不適用于大面積的管道檢測。管體檢測技術相對較多，在實際檢測中，應該根據(jù)實際情況選擇最優(yōu)的檢測技術，以提高效率和準確度。

2.3 泄露檢測技術

泄露是油氣管道腐蝕中最為嚴重的問題，因此，泄露檢測技術必不可少。現(xiàn)階段，泄露檢測技術已經(jīng)成為油氣企業(yè)和管道制造企業(yè)關注的重點，經(jīng)過長期的研發(fā)和調試，檢測技術相對成熟，但缺乏一定的標準。直接觀察法、電纜法、電流梯度法是最為常用、有效的幾種方法。油氣管道的防腐措施

3.1 合理選擇管道材質

一般來說，管道的材料由鋼材組成，在油氣輸送過程中，會與空氣、油氣中某些成分發(fā)生作用，從而影響管道的質量和運輸效率。因此，應該選擇合理的管道材質。玻璃鋼、塑料的性能相對穩(wěn)定，且具有環(huán)保性。但這兩種材質仍然存在一定的缺陷，需要相關人員不斷探究，以獲取性能穩(wěn)定、承載力強的新型材料。

3.2 防腐涂層

防腐涂層能夠阻止管道的氧化，也是最為有效的防腐措施。防腐涂層主要對油氣管道起到保護作用，通常所用的防腐涂層包括以下幾種：聚乙烯、非金屬、納米材料。它們的原理相同，都是在管道內、外部位涂不同材質的防腐層，從而阻止油氣管道與外界因素和油氣的接觸，從根本上降低腐蝕現(xiàn)象。

3.3 電化學防腐

管道中產(chǎn)生電流是造成電腐蝕的主要原因，電化學防腐主要是對電流的電勢進行改變，從而阻止管道腐蝕的發(fā)生。電化學防腐技術主要通過電極對管道進行保護，降低管道端的電子流動，從而實現(xiàn)防腐的目的。總結

油氣管道腐蝕檢測技術需要以電子技術為基礎，它是油氣管道評價的主要依據(jù)，通過油氣管道腐蝕檢測技術，能夠確定油氣管道的腐蝕位置和程度，便于后期的維護和養(yǎng)護。油氣管道檢測技術的應用大大提高了油氣管道運輸?shù)男省Ｄ壳埃蜌夤艿栏g檢測技術仍然在不斷發(fā)展，但在檢測過程中，仍然會受到相關因素的限制，很大程度地制約了檢測技術的應用，因此，需要從多個方面采取防腐措施，以延長油氣管道的使用壽命。

參考文獻：

[1]譚文捷，郭惠.油氣管道腐蝕檢測技術研究與應用[J].山東化工，2015，44（02）：98-100.[2]趙鑫.油氣管道腐蝕的檢測與修復技術[J].煉油與化工，2015（01）：32-34，35.[3]史博，王彥，孫煊等.油氣管道腐蝕檢測及剩余壽命預測[J].山東工業(yè)技術，2015（19）：4.

第二篇：油氣管道腐蝕檢測

油氣管道腐蝕的檢測

摘要:油氣管道運輸中的泄漏事故，不僅損失油氣和污染環(huán)境，還有可能帶來重大的人身傷亡。近些年來，管道泄漏事故頻繁發(fā)生，為保障管道安全運行和將泄漏事故造成的危害減少到最小，需要研究泄漏檢測技術以獲得更高的泄漏檢測靈敏度和更準確的泄漏點定位精度。本文介紹幾種檢測方法并針對具體情況進行具體分析。

關鍵字：腐蝕檢測

渦流

漏磁

超聲波 引言：

在油氣管道運輸中管道損壞導致的泄漏事故不僅浪費了石油和天然氣，而且泄露的有毒氣體不僅污染環(huán)境，而且對人和動物造成重大的傷害，因此直接有效的檢測技術是十分必要的，油氣管道檢測是直接利用儀器對管壁進行測試，國內外主要以超聲波、漏磁和禍流等領域的發(fā)展為代表。[1]

1、渦流檢測

電渦流效應的產(chǎn)生機理是電磁感應.電渦流是垂直于磁力線平面的封閉的 旋渦!狀感應電流, 與激勵線圈平面平行, 且范圍局限于感應磁場所能涉及的區(qū) 域.電渦流的透射深度見圖1, 電渦流集中在靠近激勵線圈的金屬表面, 其強度隨透射深度的增加而呈指數(shù)衰減, 此即所謂的趨膚效應.[1]

電渦流檢測金屬表面裂紋的原理是: 檢測線圈所產(chǎn)生的磁場在金屬中產(chǎn)生電渦流, 電渦流的強度與相位將影響線圈的負載情況, 進而影響線圈的阻抗.如果表面存在裂紋, 則會切斷或降低電渦流, 即增大電渦流的阻抗, 降低線圈負載.通過檢測線圈兩端的電壓, 即可檢測到材料中的損傷.電渦流檢測裂紋原理見圖2.[2]

渦流檢測是一種無損檢測方法，它適用于導電材料。渦流檢測系統(tǒng)適應于核電廠、煉油廠、石化廠、化學工廠、海洋石油行業(yè)、油氣管道、食品飲料加工廠、酒廠、通風系統(tǒng)檢查、市政工程、鋼鐵治煉廠、航空航天工業(yè)、造船廠、警察/軍隊、發(fā)電廠等各方面的需求.[2] 渦流檢測的優(yōu)點為:1.對導電材料和表面缺陷的檢測靈敏度較高;2.檢測結果以電信號輸出，可以進行白動化檢測;3.渦流檢測儀器重量輕，操作輕便、簡單;4.采用雙頻技術可區(qū)分上下表面的缺陷:5.不需要禍合介質，非接觸檢測;6.可以白動對準_!:件探傷;7.應用范圍廣，可檢測非鐵磁性材料。

渦流檢測的缺點為:1.只適用于檢測導電材料;2.受集膚效應影響，探傷深度與檢測靈敏度相矛盾，不易兩全:3.穿過式線圈不能判斷缺陷在管道圓周上所處的具體位置;4.要有參考標準才能進行檢測:5.難以判斷缺陷的種類。[1]

2、超聲波檢測

超聲波檢測的基本原理基本原理見圖3所示。

垂直于管道壁的超聲波探頭對管道壁發(fā)出一組超聲波脈沖后，探頭首先接收到由管道壁內表面反射的回波(前波)，隨后接收到由管道壁缺陷或管道壁外表面反射的回波(缺陷波或底波)。于是，探頭至管道壁內表面的距離A與管道壁厚度T可以通過前波時間以及前波和缺陷波(或底波)的時間差來確定：

式中，為第一次反射回波(前波)時間，為第二次反射回波(底波或缺陷波)時間，為超聲波在介質中的聲速、為超聲波在管道中的聲速。[3] 不過，僅僅根據(jù)管道壁厚度T曲線尚無法判別管道屬內壁缺陷還是外壁缺陷，還需要根據(jù)探頭至管道壁內表面的距離A曲線來判別。當外壁腐蝕減薄時，距離A曲線不變；而當內壁腐蝕減薄時，距離A曲線與壁厚T曲線呈反對稱。于是，根據(jù)距離A和壁厚T兩條曲線，即可確定管道壁缺陷，并判別管道是內壁腐蝕減薄缺陷還是外壁腐蝕減薄缺陷。[3] 超聲波檢測是通過超聲傳感器將高頻聲波射入被檢管道內，如果其內部有缺陷，則一部分入射的超聲波在缺陷處被反射回來，再利用傳感器將反射同來的信號接收，可以檢出缺陷的位置和大小。超聲檢測的常用頻率范圍為0.5一10MHz。

管道腐蝕缺陷深度和位置的直接檢測方法，是利用超聲波的脈沖反射原理來測量管壁腐蝕后的厚度，對管道材料的敏感性小，檢測時不受管道材料雜質的影響，超聲波法的檢測數(shù)據(jù)簡單準確，能夠檢測出管道的應力腐蝕破裂和管壁內的缺陷。適用于大直徑、厚管壁管道的檢查。超聲波檢測具有檢測成本低，現(xiàn)場使用方便，特別適用于檢驗厚度較大的管道。[4] 超聲檢測作為一種成熟的無損檢測技術有著它白己的優(yōu)點，但還存在以下幾個方面的不足:1.必須去除表面涂層，或者對表面進行打磨處理，增加了勞動強度;2.管材為圓柱曲面，容易造成禍合不良，檢測速度慢、時間一長:3.有一定的近場盲區(qū)，易造成漏檢:4.檢測結果帶有土觀因素，并與操作人員有關:5.腐蝕坑底或腐蝕表面對聲波散射嚴重，造成回波信號降低;6.不適合在氣管線和含蠟高的油管線進行檢測，具有一定局限性;7.內、外壁回波難以判斷，容易發(fā)生誤判。

3、漏磁檢測

最適合油管探傷檢驗的方法是漏磁法, 國內油田現(xiàn)用的舊油管修復檢測線80%，[5]以上都采用了漏磁探傷方法 漏磁檢測是以自動化為目的發(fā)展起來的一種自動無損檢測技術，國外己經(jīng)得到廣泛應用。漏磁檢測的基本原理是建立在鐵磁性材料的高磁導率特性之上的。鐵磁性材料的磁導率遠大于其它非鐵磁性介質(如空氣)的磁導率。當用磁場作用于被測對象并采用適當?shù)拇怕穼⒋艌黾杏诓牧暇植繒r，一旦材料表面存在缺陷，缺陷附近將有一部分磁場外泄出來。用傳感器檢測這一外泄漏磁場可以確定有無缺陷，進而可以評價缺陷的形狀尺寸。

鋼管缺陷瀚磁檢測原理是鋼管被永久磁鐵磁化后，當鋼管中無缺陷時，磁力線絕大部分通過鋼管，見圖:當管壁變薄，管內、外壁局部被磨損，有腐蝕坑、凹坑、通孔等缺陷時，鋼管缺陷處的磁阻變大，聚集在管壁的部分磁通向外擴張，磁力線發(fā)生彎曲井且有一部分磁力線泄翻出鋼管表面，利用磁感應元件(霍爾元件)在鋼管表面相對切割磁力線產(chǎn)生感應電信號，通過對感應電信號的特征提取來對缺陷進行定性和定量分析。[6]

真實的缺陷具有比模擬缺陷復雜得多的兒何形狀，況且它們千差萬別地存在于不同的_1洲沖，要計算其漏磁場是很難的。在檢測中，要使它們的漏磁場達到足以形成明確顯示的程度是很有意義的，這里，必須考慮影響缺陷漏磁場強弱的各種因素。影響缺陷漏磁場的因素主要米口卜列三個方面。（1）磁化場對漏磁場的影響

l)當磁化程度較低時，漏磁場偏小，且增加緩慢;2)當磁感應強度達到飽和值的80%左右時，漏磁場不僅幅值較大，而且隨著磁化場的增加會迅速增大;3)漏磁場及其分量與鋼管表面的磁感應強度大小成正比;4)漏磁場及其分量與磁化場方向和缺陷側壁外法向矢量之間的夾角余弦成正比。

（2）缺陷方向、大小和位置對漏磁場的影響 l)缺陷與磁化場方向垂直時，漏磁場最強: 2)缺陷與磁化場方向平行時，粼磁場兒乎為零;3)缺陷在l:件表面的漏磁場最人，隨著離開表面中心水平距離的增加漏磁場迅速減小;4)缺陷深度較小時，隨著深度的增加漏磁場增加較快，當深度增大到一定值后漏磁場增加緩慢;5)缺陷信號的幅值與缺陷寬度對應，缺陷長度對翻磁信號兒乎沒有影響;6)缺陷寬度相同時，隨深度的增加，漏磁場隨之增人;（3）工件材質及工況對漏磁場的影響

鋼材的磁特性是隨其合金成分(尤其是含碳壇)、熱處理狀態(tài)而變化的，相同的磁化強度、相同的缺陷對不同的磁性材料，缺陷漏磁場不一樣，土要表現(xiàn)為以下二點:(l)對于兒何形狀不同的被測物體，如果表面的磁性場相同而被測物體磁性不同，則缺陷處的漏磁場不同，磁導率低的材料漏磁場小:(2)被測材料相同，如果熱處理狀態(tài)不同，則磁導率不一樣，缺陷處的漏磁場也不同;(3)當l:件表面有覆蓋層(涂層、鍍層)時，隨著覆蓋層厚度的增加，漏磁場將減弱。[1] 同樣漏磁檢測也存在它自己的特點。漏磁檢測的優(yōu)點是1.適用于檢測中小型管道;2.不需要禍合，檢測速度快，效率高:3.檢測靈敏度高，可靠性好;4.可對缺陷進行量化處理:5.同磁粉相比便于操作，改善_l:作環(huán)境適合于對壁減和腐蝕坑等形式的缺陷普卉，檢測效果突出;6.易于實現(xiàn)白動化。除此之外漏磁檢測也有它的缺點，漏磁檢測的缺點是:1.材料只適用于鐵磁性金屬材料，不適用I幾1卜鐵磁性金屬;2.被檢管道不能太厚，否則容易出現(xiàn)虛假數(shù)據(jù):3.很難判斷缺陷是在上表面還是在下表面:4.儀器重量比較人。

實例： 新疆某油田某天然氣管線始于西氣東輸一線主力氣田, 管徑為 1 016 mm, 管線全長約160 km。鑒于管道完整性管理要求, 油田特委托ROSEN 公司對該管線進行了基于漏磁通原理的管道金屬損失的內檢測工作, 其完整的內檢測過程主要包括以下幾個步驟。

1）管道機械清洗 機械清管的主要目的是清出管內的污物、障礙物、沉積雜質和管壁結蠟, 最大程度地保證內檢測效果的準確性。

2）管道變徑檢測 管道變徑檢測是對管道的通過性能(最小通過直徑)進行測試, 其檢測結果用于判斷管道能否進行下一步的幾何檢測和漏磁檢測。3）電子幾何清管器的內幾何檢測(EGP)電子內幾何檢測是對管道內的管段、設備進行檢測并模擬漏磁通檢測的一項檢測內容, 用以推論這條管線沒有影響ROSEN 公司CDP 檢測的主要障礙。4）漏磁通金屬損失檢測(CDP)（1）設置定標點 由于內檢測器的里程輪在如此長距離的管線中行走, 由于打滑或者彎頭的影響, 很容易導致累積誤差, 導致以后找?guī)缀稳毕蔹c出現(xiàn)困難。為了便于以后對此次漏磁檢測工程中檢測出來的缺陷點進行開挖驗證或是進行維修補強, 必須在管線的沿途對行走距離進行修正。此次檢測共設置了21 個BM5 型跟蹤器和30 個BM7 型定標點。平均每隔5.32 km設置一個定標點對內檢測器在管線的行走距離進行修正。

（2)漏磁通金屬損失檢測 5）數(shù)據(jù)處理及最終報告 6）最終評價。[4] 除了這三種最常用的檢測技術之外還有磁粉檢測、滲透檢測、射線檢測等檢測方法。下面對這幾種方法進行簡單的介紹。

4、磁粉檢測

磁粉檢測方法是美國人霍克(HOKE)1922年提出的口磁粉法是檢測鐵磁性材料表面或近表面的裂紋、折疊、夾渣等缺陷，并能確定缺陷位置和人小的一種簡單易行的方法。檢測時先將管道被檢部分磁化，在被檢測部位及周圍產(chǎn)生磁場。如果有缺陷，缺陷處磁阻比材料本身磁阻大得多，因此在缺陷處磁力線會產(chǎn)生彎曲繞行現(xiàn)象。當缺陷位于管道表面或近表面時，一部分磁力線繞過缺陷暴露在空氣中，產(chǎn)生所謂的漏磁現(xiàn)象。在管道表面撒上鐵磁粉或涂上磁粉混濁液，則缺陷處的漏磁場會吸住部分磁粉而把缺陷顯現(xiàn)出來。

磁粉檢測所需的設備簡單，操作方便，迅速可靠，對表面缺陷檢測靈敏度高，缺陷較直觀，成本低。但缺陷的顯現(xiàn)程度與缺陷同磁力線的相對位置有關，當缺陷與磁力線垂直時顯現(xiàn)得最清楚，當缺陷與磁力線平行時則不易顯現(xiàn)出來。只能檢測出缺陷的位置和在表面方向上的長度，不能檢測出缺陷深度，檢測靈敏度隨缺陷深度而下降。

磁粉檢測作為一種成熟的無損檢測技術，土要應川在焊縫和l;件表面或近表面裂紋檢測。因為管道土要缺陷形式是壁減和腐蝕坑，如果應用磁粉檢測會增人勞動強度，工作環(huán)境惡劣，檢測效果并不是很好，所以磁粉檢測不適用于管道腐蝕的檢測工作。[7] 5滲透檢測

滲透檢測是探杏物體表面開口缺陷的一種方法，物體可以是鐵或非鐵磁性金屬材料以及非金屬材料[8]。方法是先將滲透劑滲入缺陷，在施加顯像劑以后，由I.表面上形成顯像膜，缺陷中的滲透劑就通過毛細作用被吸出至材料表面。從缺陷滲出的滲透劑以跡象的形式顯示出缺陷，并比實際缺陷大，易于發(fā)現(xiàn)，肉眼就能看出材料的缺陷。

滲透探傷的優(yōu)點有設備、材料簡單;對表面缺陷可靠性高。而滲透檢測存在的不足之處是對表面清潔度要求高;難以確定缺陷深度;受操作人員的影響大等。[1]

6、射線檢測

射線實時成像檢驗技術是隨著成像物體的變動圖像迅速改變的電子學成像方法，和膠片射線照相檢驗技術兒乎是同時發(fā)展的。早期的射線實時成像檢驗系統(tǒng)是X射線熒光檢驗系統(tǒng)，采用熒光屏將X射線照相的強度轉化為可見光圖像[9]。對管道進行放射線檢杳的方法是:利用放射線檢杏管道，計量壁厚腐蝕深度，管道截面部位的壁厚通過照片上的尺寸計舉，通過擴人率算出實際壁厚。實際上利用這種方法只能計暈管道截面部位的壁厚，它不能計景截面以外的平面部位的壁厚，最主要的是射線的散射不容易控制，容易發(fā)生泄漏[10]。

7、工業(yè)CT檢測

CT技術始于20世紀70年代，首先是在醫(yī)療診斷領域中的成功應用，隨后推廣到無損檢測和其他領域。日前在一l二業(yè)CT方面發(fā)展最快的是X射線和丫射線。在管道檢測方面，20世紀80年代初，前蘇聯(lián)就采用cT技術檢測功210mm鋁管。[11] CT成像法可顯示管道內部的剖面圖像，優(yōu)點是對腐蝕和堵塞結果明顯，而且還可定量顯示腐蝕后的壁厚和結垢的堵塞率，是一種理想的檢測方法，但是普通的CT成像裝置用大電流、高功率的強X射線源，用兒百個檢測器組成陣列，在兒百個方向上取投影數(shù)據(jù)，設備人而笨，成本太高[12] 結束語：

本文對現(xiàn)有的油氣管道腐蝕的檢測技術進行了簡單的介紹，隨著科學技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)有的檢測技術將不斷得到改善，同時也會有新的檢測技術出現(xiàn)，石油氣因為腐蝕而泄漏的事故也會不斷減少。參考文獻

[1]王亞東 鋼管漏磁檢測技術的研究 碩士研究生學位論文；

[2]陳曉雷 王秀琳 基于渦流技術的檢測系統(tǒng)設計 鄭州輕工業(yè)學院學報(自然科學版)；

[3]鐘家維 沈建新 賀志剛 喻西崇 管道內腐蝕檢測新技術和新方法； [4]張偉 蔡青青 張磊 張勇 周衛(wèi)軍 漏磁檢測技術在新疆某油田的應用 [5]權高軍 漏磁檢測技術在油管修復中的應用 [6]基于小波分析的輸油管道泄漏檢測方法研究 [7]穿越河流輸油管道的安全性評估 [8]馬銘剛，程望琦，王怡之，等.無損檢測.第一版.北京:石油工業(yè)出版社，1986.1一4 [9]鄭世才.射線實時成像檢驗技術.無損檢測，2000，22(7):328 [10]李艷芝，李景輝.利用圖像片判斷管道腐蝕深度的方法—可以在現(xiàn)場使用的檢卉判斷技術.焊管，2003，23(2):57~59 [11]陳金根.CT技術與無損檢測.無損檢測，1991，13(4):91一95 [12]顧本立，李虹.在役管道CT檢測儀.無損檢測，2001，23(l):23~24

第三篇：油氣管道無損檢測技術

油氣儲運前言知識講座

油氣管道無損檢測技術

管道作為大量輸送石油、氣體等能源的安全經(jīng)濟的運輸手段,在世界各地得到了廣泛應用,為了保障油氣管道安全運行,延長使用壽命,應對其定期進行檢測,以便發(fā)現(xiàn)問題,采取措施。

一、管道元件的無損檢測

（一）管道用鋼管的檢測

埋地管道用管材包括無縫鋼管和焊接鋼管。對于無縫鋼管采用液浸法或接觸法超聲波檢測主要來發(fā)現(xiàn)縱向缺陷。液浸法使用線聚焦或點聚焦探頭,接觸法使用與鋼管表面吻合良好的斜探頭或聚焦斜探頭。所有類型的金屬管材都可采用渦流方法來檢測它們的表面和近表面缺陷。對于焊接鋼管，焊縫采用射線抽查或100 %檢測，對于100 %檢測，通常采用X射線實時成像檢測技術。

（二）管道用螺栓件

對于直徑> 50 mm 的鋼螺栓件需采用超聲來檢測螺栓桿內存在的冶金缺陷。超聲檢測采用單晶直探頭或雙晶直探頭的縱波檢測方法。

二、管道施工過程中的無損檢測

（一）各種無損檢測方法在焊管生產(chǎn)中的配置

國外在生產(chǎn)中常規(guī)的主要無損檢測配置如下圖一中的A、B、C、E、F、G、H工序。我國目前生產(chǎn)中的檢測配置主要崗位如下圖中的A、C、D、E、F、G、H工序。

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圖一 大口徑埋弧焊街鋼管生產(chǎn)無損檢測崗位配置

（二）超聲檢測

全自動超聲檢測技術目前在國外已被大量應用于長輸管線的環(huán)焊縫檢測，與傳統(tǒng)手動超聲檢測和射線檢測相比，其在檢測速度、缺陷定量準確性、減少環(huán)境污染和降低作業(yè)強度等方面有著明顯的優(yōu)越性。

全自動相控陣超聲檢測系統(tǒng)采用區(qū)域劃分方法，將焊縫分成垂直方向上的若干個區(qū)，再由電子系統(tǒng)控制相控陣探頭對其進行分區(qū)掃查，檢測結果以雙門帶狀圖的形式顯示，再輔以TOFD(衍射時差法)和B掃描功能，對焊縫內部存在的缺陷進行分析和判斷。

全自動超聲波現(xiàn)場檢測時情況復雜，尤其是軌道位置安放的精確度、試塊的校準效果、現(xiàn)場掃查溫度等因素會對檢測結果產(chǎn)生強烈的影響，因此對檢測結果的評判需要對多方面情況進行綜合考慮，收集各種信息，才能減少失誤。

（三）射線檢測

射線檢測一般使用X 射線周向曝光機或γ射線源，用管道內爬行器將射線源送入管道內部環(huán)焊縫的位置，從外部采用膠片一次曝光，但膠片處理和評價需要較長的時間，往往影響管道施工的進度，因此，近年來國內外均開發(fā)出專門用于管道環(huán)焊縫檢測的X 射線實時成像檢測設備。

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圖二 管道環(huán)焊縫自動掃描X射線實時成像系統(tǒng)

圖二為美國Envision公司生產(chǎn)的管道環(huán)焊縫自動掃描X射線實時成像系統(tǒng)，該設備采用目前最先進的CMOS成像技術，用該設備完成Φ 609mm(24 in)管線連接焊縫的整周高精度掃描只需1～2 min，掃描寬度可達75 mm，該設備圖像分辨率可達80μm，達到和超過一般的膠片成像系統(tǒng)。

（四）磁粉檢測

磁粉檢測的基礎是缺陷處漏磁場與磁粉的磁相互作用。鐵磁性材料或工件被磁化后，由于不連續(xù)性的存在，使工件表面或近表面的磁力線發(fā)生局部畸變而產(chǎn)生漏磁場，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合適光照下目視可見的磁痕，從而顯示出不連續(xù)性的位置、形狀和大小。

國內很少對焊管坡口面進行磁粉檢測。國外使用的自動檢測系統(tǒng)，主要采用熒光磁懸液濕法檢測。自動磁粉檢測設備采用磁化線圈在鋼管壁厚方向對坡口面局部磁化，同時在坡口表面噴灑熒光磁懸液，憑借在該部位裝置的高分辨率攝像系統(tǒng)，將磁化、磁懸液噴灑區(qū)域的影像傳輸在旁邊的監(jiān)視屏上，操作人員監(jiān)視屏幕，就可以及時發(fā)現(xiàn)磁痕影像，找出缺陷。

磁粉檢測適用于檢測鐵磁性材料表面和近表面的缺陷，因此對于奧氏體不銹鋼和有色金屬等非鐵磁性材料不能用磁粉檢測的方法進行探傷。由

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于馬氏體不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼具有磁性，因此可以進行磁粉檢測。磁粉檢測可以發(fā)現(xiàn)表面和近表面的裂紋、夾雜、氣孔、未熔合、未焊透等缺陷，但難以發(fā)現(xiàn)表面淺而寬的凹坑、埋藏較深的缺陷及與工件表面夾角極小的分層。

三、鋼質管道管體無損檢測技術

鋼質管道管體的無損檢測，主要就是管體的完整性（如剩余壁厚、管道缺陷、表面腐蝕形態(tài)、腐蝕產(chǎn)物類型、腐蝕深度等）檢測。表一列出了目前常用的管道檢測技術及其檢測內容。

表一 管道檢測技術分類

（一）彈性波檢測技術

彈性波檢測是利用管道泄漏引起的管道內壓力波的變化來進行診斷定位，一般可分為聲波、負壓力波和壓力波三種。其主要工作原理是利用安置好的傳感器來檢測管道泄漏時產(chǎn)生的彈性波并進行探測定位。這種技術的關鍵是區(qū)分正常操作時和發(fā)生泄漏時的彈性波。目前有兩種方法，一

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種是利用硬件電路的延時來進行信號過濾，另一種是結合結構模式識別和神經(jīng)網(wǎng)絡來區(qū)分正常操作時和發(fā)生事故時產(chǎn)生的不同波形，從而更好地監(jiān)測管道的運行。

（二）漏磁通檢測技術

漏磁式管道腐蝕檢測設備的工作原理是利用自身攜帶的磁鐵，在管壁圓周上產(chǎn)生一個縱向磁回路場。如果管壁沒有缺陷，則磁力線封閉于管壁之內，均勻分布。如果管內壁或外壁有缺陷，則磁通路變窄，磁力線發(fā)生變形，部分磁力線將穿出管壁產(chǎn)生漏磁。漏磁檢測原理圖三所示。

圖三 漏磁檢測原理

漏磁場被位于兩磁極之間的緊貼管壁的探頭檢測到，并產(chǎn)生相應的感應信號。這些信號經(jīng)濾波、放大、模數(shù)轉換等處理后被記錄到檢測器上的存儲器中，檢測完成后，再通過專用軟件對數(shù)據(jù)進行回放處理、判斷識別。

從整個檢測過程來說，漏磁檢測可分為圖四所示的四個部分：

圖四 漏磁檢測流程圖

漏磁檢測技術的優(yōu)點：（1）易于實現(xiàn)自動化；較高的檢測可靠性；（2）可以實現(xiàn)缺陷的初步量化；（3）在管道檢測中，厚度達到30mm的壁厚范

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圍內，可同時檢測內外壁缺陷；（4）高效，無污染，自動化的檢測可以獲得很高的檢測效率。

漏磁檢測技術的局限性：（1）只適用于鐵磁材料；（2）檢測靈敏度低；（3）缺陷的量化粗略；（4）受被檢測工件的形狀限制由于采用傳感器檢測漏磁通，漏磁場方法不適合檢測形狀復雜的試件；（5）漏磁探傷不適合開裂很窄的裂紋，尤其是閉合型裂紋；（6）不能對缺陷的類型或者缺陷的嚴重程度直接作定量性的分析。

（三）超聲波檢測技術

管道超聲檢測是利用現(xiàn)有的超聲波傳感器測量超聲波信號往返于缺陷之間的時間差來測定缺陷和管壁之間的距離；通過測量反射回波信號的幅值和超聲波探頭的發(fā)射位置來確定缺陷的大小和方位。

圖五為超聲波檢測原理圖, 圖中Wt代表管道正常壁厚, SO代表超聲波探頭與管道內表面間的標準位移。

圖五 超聲波檢測原理圖

超聲波檢測技術的優(yōu)點：（1）檢測速度快，檢測成本低；（2）檢測厚度大，靈敏度高；（3）缺陷定位較準確；（4）對細微的密閉裂紋類缺陷靈

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敏度高。

超聲波檢測的缺點：（1）由于受超聲波波長的限制，該檢測法對薄管壁的檢測精度較低，只適合厚管壁，同時對管內的介質要求較高；（2）當缺陷不規(guī)則時，將出現(xiàn)多次反射回波，從而對信號的識別和缺陷的定位提出了較高要求；（3）由于超聲波的傳導必須依靠液體介質，且容易被蠟吸收，所以超聲波檢測器不適合在氣管線和含蠟高的油管線上進行檢測，具有一定局限性。

（四）電磁超聲檢測

電磁超聲技術（EMAT）是20世紀70年代發(fā)展起來的無損檢測新技術。這一技術是以洛侖茲力、磁致伸縮力、電磁力為基礎，用電磁感應渦流原理激發(fā)超聲波。

電磁超聲的發(fā)射和接收是基于電磁物理場和機械波振動場之間的相互轉化，兩個物理場之間通過力場相互聯(lián)系。從物理學可知，在交變的磁場中，金屬導體內將產(chǎn)生渦流，同時該電流在磁場中會受到洛侖茲力的作用，而金屬介質在交變應力的作用下將產(chǎn)生應力波，頻率在超聲波范圍內的應力波即為超聲波。與之相反，該效應具有可逆性，返回聲壓使質點的振動在磁場作用下也會使渦流線圈兩端的電壓發(fā)生變化，因此可以通過接收裝置進行接收并放大顯示。人們把用這種方法激發(fā)和接收的超聲波稱為電磁超聲。

與傳統(tǒng)壓電超聲換能器相比，EMA的優(yōu)點主要有：（1）非接觸檢測，不需要耦合劑；（2）可產(chǎn)生多種模式的波，適合做表面缺陷檢測；（3）適合高溫檢測；（4）對被探工件表面質量要求不高；（5）在實現(xiàn)同樣功能的油氣儲運前言知識講座

前提下，EMAT探傷設備所用的通道數(shù)和探頭數(shù)都少于壓電超聲；（6）發(fā)現(xiàn)自然缺陷的能力強，對不同的入射角有明顯的端角反射，對表面裂紋檢測靈敏度較高。

EMA的缺點：（1）EMAT的換能效率要比傳統(tǒng)壓電換能器低20—40dB；（2）探頭與試件距離應盡可能小；（3）EMAT僅能應用于具有良好導電性能的材料中。

（五）渦流檢測技術

渦流檢測技術是目前采用較為廣泛的管道無損檢測技術，其原理為：當一個線圈通交變電時，該線圈將產(chǎn)生一個垂直于電流方向（即平行于線圈軸線方向）的交變磁場，把這個線圈靠近導電體時，線圈產(chǎn)生的交變磁場會在導電體中感應出渦電流（簡稱渦流），其方向垂直于磁場并與線圈電流方向相反。導電體中的渦流本身也要產(chǎn)生交變磁場，該磁場與線圈的磁場發(fā)生作用，使通過線圈的磁通發(fā)生變化，這將使線圈的阻抗發(fā)生變化，從而使線圈中的電流發(fā)生變化。通過監(jiān)測線圈中電流的變化（激勵電流為恒定值），即可探知渦流的變化，從而獲得有關試件材質、缺陷、幾何尺寸、形狀等變化的信息。

渦流檢測技術可分為常規(guī)渦流檢測、透射式渦流檢測和遠場渦流檢測。常規(guī)渦流檢測受到趨膚效應的影響，只適合于檢測管道表面或者亞表面缺陷，而透射式渦流檢測和遠場渦流檢測則克服了這一缺陷，其檢測信號對管內外壁具有相同的檢測靈敏度。其中遠場渦流法具有檢測結果便于自動化檢測(電信號輸出)、檢測速度快、適合表面檢測、適用范圍廣、安全方便以及消耗的物品最少等特點，在發(fā)達國家得到廣泛的重視，廣泛用于在油氣儲運前言知識講座

用管道的檢測。

渦流檢測技術的優(yōu)點：（1）檢測速度高，檢測成本低，操作簡便；（2）探頭與被檢工件可以不接觸，不需要耦合介質；（3）檢測時可以同時得到電信號直接輸出指示的結果，也可以實現(xiàn)屏幕顯示；（4）能實現(xiàn)高速自動化檢測，并可實現(xiàn)永久性記錄。

渦流檢測技術的缺點：（1）只適用于導電材料，難以用于形狀復雜的試件；（2）只能檢測材料或工件的表面、近表面缺陷；（3）檢測結果不直觀，還難以判別缺陷的種類、性質以及形狀、尺寸等；（4）檢測時受干擾影響的因素較多，易產(chǎn)生偽顯示。

（六）激光檢測技術

激光檢測系統(tǒng)主要包括激光掃描探頭、運動控制和定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)三個部分，利用了光學三角測量的基本原理。與傳統(tǒng)的渦流法和超聲波法相比，激光檢測（或輪廓測量）技術具有檢測效率高、檢測精度高、采樣點密集、空間分辨力高、非接觸式檢測，以及可提供定量檢測結果和提供被檢管道任意位置橫截面顯示圖、軸向展開圖、三維立體顯示圖等優(yōu)點。

但是激光檢測方法只能檢測物體表面，要全面掌握被測對象的情況，必須結合多種無損檢測方法，取長補短。

（七）管道機器人檢測技術

管道機器人是一種可在管道內行走的機械，可以攜帶一種或多種傳感器，在操作人員的遠端控制下進行一系列的管道檢測維修作業(yè)，是一種理想的管道自動化檢測裝置。

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一個完整的管道檢測機器人應當包括移動載體、視覺系統(tǒng)、信號傳送系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。管道機器人的主要工作方式為: 在視覺、位姿等傳感器系統(tǒng)的引導下，對管道環(huán)境進行識別，接近檢測目標，利用超聲波傳感器、漏磁通傳感器等多種檢測傳感器進行信息檢測和識別，自動完成檢測任務。其核心組成為管道環(huán)境識別系統(tǒng)（視覺系統(tǒng)）和移動載體。目前國外的管道機器人技術已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，它不僅能進行管道檢測，還具有管道維護與維修等功能，是一個綜合的管道檢測維修系統(tǒng)。

四、管道外覆蓋層檢測技術

（一）PCM檢測法

PCM（多頻管中電流檢測法）評價的核心是遙控地ICI電流信號的張弱來控制發(fā)射到管道表ICI的電流，通過檢測到的電流變化規(guī)律，進而判斷外防腐層的破損定位與老化程度。加載到管道上的電流會產(chǎn)生相應的電磁場，磁場張弱與加載電流的大小成正比，同時隨著傳輸距離增大，電流信號逐漸減小。當管道外涂層有破損時，電流通過破損點流向大地，該點處的電流衰減率突然增大，可判定外涂層破損點的位置。

但PCM法對較近的多條管道難以分辨、在管道交叉、拐點處及存在交流電干擾時，測得數(shù)據(jù)誤差大。

（二）DCVG檢測技術

DCVG（直流電壓梯度測試技術）的原理是對管道上加直流信號時，在管道防腐層破損裸漏點和土壤之間會出現(xiàn)電壓梯度。在破損裸漏點附近部位，電流密度將增大，電壓梯度也隨著增大。普遍情況下，裸漏面積與電

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壓梯度成正。直流電壓梯度檢測技術就是基于上述原理的。

在用DCVG測量時，為了便于對信號的觀察和解釋，需要加一個斷流器在陰極保護輸出上。測量過程中，沿管線以2m的間隔在管頂上方進行測量。

DCVG的優(yōu)點為能準確地測出防腐層的破損位置，判斷缺陷的嚴重程度和估計缺陷大小，之后根據(jù)檢測結果提供合理的維護和改造建議；測量操作簡單，準確度高，在測量過程中不受外界干擾，幾乎不受地形影響。缺點在于整個過程需沿線步行檢測，不能指示管道陰極保護的效果和涂層剝離；環(huán)境因素會引起一定誤差，如雜散電流、地表土壤的電阻率等。

（三）Pearson檢測法

Pearson檢測法（皮爾遜檢漏法）的原理是對管道施加交流信號，此信號會通過管道防腐層的破損點處流失到土壤中，因此距離破損點越遠，電流密度越小，破損點的上方地表形成一個交流電壓梯度。檢測過程中，兩位測試員相距3~6m，腳穿鐵釘鞋或手握探針，將各探測的的電壓信號發(fā)回接收裝置，信號經(jīng)濾波、放大，即能得到檢測結果。

Pearson檢測法是目前國內最常用的檢測技術，其優(yōu)點是：（1）有較成熟的使用經(jīng)驗，并且檢測速度較快，能沿線檢測防腐層破損點和金屬物體；（2）能識別破損點大小，還能測到微小漏點，長輸管道的檢測與運行維護中有良好的使用反饋。

Pearson檢測法的不足之處在于，（1）整個檢測過程需步行；（2）不能指明出缺陷的損壞程度；（3）對操作者的技能求高；（4）在水泥或瀝青地面上檢測接地困難。

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（四）標準管/地（P/S）電位測試法

標準管/地（P/S）電位測試法的原來是采用萬用表來測接地Cu/CuS04電極與管道表ICI某監(jiān)測點之間的電位，通過電位與距離構成的曲線了解電位的分布，把當前電位與以往電位區(qū)別開來，可用檢測來的陰極保護電位來判定是否對管道外涂層起保護作用。

目前,地面測量管道保護電位的通用方法就是標準管/地電位測試法，其優(yōu)點是無需開挖管道、現(xiàn)場取得數(shù)據(jù)容易、檢測速度快(每天10~50km)。一般情況,每隔1km左右設一個測試樁，所以這種方法只能總體評估這一管段的防腐層，不能詳細地評價防腐層缺陷，不能確定防腐層的缺陷位置以及缺陷的分布情況。故此方法不適合用于無陰極保護或測試樁的管道。

第四篇：油氣集輸管道腐蝕的防治方向及安全檢測

油氣集輸管道腐蝕的防治方向及安全檢測

姬鄂豫 陳海玲

南陽理工學院生物與化學工程學院

摘要：油氣集輸管道的腐蝕主要分為外壁腐蝕和內壁腐蝕兩種。對管道外壁腐蝕主要采取 環(huán)氧涂層與陰極保護技術。油氣管道內的腐蝕化學成分會慢慢與管道內壁發(fā)生化學反應，是管道內壁發(fā)生嚴重腐蝕的重要原因，目前采用的還是內涂層防腐蝕措施。我國的生態(tài)環(huán)境比較脆弱，而且自凈能力也和先進的國家有一定的差距，所以對油氣集輸管道耐腐蝕檢測必須加大力度。在管道建設初期，就必須建立科學的管道防腐計劃，前期對于管道損傷應及時修復，并且要確定好科學的中后期管道維護方案。關鍵詞：油氣管道；輸送介質；防腐蝕技術；檢測 doi:10.3969/j.issn.1006-6896.2013.1.020 1 腐蝕事故的危害

我國的油氣管道安全在全世界還處在一個發(fā)展階段，與發(fā)達國家比較，還有相當大的差距。據(jù)相關數(shù)據(jù)表明：我國的油氣管道事故發(fā)生率達到3次/(1 000 千米·年)，而美國、德國等國家通常在0.25～0.5次/(1 000千米·年)之間，明顯低于我國。管道腐蝕的一般后果為：油氣管道因為事故不能正常工作，油氣供應不上就會導致相關的工廠生產(chǎn)停滯；油氣對環(huán)境的破壞不可逆轉，容易造成大氣、土壤、湖泊的環(huán)境污染；油氣都是易燃物質，如果大量泄漏會引起火災；油氣的跑冒、泄漏、爆炸如果發(fā)生在大中城市，極容易造成人員傷亡等重大事故。油氣集輸管道的腐蝕主要分為外壁腐蝕和內壁腐蝕兩種。而腐蝕管道的化學物質以CO

2、SO2、外界土壤、硫化氫等為主。外壁腐蝕防治方向

2.1 腐蝕因素

金屬管道的外腐蝕指的是埋在地下的管道外部腐蝕。一種情況是金屬外管道受到所處的外界環(huán)境如土壤、水、空氣等對金屬管道進行了化學作用或物理溶解。通常這種埋地管道的外腐蝕受土壤破壞的因素比較大，所以要防治土壤對埋地管道的破壞。還有一種情況：海底的油氣管道，會因為管道埋藏的外部環(huán)境是海水，比較輕易發(fā)生電化學腐蝕。因此金屬管道外腐蝕的預防需要根據(jù)不同的環(huán)境采取不同的防腐方案設計。2.2 防治辦法

對管道外壁腐蝕主要采取環(huán)氧涂層與陰極保技術[1]。環(huán)氧涂層是最早的防腐技術，主要在管道的外壁上噴上防腐層，這種技術能保障金屬管道不受防腐蝕介質的損壞。目前環(huán)氧涂層是國際公認的熱固性防腐材料，其主要成分是環(huán)氧樹脂和固化劑，是一種抗堿、耐酸物質，主要優(yōu)點是涂層緊密，而且黏結力好，能保證防腐的致密性，表面光滑。而陰極保護技術指的是在水介質環(huán)境中的保護技術，能夠防止金屬管道在電介質環(huán)境下（海水、鹽類、淡水等）的化學腐蝕，一般廣泛應用于地下管道、海洋平臺、海油氣集輸管線等，這種保護措施經(jīng)濟效益可觀，不需要太多的成本。表1為環(huán)氧涂層與陰極保護技術的優(yōu)劣比較，從表1可以看出，陰極保護技術在電介質環(huán)境中的保護作用明顯比環(huán)氧涂層性價比要高，該技術常常被發(fā)達國家所利用。內腐蝕的防治

油氣管道內的腐蝕化學成分是油氣管道的致命殺手，會慢慢與管道內壁發(fā)生化學反應，是管道內壁發(fā)生嚴重腐蝕的重要原因。3.1 硫化氫對油氣集輸管道的腐蝕

硫化氫在遇到水時，很容易發(fā)生化學性水解，在水中就會產(chǎn)氫電離子并與管道內的Fe成分進行化學反應；同時硫化氫在有氧條件下與金屬（含鐵）發(fā)生相應的反應，這時金屬物就會失去原來的金屬屬性。

硫化氫與金屬管道內的化學成分很容易發(fā)生電化學反應。據(jù)數(shù)據(jù)表明，當管道缺陷處出現(xiàn)足夠的H+的時候，就會經(jīng)過沉淀生成相應的 H2，如果pH2≥300 MPa時，那么鋼材就會發(fā)生強烈的塑性變形，導致管道出現(xiàn)開裂，管道內的油氣就會通過狹小縫隙，形成強大的壓強往外沖，導致油氣大量地外漏。

3.2 二氧化碳對管道內壁的腐蝕碳酸（H2CO3）是弱酸性物質，它容易產(chǎn)生水解反應，導致管道內的 pH 值下降。二氧化碳（CO2）最大的問題就是造成坑點腐蝕或者是片狀腐蝕等慢性腐蝕，這種腐蝕往往是隨著時間的推移而慢慢發(fā)生的。3.3 二氧化硫的腐蝕

二氧化硫（SO2）與硫化氫（H2S）一樣具有強化學腐蝕性，它極易與Fe 發(fā)生化學反應。管道內的流體介質的沖蝕作用由三部分組成：一部分只是單純進行沖蝕的磨損；一部分是液體對管道的磨蝕；一部分是氣體中的固體顆粒對材料進行相應的磨蝕。這三部分組成了管道沖蝕作用的多相流。多相流中包括了流體、氣體、碎砂屑、固體顆粒等，這種多相沖蝕很少出現(xiàn)在無強烈腐蝕的外部環(huán)境下，一般發(fā)生在管道內的腐蝕環(huán)境下。這種作用是非常復雜的，管道的液滴、汽泡，以及油氣中的不純物體（固體顆粒）對管道內壁都會發(fā)生日積月累的沖擊，直接作用管道內壁表面，從而發(fā)生新的磨損。3.4 內壁防腐技術應用

我國目前大多采用內涂層防腐蝕措施。關于內涂層的技術使用原理，相對來說比較簡單。內涂層可以在管道內壁以及腐蝕的介質之間起到隔離的功效，這樣就可以將介質侵蝕掉，免除其對內壁造成威脅。應用緩蝕劑技術則是為減輕金屬管道的損壞，這種緩蝕劑的化學物質已經(jīng)逐步被油田開發(fā)組織發(fā)現(xiàn)。緩蝕的機理是利用轉化腐蝕的金屬

[2]，對反應速率的進程適當降低，最后防腐蝕的目的才可能實現(xiàn)。對管道的內涂層防腐采取襯里的技術，可以節(jié)省管道材料維修的費用，提高油氣的輸送效率。玻璃鋼復合材料是氣集輸管道防腐蝕采用的性價比較高的有機襯里材料，它的特點是耐腐蝕，同時也能夠有助于管道強度、韌度的增加。一般來說，這種復合材料對特種集輸管道比較有實際作用，主要對溫度高、壓力高的管道起作用。目前勝利油田已經(jīng)采用該技術，該技術的應用不但提高了產(chǎn)量，而且運輸管道的安全性也得到了保障。4 耐腐蝕的安全檢測 我國的土地面積遼闊，油氣資源也非常豐富，但是我國的油氣井分散也導致了油氣集輸成本大大增加。我國的生態(tài)環(huán)境比較脆弱，而且自凈能力也和先進的國家有一定的差距，所以對油氣集輸管道耐腐蝕檢測必須加大力度

[3]。首先，在管道建設初期，就必須建立科學的管道防腐蝕計劃。對管道及其相應的薄弱部件進行防腐優(yōu)化處理，強化管道內壁和外壁的除銹控制與管理，做到從管道建設之初，就全面做好管道的防腐蝕處理。

第二，前期對管道損傷應及時修復。確定好地質勘察的順序和時間，安排好防腐材料的運用與選擇方法，主要是注重防腐漆（高密度聚乙烯塑料），實現(xiàn)對其保溫。此外也要注重檢查絕緣接頭，采納合格的高質量產(chǎn)品。第三，要確定好科學的中后期管道維護方案。特別對油氣集輸管道的建設，相關技術人員需要對生產(chǎn)運行和管道控制失效過程進行分析。逐步強化對集輸管道的防腐蝕檢測，排除一切安全隱患和油氣泄漏的情況發(fā)生。

最后，對已經(jīng)發(fā)生的事故，必須對事故建立一個環(huán)境保護的預案，保證將污染和事故后果降到最低。結語

做好管道防腐工作，是順利完成油氣集輸管道建設的重中之重。防腐計劃主要是根椐油氣腐蝕介質以及所處的相關外界環(huán)境提出的科學防腐方案，最合適的防腐蝕工藝技術選擇是關鍵。我國目前管道防腐技術較外國落后，基本還是止步在涂層防腐的層面上，管道防腐技術采用陰極保護技術的很少，這也是我國管道腐蝕率居高不下的深層因素。未來國際在集輸管道防腐這方面的主流技術將會是陰極保護，必須高度重視對該技術的開發(fā)和利用，并進行創(chuàng)新和深入研究。

參考文獻

[1] 崔世菊．油氣集輸管道內腐蝕及內防腐技術[J]．石油化工設 計，2010，23（9）：90-92．

[2] 鮑麒零，王石強，羅依妙，等．輸油管道緩蝕劑現(xiàn)狀與發(fā)展趨 勢[J]．化工文摘，2011，22（8）：59-62．

[3] 何漂漂．油氣管道檢測與評價[M]．北京：中國石化出版社，2011．

第五篇：油氣管道泄漏檢測應對事故技術一覽

油氣管道泄漏檢測應對事故技術一覽

2014-04-13 能源情報

能源情報按：先是青島爆燃，接著是蘭州石化管道泄露污染飲用水，都是管道惹的禍。管道安全一向被企業(yè)重視，但為何還是屢次出現(xiàn)事故？看看這些檢測泄露的技術吧。

文/蘇欣 中油工程設計西南分公司

油氣長輸管道發(fā)生泄漏的原因多種多樣，但大致可以分為：(1)管道腐蝕：防護層老化、陰極保護失效, 以及腐蝕性介質對管道外壁造成的腐蝕和傳輸介質的腐蝕成分對管道內壁造成的腐蝕；(2)自然破壞：由于地震、滑坡等自然災害以及氣候變化使管道發(fā)生翹曲變形導致應力破壞；(3)第三方破壞：不法分子的盜竊破壞, 施工人員違章操作, 野蠻施工造成的破壞；(4)管道自身缺陷：包括管道焊接質量缺陷, 管道連接部位密封不良, 未設計管道伸縮節(jié), 材料等原因。油氣管道泄漏不僅給生產(chǎn)、運營單位造成巨大的經(jīng)濟損失，而且會對環(huán)境造成破壞、嚴重影響沿線居民的身體健康和生命安全。檢漏技術發(fā)展歷史 國外從上個世紀70年代就開始對管道泄漏檢測技術進行了研究。早在1976年德國學者R.Isermann和H.Siebert就提出以輸入輸出的流量和壓力信號經(jīng)過處理后進行互相關分析的泄漏檢測方法；1979年Toslhio Fukuda提出了一種基于壓力梯度時間序列的管道泄漏檢測方法；L.Billman和R.Isermann在1987年提出采用非線性模型的非線性狀態(tài)觀測器的檢漏方法；A.Benkherouf在1988年提出了卡爾曼濾波器方法；1991 年Kurmer 等人開發(fā)了基于Sagnac 光纖干涉儀原理的管道流體泄漏檢測定位系統(tǒng)；1993年荷蘭殼牌(shell)公司的X.J.Zhang提出了統(tǒng)計檢漏法；1999年美國《管道與氣體雜志》報道了一種稱作“紋影”(Schlieren)的技術，即采用空氣中的光學折射成象原理可用于管道檢漏；2001年Witness提出了采用頻域分析的頻域響應法，其基本思想是將管道系統(tǒng)的模型轉換到頻域進行泄漏檢測和定位分析；2003年Marco Ferrante提出了采用小波分析的方法，利用小波技術對管道的壓力信號進行奇異性分析，由此來檢測泄漏。

我國對于管道泄漏技術的研究起步較晚，但發(fā)展很快。1988年方崇智提出了基于狀態(tài)估計的觀測器的方法；1989年王桂增提出了一種基于Kullback信息測度的管線泄漏檢測方法；1990年董東提出了采用帶時變噪聲估計器的推廣Kalman濾波方法；1992年提出了負壓波法泄漏檢測法；1997, 1998年天津大學分別采用模式識別、小波分析等技術對負壓波進行了很大程度的改進；1997年唐秀家等人首次提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡的管道泄漏檢測模型；1999年張仁忠等提出了壓力點分析(PPA)法和采集數(shù)據(jù)與實時仿真相關分析法相結合的方法；2000年胡志新等提出了分布式光纖布拉格光柵傳感器的油氣管道監(jiān)測系統(tǒng)；2002年崔中興等介紹了聲波檢漏法；2003年胡志新提出了基于Sagnac 光纖干涉儀原理的天然氣管道泄漏檢測系統(tǒng)理論模型；2003年潘緯等利用小波分析方法來分析信號的奇異性及奇異性位置,來檢測天然氣管線泄漏；2003年夏海波等提出了基于GPS 時間標簽的管道泄漏定位方法；2004年白莉等提出了一致最大功效檢驗探測泄漏信號；2004年吳海霞等運用負壓波和質量平衡原理,采用模糊算法和邏輯判斷法,利用壓力、流量和輸差三重機制實現(xiàn)了對原油管道的泄漏監(jiān)測及定位、原油滲漏監(jiān)測和報警；2004年倫淑嫻等利用自適應模糊神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)的去噪方法可以提高壓力信號；2005年張紅兵等介紹了根據(jù)管道的瞬態(tài)數(shù)學模型，并應用特征線法求解進行不等溫輸氣管道泄漏監(jiān)測；2005年劉恩斌等研究了一種新型的基于瞬態(tài)模型的管道泄漏檢測方法,并對傳統(tǒng)的特征線法差分格式進行了改進,將其應用于對管道瞬態(tài)模型的求解；2005年朱曉星等提出了將仿射變換的思想應用到基于瞬態(tài)壓力波的管道泄漏定位算法中；2005年白莉等等將擴展卡爾曼濾波算法,應用于海底管道泄漏監(jiān)測與定位；2006年白莉等利用多傳感器的信息融合思想,提出分布式檢測與決策融合方法進行長距離海底管線泄漏監(jiān)測；2006年提出了一種基于Mach-Zehnder光纖干涉原理的新型分布式光纖檢漏測試技術。泄漏檢測技術方法

對于檢漏技術的分類，現(xiàn)在沒有統(tǒng)一的規(guī)定，根據(jù)檢測過程中所使用的測量手段不同，分為基于硬件和軟件的方法；根據(jù)測量分析的媒介不同可分為直接檢測法與間接檢測法；根據(jù)檢測過程中檢測裝置所處位置不同可分為內部檢測法與外部檢測法；根據(jù)檢測對象的不同可分為檢測管壁狀況和檢測內部流體狀態(tài)的方法。2.1 熱紅外成像

對于加熱輸送的液體管道，當管道發(fā)生泄漏時,土壤被泄漏的液體加熱后溫度上升，通過紅外輻射的不同來感知這種異常的溫度，將其與事先保存在計算機中的管道周圍土壤正常溫度分布圖進行比較檢測泄漏。近年美國OIL TON公司開發(fā)出一種機載紅外檢測技術，由直升飛機攜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。這類方法不能對管線進行連續(xù)檢測，因此發(fā)現(xiàn)泄漏的實時性差而且對管道的埋設深度有一定的限制,具有關資料介紹,當直升機的飛行高度為300m時,管道的埋設深度應當在6m之內。2.2 探地雷達

探地雷達(GPR)將脈沖發(fā)射到地下介質中，通過時域波形的處理和分析探知地下管道是否泄漏。當管道內的原油發(fā)生泄漏時,管道周圍介質的電性質會發(fā)生變化,從而反射信號的時域波形也會發(fā)生變化,根據(jù)波形的變化就可以檢測到管道是否發(fā)生了泄漏。應用探地雷達探測時,物體必須有一定的體積,因此這種方法不適用于較細的管道。而且用探地雷達探測泄漏時,與管道周圍的地質特性有關,地質特性的突變對圖象有很大的影響,這也是應用中的一個難點。2.3 氣體成像

在輸氣管道泄漏檢測中,氣體成像技術也是一個比較有效的方法。以前氣體成像的原理主要是根據(jù)背景吸收氣體成像和紅外輻射吸收技術。設備比較笨重,需要大型的激光器。近年來,開發(fā)了一種稱之為“紋影”的技術,即采用空氣中光學折射成像原理檢漏。其設備輕巧、使用方便,還能提供有關泄漏量的指示。這種光學非侵入技術，可以遠距離觀測漏失量為每分鐘僅為幾毫升的輕微泄漏。泄漏到大氣中的天然氣比周圍的空氣折射率高，天然氣泄漏使光線發(fā)生折射，在攝像機和照明條件下光柵之間的泄漏，使光線到達攝像機時產(chǎn)生位移。這樣肉眼見不到的天然氣泄漏就變成可視的紋影圖象并可拍攝下來。利用這種技術，氧氣和氮氣難于在空氣中成象，但烴類氣體、揮發(fā)性流體的蒸氣卻容易看到；氦氣、氫氣、含氯氟烴等密度大于或小于空氣的氣體都可成象。同樣紋影攝像機也能看到冷暖氣流和超聲沖擊波。紋影成象技術不僅能發(fā)現(xiàn)氣休泄漏而且能提供信息估算泄漏量。這種技術是地面成象系統(tǒng)，但檢測來自地下的天然氣泄漏也是可行的。2.4 傳感器法

隨著傳感器技術的發(fā)展,人們已經(jīng)制造出對某種化學物質特別敏感的傳感器,再借助于計算機和現(xiàn)代信號處理技術可以大大地提高檢測的靈敏度和精確度。(1)嗅覺傳感器 將嗅覺傳感器應用于管道檢測還是一項不大成熟的技術。可以將嗅覺傳感器沿管道按一定的距離布置,組成傳感器網(wǎng)絡對管道進行實時監(jiān)控。當發(fā)生泄漏時,對泄漏物質非常敏感的嗅覺傳感器就會發(fā)出報警。(2)分布式光纖聲學傳感器

方法是利用Sagnac干涉儀測量泄漏所引起的聲輻射的相位變化來確定泄漏點的范圍，這種傳感器可以用于氣體或液體運輸管道。這種方法是把光纖傳感器放在管道內，通過接收到的泄漏液體或氣體的聲輻射，來確定泄漏和定位。由于是玻璃光纖，所以不會被分布沿線管道的高壓所影響，也不會影響管道內液體的非傳導特性，而且光纖還不受腐蝕性化學物資的損害，壽命較長。在理論上，10km管道定位精度能達到±5m，反應也較靈敏及時，但成本較高。2.5 探測球法

基于磁通、超聲、渦流、錄像等技術的探測球法是上世紀80年代末期發(fā)展起來的一項技術，將探測球沿管線內進行探測，利用超聲技術(“超聲豬”)或漏磁技術(“磁通豬”)采集大量數(shù)據(jù)，并進行事后分析，以判斷管道是否有泄漏點。該方法檢測準確、精度較高，缺點是探測只能間斷進行，易發(fā)生堵塞、停運的事故，而且造價較高。2.6 半滲透檢測管法

這種檢漏管埋設在管道上方，一旦氣體管道發(fā)生泄漏，安裝在檢測管一端的抽氣泵持續(xù)地從管內抽氣，并進入烴類檢測器，如檢測到油氣，則說明有泄漏發(fā)生。但這種方法安裝和維修費用相對較高，另外，土壤中自然產(chǎn)生的氣體(如沼氣)可能會造成假指示，容易引起誤報警。美國謝夫隆管道公司在天然氣管道上安裝了這種檢測系統(tǒng)(LASP)。2.7 檢漏電纜法

檢漏電纜多用于液態(tài)烴類燃料的泄漏檢測。電纜與管道平行鋪設，當泄漏的烴類物質滲入電纜后，會引起電纜特性的變化。目前己研制的有滲透性電纜、油溶性電纜和碳氫化合物分布式傳感電纜。這種方法能夠快速而準確地檢測管道的微小滲漏及其滲漏位置，但其必須沿管道鋪設，施工不方便，且發(fā)生一次泄漏后，電纜受到污染，在以后的使用中極易造成信號混亂，影響檢測精度，如果重新更換電纜，將是一個不小的工程。2.8 GPS時間標簽法

GPS(全球定位系統(tǒng))的基本定位原理是：衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，泄漏定位精度可達到總管線長度的1%之內，比傳統(tǒng)方法精度提高近3倍。2.9 放射性示蹤劑檢測

放射性示蹤劑檢測是將放射性示蹤劑(如碘131)加到管道內, 隨輸送介質一起流動, 遇到管道的泄漏處, 放射性示蹤劑便會從泄漏處漏到管道外面, 并附著于泥土中。示蹤劑檢漏儀放于管道內部, 在輸送介質的推動下行走。行走過程中, 指向管壁的多個傳感器可在3600 范圍內隨時對管壁進行監(jiān)測。經(jīng)過泄漏處時, 示蹤劑檢漏儀便可感受到泄漏到管外的示蹤劑的放射性, 并記錄下來。根據(jù)記錄, 可確定管道的泄漏部位。這種方法對微量泄漏檢測的靈敏度很高。該方法優(yōu)點是靈敏度高, 可監(jiān)測到百萬分之一數(shù)量級, 甚至十億分之一數(shù)量級,但是由于放射性示蹤劑對人身安全和生態(tài)環(huán)境的影響,因此如何選擇化學和生物穩(wěn)定性好、分析操作簡單、靈敏度高、無毒、應用環(huán)境安全等特點的示蹤劑, 進行示蹤監(jiān)測是亟待解決的問題。2.10 體積或質量平衡法

管道在正常運行狀態(tài)下，其輸入和輸出質量應該相等，泄漏必然產(chǎn)生量差。體積或質量平衡法是最基本的泄漏探測方法，可靠性較高。但是管道泄漏定位算法對流量測量誤差十分敏感, 管道泄漏定位誤差為流量測量誤差的6-7 倍, 因此流量測量誤差的減小可顯著提高管道泄漏檢測定位精度。提高流量計精度是一種簡便可行的方法,北京大學的唐秀家教授于1996 年首次提出了采用三次樣條插值擬合腰輪流量計誤差流動曲線, 動態(tài)修正以腰輪流量計滑流量為主的計量誤差的方法。此方法能顯著提高管道泄漏檢測的靈敏度和泄漏精度。2.11 負壓波

當管道發(fā)生泄漏事故時, 在泄漏處立即有物質損失, 并引起局部密度減小, 進而造成壓力降低。由于管道中流體不能立即改變流速, 會在泄漏處和其任一端流體之間產(chǎn)生壓差。該壓差引起液流自上而下流至泄漏處附近的低壓區(qū)。該液流立即擠占因泄漏而引起密度及壓力減小的區(qū)域在臨近泄漏區(qū)域和其上、下游之間又產(chǎn)生新的壓差。泄漏時產(chǎn)生的減壓波就稱為負壓波。設置在泄漏點兩端的傳感器根據(jù)壓力信號的變化和泄漏產(chǎn)生的負壓波傳播到上下游的時間差，就可以確定泄漏位置。該方法靈敏準確，無需建立管線的數(shù)學模型，原理簡單，適用性很強。但它要求泄漏的發(fā)生是快速突發(fā)性的，對微小緩慢泄漏不是很有效。基于負壓波的傳播理論, 提出了兩種定位方法：(1)設計了一種能夠快速捕捉負壓波前鋒到達壓力測量點的波形特征點的微分算法, 并基于此種算法進行漏點定位；(2)將極性相關引入漏點定位技術, 通過確定相關函數(shù)峰值點的方法, 進行漏點定位。這兩種定位方法是對泄漏時的壓力時間序列分別從微分和積分, 從瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)兩方面進行處理,提取特征值。這兩種方法配合使用, 相互參照, 能夠提高泄漏點定位的準確度。

目前,負壓波法在我國輸油管道上進行了多次試驗,取得了令人滿意的效果,但在輸氣管道上的試驗并不多。有文獻指出,負壓波法完全適合于氣體管道的泄漏檢測, ICI 公司曾經(jīng)使用負壓波法在乙烯管道上進行過成功的試驗。使用壓力波法時,應當選用只對負壓波敏感的壓力傳感器(因為泄漏不會產(chǎn)生正壓波),傳感器應當盡量靠近管道,而且要設定合適的閾值,這樣可以更好地抑制噪音。2.12 壓力點分析法(PPA)PPA較其它方法體現(xiàn)了許多優(yōu)點。該方法依靠分析由單一測點取得數(shù)據(jù), 極易實現(xiàn)。增添測點可改善性能, 但在技術上不是必需的。在站場或干線某位置上安裝一個壓力傳感器, 泄漏時漏點產(chǎn)生的負壓波向檢測點傳播, 引起該點壓力(或流量)變化, 分析比較檢測點數(shù)據(jù)與正常工況的數(shù)據(jù), 可檢測出泄漏。再由負壓波傳播速度和負壓波到達檢測點的時間可進行漏點定位。PPA具有使用簡便、安裝迅速等特點。美國謝夫隆管道公司(CPL)將PPA法作為其管道數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)(SCADA)的一部分，試驗結果表明，PPA具有優(yōu)良的檢漏性能，能在10min內確定50gal/min的漏失。但壓力點分析法要求捕捉初漏的瞬間信息，所以不能檢測微滲。該方法使用于檢測氣體、液體和某些多相流管道，己廣泛應用于各種距離和口徑的管道泄漏檢測。2.13 壓力梯度法

壓力梯度法是上世紀80年代末發(fā)展起來的一種技術，它的原理是：當管道正常輸送時，站間管道的壓力坡降呈斜直線，當發(fā)生泄漏時，漏點前后的壓力坡降呈折線狀，折點即為泄漏點，據(jù)此可算出實際泄漏位置。壓力梯度法只需要在管道兩端安裝壓力傳感器，簡單、直觀，不僅可以檢測泄漏，而且可確定泄漏點的位置。但因為管道在實際運行中，沿線壓力梯度呈非線性分布，因此壓力梯度法的定位精度較差，而且儀表測量對定位結果有很大影響。所以壓力梯度法定位可以作為一個輔助手段與其它方法一起使用。2.14 小波變換法

小波變換即小波分析是20世紀80年代中期發(fā)展起來新的數(shù)學理論和方法，被稱為數(shù)學分析的“顯微鏡”，是一種良好的時頻分析工具。利用小波分析可以檢測信號的突變、去噪、提取系統(tǒng)波形特征、提取故障特征進行故障分類和識別等。因此，可以利用小波變換檢測泄漏引發(fā)的壓力突降點并對其進行消噪，以此檢測泄漏并提高檢測的精度。小波變換法的優(yōu)點是不需要管線的數(shù)學模型，對輸入信號的要求較低，計算量也不大，可以進行在線實時泄漏檢測，克服噪聲能力強，是一種很有前途的泄漏檢測方法。但應注意，此方法對山工況變化及泄漏引起的壓力突降難以識別，易產(chǎn)生誤報警。

2.15 互相關分析法

相關技術實質是在時延域中考察兩個信號之間的相似性，包含自相關和互相關兩個內容。油氣輸送管道管壁一般都是彈性體，流體發(fā)生泄漏時，流體受壓力噴射而誘發(fā)彈性波并沿管壁內傳播。檢測管道某兩點處的彈性波信號，分析其互相關函數(shù),利用相關時延技術便可判定是否發(fā)生泄漏及泄漏的位置。相關檢漏技術是綜合振動、測試、信號處理等許多學科知識的高新技術。用互相關分析法檢漏和定位靈敏、準確，只需檢測壓力信號，不需要數(shù)學模型，計算量小。但它對快速突發(fā)性的泄漏比較敏感，對泄漏速度慢、沒有明顯負壓波出現(xiàn)的泄漏很難奏效。2.16 基于瞬變流模型的檢漏法

文獻[18]介紹了一種基于瞬變流模型的檢漏方法。該方法根據(jù)擬穩(wěn)態(tài)流的假設，考慮了在瞬態(tài)條件下管道的流量變化和壓力分布。對一條假設天然氣管道的研究結果表明，即使是對于瞬態(tài)條件，該方法也比以往一些未考慮管道的流量變化和壓力分布的常規(guī)方法更準確地確定管道的泄漏點。這種方法也能應用于設有能引起管道流量分布突變的配氣站的管道系統(tǒng)。

瞬態(tài)模型法主要針對動態(tài)檢測泄漏,瞬時模擬管道運行工況,它可以提供確定管道存儲量變化的數(shù)據(jù),為流量平衡法提供參考量。使用管道瞬變模型法的關鍵在于建立比較準確的管道流體實時模型,以可測量的參數(shù)作為邊界條件,對管道內的壓力和流量等參數(shù)進行估計。當計算結果的偏差超過給定值時,即發(fā)出泄漏報警。2.17 應力波法

管線由于腐蝕、人為打孔原因破裂時，會產(chǎn)生一個高頻的振動噪聲，該噪聲以應力波的形式沿管壁傳播，強度隨距離按指數(shù)規(guī)律衰減。在管道上安裝對泄漏噪聲敏感的傳感器，通過分析管道應力波信號功率譜的變化，即可檢測出流體的泄漏。由于影響管道應力波傳播的因素很多，在實際中很難用解析的方法準確描述出管道振動。有人提出使用神經(jīng)網(wǎng)絡學習管道正常信號與泄漏信號，進而對管道的泄漏進行判斷。

2.18 基于狀態(tài)估計的方法

該方法根據(jù)質量平衡方程、動量平衡方程、能量平衡方程及狀態(tài)方程等機理建模。得到一個非線性的分布式參數(shù)系統(tǒng)模型, 通常可采用差分法或特征線法等方法將其線性化。設計狀態(tài)估計器對系統(tǒng)狀態(tài)進行估計,將估計值作為泄漏檢測的依據(jù),這就是基于狀態(tài)估計的方法的基本原理。其中估計器可以是觀測器,也可以是Kalman 濾波器。根據(jù)建立模型的方法,這類方法可分為不包含故障的模型法和包含故障的模型法。

①不包含故障的模型法。不包含故障的模型法的基本思路是,建立管道模型并設計估計器,模型中不含有泄漏的信息。當泄漏發(fā)生時,模型估計值與實際測量值將會產(chǎn)生殘差,可用殘差信號來進行檢測定位。當泄漏量大時,該方法不可行。另外,該方法需要設置流量計,而且對于氣體管道,檢測和定位的響應時間太慢。②包含故障的模型法。包含故障的模型法的基本思路是,建立管道模型時預先假設管道有幾處指定的位置發(fā)生了泄漏, 通過對系統(tǒng)的狀態(tài)估計得到這幾個預先假設的泄漏點的泄漏量估計值, 運用適當?shù)呐袆e準則便可進行泄漏檢測和定位。該方法在長90 km、內徑785 mm 的氣體管道上,在80 min 內可檢測出2 %的泄漏量,并在100min 內可完成定位,定位精度比較高。但當實際泄漏點不處于指定泄漏點之間時,定位公式將無法使用。對于氣體管道,檢測速度相對較慢,仍需設置流量計。

2.19 基于系統(tǒng)辨識的方法

通過系統(tǒng)辨識來建立模型是工業(yè)上經(jīng)常使用的方法,與基于估計器的方法相比,具有實時性強和更加精確等優(yōu)點,管道的模型也可以通過系統(tǒng)辨識的方法來得到。目前,采用的方法是在管道系統(tǒng)上施加M 序列信號,采用線性ARMA 模型結構增加某些非線性項來構成管道的模型結構,采用辨識的方法來求解模型參數(shù),并用與估計器方法類似的原理進行檢漏和定位。

為了對管道的泄漏進行檢測,可以對根據(jù)管道實際情況建立“故障靈敏模型”及“無故障模型”進行對比和計算。系統(tǒng)辨識法的局限性與不包含故障的模型法類似。基于模型法的一個共同的問題在于,檢測管道泄漏時的響應時間慢,特別是對于氣體管道。這是由于氣體的動態(tài)特性變化比較緩慢,實際測量信號的采樣時間比較長的緣故。另外,基于模型的方法無一例外,都要采用實際測量的流量信號,由于流量計價格昂貴,維護起來比較困難,因此,我國多數(shù)管道沒有安裝,而且受流量測量時流體成分、溫度以及壓力等參數(shù)變化的影響,測量的準確度比較低。2.20 基于神經(jīng)網(wǎng)絡的方法

由于有關管道泄漏的未知因素很多,采用常規(guī)數(shù)學模型進行描述存在較大困難,用于泄漏檢測時,常因誤差很大或易漏報誤報而不能用于工業(yè)現(xiàn)場。基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡檢測管道泄漏的方法,不同于已有的基于管道準確流動模型描述的泄漏檢測法,能夠運用自適應能力學習管道的各種工況,對管道運行狀況進行分類識別,是一種基于經(jīng)驗的類似人類的認知過程的方法。試驗證明這種方法是十分靈敏和有效的。理論分析和實踐表明,這種檢漏方法能夠迅速準確預報出管道運行情況,檢測管道運行故障并且有較強的抗惡劣環(huán)境和抗噪聲干擾的能力。泄漏引發(fā)應力波適當?shù)奶卣魈崛≈笜四茱@著提高神經(jīng)網(wǎng)絡的運算速度。基于神經(jīng)網(wǎng)絡學習計算研制的管道泄漏檢測儀器簡潔實用,能適應復雜工業(yè)現(xiàn)場。神經(jīng)網(wǎng)絡檢測方法可推廣應用到管道堵塞、積砂、積蠟、變形等多種故障的檢測中,對于管網(wǎng)故障診斷有廣泛的應用前景。2.21 統(tǒng)計檢漏法

該方法采用一種“順序概率測試”(SequentialProbability Ratio Test)假設檢驗的統(tǒng)計分析方法,從實際測量到的流量和壓力信號中實時計算泄漏發(fā)生的置信概率。在實際統(tǒng)計上,輸入和輸出的質量流通過流量變化(Inventory Variation)來平衡。在輸入的流量和壓力均值與輸出的流量和壓力均值之間會有一定的偏差,但大多數(shù)偏差在可以接受的范圍之內,只有一小部分偏差是真正的異常。通過計算標準偏差和檢驗零假設,對偏差的顯著性進行檢驗,來判斷是否出現(xiàn)故障。泄漏發(fā)生后,采用一種最小二乘算法進行定位。2.22 水力坡降線法 水力坡降線法的技術不太復雜。這種方法是根據(jù)上游站和下游站的流量等參數(shù), 計算出相應的水力坡降, 然后分別按上游站出站壓力和下游站進站壓力作圖, 其交點就是理想的泄漏點。但是這種方法要求準確測出管道的流量、壓力和溫度值。對于間距長達幾十或百公里的長輸管道, 由儀表精度造成的誤差可能使泄漏點偏移幾公里到幾十公里, 甚至更遠, 給尋找實際泄漏點帶來困難。因此,應用水力坡降線法尋找長輸管道泄漏點時應考慮儀表精度的影響。壓力表、溫度計和流量計等的精度對泄漏點的判定都有直接關系。把上、下游站這3種儀表的最大和最小兩種極端情況按照排列組合方式, 可以構成64 種組合, 其中有2 種組合決定泄漏區(qū)間的上、下游極端點。目前這種方法較少采用。檢漏方法性能指標 3.1 泄漏檢測性能指標

一個高效可靠的管道泄漏檢測與定位系統(tǒng)，必須在微小的泄漏發(fā)生時，在最短的時間內，正確地報警，準確地指出泄漏位置，并較好地估計出泄漏量，而且對工況的變化適應性要強，也即泄漏檢測與定位系統(tǒng)誤報率、漏報率低，魯棒性強，當然還應便于維護。歸結起來可分為:靈敏性、定位精度、響應時間、誤報率、評估能力、適應能力、有效性、維護要求、費用。3.2 診斷性能指標

1)正常工序操作和泄漏的分離能力:是指對正常的起/ 停泵、調閥、倒罐等情況和管道泄漏情況的區(qū)分能力。這種區(qū)分能力越強,誤報率越低。

2)泄漏辨識的準確性:指泄漏檢測系統(tǒng)對泄漏的大小及其時變特性的估計的準確程度。對于泄漏時變特性的準確估計,不僅可識別泄漏的程度,而且可對老化、腐蝕的管道進行預測并給出一個合理的處理方法。3.3 綜合性能指標

1)魯棒性:指泄漏診斷系統(tǒng)在存有噪聲、干擾、建模誤差等情況下正確完成泄漏診斷的任務,同時保證滿意的誤報率和漏報率的能力。診斷系統(tǒng)魯棒性越強,可靠性就越高。

2)自適應能力:指診斷系統(tǒng)對于變化的診斷對象具有自適應能力,并且能夠充分利用由于變化產(chǎn)生的新的信息來改善自身。

在實際工程設計中,首先要正確分析工況條件及最終性能要求,明確各性能要求的主次關系,然后從眾多的泄漏檢測方法中進行分析,經(jīng)過適當權衡和取舍,最后選定最優(yōu)解決方案。4 存在問題及發(fā)展趨勢

長輸管道的泄漏檢測與定位具有十分重要的現(xiàn)實意義,盡管已經(jīng)取得很大的進步,工程實踐中已得到應用,取得了一定的經(jīng)濟效益,同時也暴露了許多尚需解決的問題。例如長輸管道的小泄漏檢測和定位仍是重點攻克問題；如何增強泄漏檢測和定位系統(tǒng)的自適應能力和自學習能力；如何將多種方法有機的結合起來進行綜合診斷,發(fā)揮各自的優(yōu)勢,從而提高整個系統(tǒng)的綜合診斷性能；如何有效解決長輸管道的非線性分布參數(shù)的時間滯后問題等。

目前的泄漏檢測和定位手段是多學科多技術的集成,特別是隨著傳感器技術、模式識別技術、通信技術、信號處理技術和模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)、粗糙集理論等人工智能技術等發(fā)展,為泄漏檢測定位方法帶來了新的活力,可對諸如流量、壓力、溫度、密度、粘度等管道和流體信息進行采集和處理,通過建立數(shù)學模型或通過信號處理,或通過神經(jīng)網(wǎng)絡的模式分類，或通過模糊理論對檢測區(qū)域或信號進行模糊劃分,利用粗糙集理論簡約模糊規(guī)則,從而提取故障特征等基于知識的方法進行檢測和定位。將建立管道的數(shù)學模型和某種信號處理方法相結合、將管外檢測技術和管內檢測技術相結合、將智能方法引入檢測和定位技術實現(xiàn)智能檢測、機器人檢測和定位等是一研究方向。