探究基于多传感器的氢气泄漏检测技术

探究基于多传感器的氢气泄漏检测技术

王静 李丽

北京航天试验技术研究所，北京 100074

摘要：在长输管道的运行过程中，要注重做好管道破坏预警工作，这样才能充分确保长输管道发挥应有的作用和价值。光纤预警技术是整体破坏监测系统中至关重要的监测技术，同时更是十分有效的预警补充手段，它可以分时域、分区域地对干扰信号的低风险、高频率位置进行科学合理的静默化处理，由此使模式识别技术面临的难度充分降低，确保整个系统更安全适用，具有更高的效率以及精准性。基于此，本文重点探讨和分析基于光纤传感的长输管道破坏预警技术等相关内容。

关键词：光纤传感；长输管道；破坏预警技术

管道运输在石油、天然气等行业中发挥着重要作用，是中国经济发展的重要生命线。输油管道是长距离输送石油的重要载体，它连接着世界各大油田，承担着输送石油的任务。随着管道输油技术的发展和应用，暴露出越来越多的问题，如输油管道泄漏。当输油管道发生泄漏时，只有及时了解泄漏情况和位置，才能有效地做出相应的解决方案，减少事故造成的经济损失和环境危害。

1、长输管道破坏预警技术概述

从上个世纪70年代起就有管道破坏预警技术，经过长时间的发展和优化，当前已经形成了相对来说比较成熟可靠的理论，并且在实践的应用过程中实现了长足的进步和发展。在具体的应用过程中，有针对性的结合测量手段，测量装置所处位置以及测量对象的差异，长输管道泄漏监测技术从整体上来看，可以结合以下几种方式进行分类，分别是直接检测法与间接检测法，硬件检测法与软件检测法等等，下面主要介绍以下几种方关键法：

1.1流量平衡法

在长输管道的实际运行环节，一旦出现管道破坏泄漏问题，管道的上游和下游流量就会产生极大的不平衡现象，而此类不平衡使其在既定的时间间隔内和预先设定的报警阀值不够一致，针对这样的情况，有效利用流量计可以监测到管道的泄漏情况。

1.2负压波法

如果管道遭到破坏出现泄漏，在泄漏的部位因为物质损失，在很大程度上降低其压力，压降从泄漏的部位向上游和下游进行传播，此类情况就是负压波。有针对性的结合泄露部位出现的负压波传播到上游和下游的时间差，以及管内负压波所呈现出的传播速度就可以进一步有效明确泄露点，对其做出精准的定位。

1.3次声波法

如果管道被破坏，其内部就会有液体瞬间从破坏处喷出，介质与管壁摩擦震动在这样的情况下就会出现某种次声波信号，而这样的信号沿着介质一直向管道的上游和下游进行传送，通过信号到达管道两端传感器的时间差，可以针对可以破坏的位置进行充分的明确，计算出实际的部位。

2、长输管道遭受破坏的主要原因

2.1外力影响

管道遭受破坏的因素中，外力影响是最为关键的原因，具体而言，外力的影响主要包括三个方面，分别是管道占压、第三方施工破坏和打孔盗油。管道占压：长输管道大部分都是在地下埋藏的，如果管道的上面有违规建筑，就会对其造成挤压，损坏管道的主体部位，这种不规则的沉降，使管体的受损破裂出现泄漏等问题；第三方施工过程中对于管道的整体也会造成很大的损坏，使其出现变形、破裂等问题。打孔盗油问题也比较普遍，受到利益的驱使往往在输油管道上方凿孔，私自安装支路管线将油品用罐车运走，此类违法问题必须严惩。

2.2管道腐蚀破坏

导致管道被破坏的因素，还包括腐蚀因素，管道的腐蚀原因主要包括差异充气、杂散电流、细菌以及金属材料不够均匀等等，在管道的内部和外部出现腐蚀，开裂等问题，使得油气出现泄漏，特别是某些老工业地区，管道的防腐层严重老化，通过检测可以发现管道的大面积都被腐蚀，很多管道已经无法进行内部的检测，由此导致该地段面临极大的风险隐患。

2.3环境影响破坏

气候出现严重的变化，导致管道土壤生长环境受到很大影响，土层的热胀冷缩效应导致土体的结构不够均匀，从而使得输油管道的沉降度不够稳定，使得管道缺口受力不够均匀，如果管道的切口崩开，就会严重破坏管线，使其出现泄漏问题。特别是东北地区气候十分寒冷，气温降到零下三四十度左右，极有可能导致管道温度下降，使管体冻裂，由此导致管线被严重破坏。

3、基于光纤传感的长输管道破坏预警技术实际应用情况分析

3.1负压波法泄漏监测技术的具体应用分析

在中石化管道储运公司中，有多条长输原油管道，其中有效应用负压波法泄漏监测技术是特别常见，而且是常规的检测方法，所呈现出的优势特别显著。华北、华东销售公司某些成品油的管道和中石油管道公司有8700km长输管道。负压波检测技术有着十分良好的应用优势，它的安全性，可靠性更高，有更大的灵敏性，而且整个工程的造价比较低，能够针对管道的具体情况进行严格细致的检测，特别是针对某些突发性，临时性以及快放快泄的打孔盗油相关问题进行及时有效的监测，负压波法检测方法利用检测系统，针对泄漏的具体位置进行精准明确的定位，负压波在管道的传播速度特别快，整个系统可以在检测的过程中进一步提升定位的精准度。管道起停泵、压力调节、流量调节等一系列相关情况都会导致压力出现波动，在这样的情况下就会使得系统出现误报警的情况。因此，需要关注的是，针对这样的情况，就需要进一步通过调度人员进行核实，两者综合作用，在这样的情况下，可以更有效的监测具体的破坏部位。

3.2次声波法泄漏监测技术的具体应用

次声波法泄漏监测技术在当前取得了迅猛的发展，不断的演化，成熟，性能更为稳定，在实践的过程中进一步应用，有十分明显的优势。在中石化鲁皖二期成品油管道及埕孤、榆济天然气管道等长输管道工程运行过程中得到了十分有效的应用。该技术有着十分显著的优势，它的灵敏性，可靠性和精准性更高，相对来讲，要比负压波法造价高一些。因为管道在遭受破坏的时候，介质和管壁会出现摩擦，在这样的情况下就会出现次声波信号，而利用该技术，可以针对这种微小、缓慢的破坏以及泄露问题进行更有效的检测，其检测的精准度和高效性，要比负压波法更为显著，有更显著的效能。利用监测系统，针对周期的数据积累进行调试，该检测系统能够进一步有效收集更多管道操作工况造成的误报警特征信号，通过数学模型和信号处理的方法，可以使相应的负面干扰得到有效降低，这样能够更有效的监测管道的实际运行情况。特别是针对高压的天然气管道而言，因为在泄漏的过程中会出现特别强的次声波信号，所以充分利用该技术，能够呈现出更好的检测效果。

3.3分布式光纤预警技术具体应用情况分析

该技术充分用监测管道周边微弱震动信号的方法，针对破坏管道安全的行为进行及时有效的判别和发现，其最主要的优势体现在，可以在管道被破坏之前，发出相对应的预警信号。光纤预警技术在实际的应用过程中用相干光时域反射技术原理，能够呈现出更为明显的精确性和灵敏性，可以针对几十米之内的安全隐患和破坏威胁事件进行判别和分析，因为光纤的无源性检测系统更安全稳定，所以得到了更广泛的应用，以光纤传感为基础呈现出更大的优势，在中石油长庆油田、中石化天津输油处等相关单位都有着十分广泛的应用。

4、结语

总而言之，通过上文的分析，我们能够充分看出，在当前的时代背景下，在长输管道的破坏预警技术方面进一步更新和完善，在实际的运行过程中呈现出巨大应用优势，特别是光纤传感技术能够做好管道破坏行为之前的预警工作，这样可以充分保护管道，使其性能和价值得到充分的发挥，为我国的长输油气管道安全稳定的运行作出应有贡献。

参考文献
[1]高鹏,王培鸿,杨耀辉,等.2015年中国油气管道建设新进展[J].国际石油经济,2016(3)

[2]狄彦,帅健,王晓霖,等.油气管道事故原因分析及分类方法研究[J].中国安全科学学报,2019(7)

[3]孙参军.长距离输油管道泄漏检测技术的研究[J]西安石油大学,2014.9
[4]高鹏,王培鸿,杨耀辉,等.2015年中国油气管道建设新进展[J].国际石油经济,2016(3)