管道泄漏检测技术方法及评价-PPT讲义

第一讲管道泄漏检测技术及评价44一．泄漏的原因及检测的必要性1、泄漏的原因管道的泄漏，一般由下列原因造成：①管道材质不良，由于材质开裂、存在砂眼，久经腐蚀出洞；②管道涂层损坏、脱落，造成管道腐蚀穿孔；③管道接头安装不良；④阀门不良；⑤由于地下管道拥挤，在施工其它地下工程时受影响所致；⑥由于高层建筑工程的重压，使地基下沉，致使管道开裂；⑦由于地质构造原因使地基下沉，造成管道开裂（如地震＼地下水位下降）；⑧在路段上的管道，由于重载车辆的通行而造成管道开裂；⑨盗油等人为损坏，造成管道穿孔。2、泄漏检测的必要性管道作为气体．石油等介质的长距离输送设施，被铺设于陆地、海洋等各种环境之中。尤其是我国有很大一部分管道使用时间已很长，有的已超过20年，管道强度和涂层完整性都已进入危险期，整个油田网络已进入事故高发期。据统计，我国油田管道穿孔率0.66次km／a左右，我国大中城市自来水的损失率大体在20％左右。还有，社会上的一些不法之徒受盗卖石油牟取暴利的驱动，肆意在油气管道上开孔偷盗油气，成为我国油田管道泄漏问题的一个主要原因。管道泄漏不仅造成巨大的财产损失，污染环境，且威胁人身安全，因此对管道泄漏检测尤为重要，有必要加强检漏技术的开发和研究。二．泄漏检测技术方法管道泄漏监测诊断系统应具有下列基本特性1）准确可靠地诊断泄漏故障位置；2）迅速可靠地报告泄漏程度；3）泄漏诊断技术系统原理简单、维护和操作方便。根据检测对象的不同，管道检漏方法大致分为两种：直接检漏方法直接检测泄漏的石油、气体等的方法间接检漏方法检测因泄漏造成的流量、压力、声音等物理状态发生变化的检漏方法。1直接检漏法（l）检测元件法在管道外侧按适当间隔设置相应的检测元件，以检测管道泄漏的油料。其中作为检测元件的油膜检测器、导电性粉体元件（渗油后电极之间阻抗增大的小圆板）需要导油沟道和积油槽与之配合使用。1)电缆阻抗检测法在管道建设时，采用附有易被碳氢化合物溶解的绝缘材料的两芯电缆沿管道埋设，泄漏发生时泄漏油气与电缆发生反应，改变电缆的阻抗特性,在管道一端通过对阻抗分布参数的测量，即可确定管道状态及渗漏位置。该电缆即是传感器又是信号传输设备，利用阻抗、电阻率和长度的关系确定泄漏的程度和泄漏的位置。优点：该方法检漏定位精度较高，缺点：检漏反应时间长，对于气体或轻质油需要几分钟到几十分钟，对重质油需要几十个小时。适用范围：该方法不适用于已建管道系统。2）特性阻抗变化法该方法是用非透水性但透油性材料制成的同轴电缆，沿管道铺设。从电缆一端发射脉冲，脉冲碰到被油浸透的电缆处会反射脉冲，通过检测反射脉冲信号，可检测管道泄漏位置。该类型的传感器采用多孔聚四氟乙烯树脂作为绝缘材料，传感器的孔隙度是用强韧的PTFE纤维形成网状结构，气孔率控制在规定的范围内。这种材料化学稳定性好、不易燃，导电率、绝缘阻抗热稳定性好。漏油时传感器的绝缘体聚四氟乙烯选择性的渗入油质，使其部分阻抗降低，即可以检测漏油。特点：既可以检测微量漏油和漏油点位置（石油类）；也可检测水和石油的混合状态，检测速度比电缆阻抗检测法快。适用范围：不适用于已建管道系统。3）LASP空气取样系统以扩散原理为基础，其主要部件是一根半渗透检测管（透油不透水〕。如果这种检测管周围存石油蒸气，当达到一定浓度后，石油蒸气将扩散到检测管中，气流带着蒸气通过管子进入检测器，在此检测器内确定蒸气浓度，从而确定泄漏是否发生。4）冲气压力带法在管道的外部绕上可被输送油气溶解的冲气压力带，当泄漏时冲气压力带与油气发生反应溶解，带中压力下降，根据检测带中的压力变化即可检测并判断泄漏的情况。由于该方法比较原始，现已不再使用。由于电缆和冲气压力带的自然老化和气候的变化经常导致误报警，因此一直影响该技术的推广使用。（2）导电高聚物法应用于绝缘管道的检漏，监测系统可以探测管道绝缘层的浸水点和泄漏点。外包导电高聚物的导线，作为探测电缆的一部分，用来探测沿线的浸水及泄漏位署。探测电缆中的探测导线，通过监测电缆中水蒸汽的存在，及早检测出水的进入，使操作者在管道腐蚀前采取修补措施。（3）油溶性压力管法将充压缩空气的油溶性软管缠在管道外围，当有溶油时软管溶解产生漏洞、断裂，压缩空气外泄，管内压力下降，由此即可知泄漏。该种方法为一次性使用，发现泄漏后，该处软管既损坏，更换非常困难。（4）气体检测法天然气的主要成分是甲烷。甲烷对温室效应的作用仅次于CO2，它的泄漏、排放对大气环境的影响已引起世界各国的关注。甲烷在大气中的浓度在过去100多年里增大了1倍多，在过去20年中以平均每年0．9％的速度增长，远远高于CO2浓度的增长值。据估计，目前全球每年排放的甲烷总量为7490×108m3，其中通过石油与天然气工业、煤炭开采、固体废弃物堆存、污水处理、水稻种植、反刍家畜饲养以及生物质燃烧等人类活动排放的甲烷占70％。天然气从气井开采出来后，通过集输、净化、配气等过程为用户提供商品气。在此过程中，系统存在一定输差。产生输差的原因主要包括系统泄漏、场站放空及计量误差等。管输系统天然气泄漏包括内漏、外漏和事故性泄漏，本文主要针对造成天然气外泄漏的各种阀门、法兰等部件进行讨论。目前对外漏的估算各石油公司采用了不同的测定方法和计算模式。工作原理可燃气体报警器由可燃气体探测器（探头）和控制器（主机）组成。按探测器的工作原理分类：半导体式催化燃烧式半导体式可燃气体报警器当可燃气体探测器监视的现场出现油气泄漏时，探测器中半导体式传感器信号端的电阻值会随油气浓度的增加而减小，这种电阻的变化经过控制器内部电路的处理，信号（电压）发生变化，当油气浓度达到设定报警值范围（一般设定“低报”为该气体LEL的25％，“高报”为该气体LEL的50％）时，控制器即发出报警信号。半导体式可燃气体报警器受外界环境（如温度）影响大，设定的报警值易发生漂移。单点主机—SAM复合式—JR复合式—MAX报警浓度设置固定式和携带式硫化氢监测仪的第1级报警阈值均应设置在10mg/m3，第2级报警阈值均应设置在50mg/m3。参数名称固定式携带式监设范围，mg/m30～1540～77显示方式液晶显示液晶显示监测精度，％≤5≤5报警点，mg/m30～154，连续可调0～77，连续可调报警精度，％≤5≤5报警方式1.蜂鸣器；2.闪光1.蜂鸣器；2.闪光响应时间，S≤30（满量程90%）≤30（满量程90%）电源220V，50Hz干电池或镍镉电池连续工作时间，h连续≥250传感器寿命，a≥1≥1工作温度，℃-10～450～45相对湿度，％≤95≤95安全防爆性本安防爆本安防爆硫化氢监测仪的参数硫化氢监测仪使用前对下列主要参数进行测试：a)满量程响应时间；b)报警响应时间；c)报警精度。固定式硫化氢监测仪一年校验一次，携带式硫化氢监测仪半年校验一次。硫化氢监测仪的校验:催化燃烧式可燃气体报警器探测器由一对催化燃烧式检测元件组成，其中一个元件对可燃气体非常敏感（该元件上涂有多层催化剂），另一个元件不敏感，不敏感元件用于补偿环境变化。这一对催化燃烧式检测元件与电路板上一对电阻构成惠斯通电桥，当周围环境存在可燃气体时，在催化剂的作用下敏感元件上发生催化燃烧（这种燃烧是阴燃，不会引爆外界可燃气体），使其温度升高（可高达5000C），从而使其电阻增大，这样，电桥失去平衡，探测器产生与气体浓度成正比的电信号，经电路部分放大后，由控制器报警。使用中存在的问题1、安装时把关不严有关单位在仪表安装时，没有对生产厂家的资质、业绩、售后服务作详细的调查，使一些不合格的产品混人输油气企业，给输油气生产带来很多不便。另外，安装的探头与检测的气体不匹配（如有的输油管道安装的报警器测试气样为甲烷而不是油气（异丁烷））。2、安装场所及位置亟待明确调查中发现，有的单位在油气很难积聚的开放式露天场所也安装了报警器探头，而有些单位在油气容易泄漏和积聚的地方却未安装报警器探头。探头的安装数量、安装高度也没有一个统一标准。连接探头和主机的电缆线长度比报警器安装使用说明中电缆的实际传输距离长，降低了报警器的灵敏度。3、缺乏科学管理有些管理单位忽视对报警器的维护、管理。在日常生产安全检查中，有些操作人员采用打火机气或酒精去检查报警器探头的好坏，这种做法很容易加速探头老化，导致报警器失灵。安装、使用、管理和维护措施1、选型可燃气体报警器的选型应考虑产品的灵敏度和可靠性，并满足环境要求。生产厂家应有生产许可证和产品防爆合格证、出厂合格证及技术说明书。根据检测气体的性质选择适当的报警器。检测气体中若含有硫化氢和氧化物时，则不宜选择催化燃烧式报警器；在温差较大的环境和精确度要求较高的场所，不宜选择半导体式报警器。2、安装场所可燃气体报警器指示报警部分（主机）应安装在全天有人值班和监视并便于操作、维护的地方，要防止震动和不受高温潮湿的影响。探头直安装在无冲击、无振动、无强电磁场干扰、易泄漏可燃气体的地方，且周围留有不小于0．3m的净空。根据国家和原石油天然气行业的有关防火防爆规范要求，结合输油气生产实际，建议在下列场所、部位安装可燃气体报警器。1）非敞开式天然气、液化气压缩机房；原油、液化气泵房；液化石油气罐瓶充装间。2）输油站（库）计量间；油泵房；污油、污水泵房；阀组区；管汇间地沟内。3）油气管道密集、油气泄漏不易发现且泄漏后容易形成积聚或经常污染的场所。3、探头安装数量及高度可燃气体报警器的探头保护半径一般为6～7m，同一生产场所探头安装数量要根据探头的保护半径和生产场所的面积而定。探头的安装高度应根据可燃气体的相对密度而定，相对密度大于0．75时，探头直安装在低处，距地面0．2～0．5m为宜；相对密度小于或等于0．75时，探头宜安装在高处，距屋顶0．5～lm为宜，探头一般应安装在可燃气体易泄漏的设备附近或易积聚可燃气体空间的死角处。4、可燃气体报警器的检定与维护目前，输油气行业使用的可燃气体报警器均属较精密、敏感的电子仪器仪表，应将其列为生产专用仪表进行专业化维护、管理。定期擦拭探头上的灰尘，以防止探头被积灰覆盖。对经检定发现老化、失效的产品，要及时更新。（5）机载红外线方法用一直升机吊一航天用的精密红外线摄像机沿管道飞行，通过判读输出油料与周围土壤的细微温差成像，确定是否有油料泄漏。（6）热红外成像为了降低原油的粘性，通常是在输运之前对原油进行加热。当管道发生泄漏时，周围的土壤便浸泡在泄漏的原油中，这时土壤的温度会上升。这种温度的变化可以通过红外辐射的不同来感知。检测时，将管道周围土壤正常温度分布图记录在计算机中，用直升机在空中实时采集管道周围土壤温度场情况，通过对两者的比较来检测泄漏。热红外成像的缺点是对管道的埋设深度有一定的限制，具有关资料介绍，当直升机的飞行高度为300m时，管道的埋设深度应当在6m之内。（7）封入气体压力检测（8）水面监视法2、间接测试方法（1）质量平衡法根据质量守恒定律，在管道无泄漏的情况下进人管道的质量流量应等于流出管道的质量流量。当泄漏程度达到一定量时，入口与出口就形成明显的流量差。检测管道多点位的输入和输出流量，或检测管道两端泵站的流量并将信号汇总构成质量流量平衡图像，根据图像的变化特征就可确定泄漏的程度和大致的位置。由于管道内可能顺序输送不同种类的成品油，若管道沿线进出支线较多，则管道流体状态及参数复杂而影响管道计量的瞬时流量因素也多，因此该方法可采用时间累计平均估计，这使得检测时间较长并且检测精度低。流量计的精度也直接影响泄漏诊断的准确性。其检测精度的上限依管道的规模、操作条件、流量运算周期而定。当油品沿管道运行时，其温度、压力和密度可能发生变化。这意味着“进多少出多少”的简单系统在某些应用中是不够完善的，为此质量平衡法检测管道泄漏的故障方法需要配合其它方法联合使用。例：顺序输送管道动态质量平衡检测动态质量平衡原理对于一条输送一种或多种石油产品的运营管道，在一段时间t内，流量计测量到的管道入口流量可能不等于管道的出口流量。这种差异归因于流量测量误差和对管道中油品存余量变化的估计。根据动态质量平衡原理，考虑压力、温度、多重粘性参数变化的影响，可采用如下