現(xiàn)代管道泄漏檢測技術(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上現(xiàn)代管道泄漏檢測技術(shù)摘 要 綜述了管道泄漏監(jiān)測和定位領(lǐng)域中應(yīng)用的各種現(xiàn)代技術(shù)和方法，包括硬件方法和軟件方法等，并對這些方法和技術(shù)進行了評估。關(guān)鍵詞 綜述；泄漏監(jiān)測和定位；管道 1 引 言管道運輸是一種非常經(jīng)濟和有效的方法和工具,廣泛地應(yīng)用于世界各地區(qū)及其各種行業(yè)中;與此同時,管道泄漏也一直是國內(nèi)外人們非常關(guān)注的一個重要問題。通常,管道泄漏的物質(zhì)是有毒和有害的 由于發(fā)生泄漏事故可能會對周圍環(huán)境及其生態(tài)平衡造成嚴(yán)重的破壞或影響,由此造成國家財產(chǎn)的損失并對人民生命的威脅。管道泄漏的預(yù)測和診斷方法及其技術(shù)和管道泄漏的監(jiān)測方法及其技術(shù)隨著管道運輸?shù)陌l(fā)展而逐步地發(fā)展并日趨完善,目

2、前已經(jīng)成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境生態(tài)發(fā)展和科學(xué)研究等行業(yè)中一個重要的研究內(nèi)容。迄今為止，管道泄漏檢測系統(tǒng)的組成主要分為硬件和軟件兩種方法和技術(shù)。基于硬件的方法和技術(shù)主要有聲發(fā)射、電纜傳感器、光纖維、土壤檢測、超聲波流量測定、蒸汽測定、遙感技術(shù)等方法和技術(shù)；基于軟件的方法和技術(shù)有質(zhì)量（或體積）平衡、實時瞬變模型、壓力點分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)計分析等等。基于聲發(fā)射技術(shù)的管道泄漏檢測系統(tǒng)如圖 1 所示，聲音傳感器預(yù)先地安裝在管道壁外側(cè)， 如果管道發(fā)生漏點泄漏時，就會在漏點產(chǎn)生噪聲并被安裝在管道外壁上的聲音傳感器接收、放大，經(jīng)計算機軟件處理成相關(guān)的聲音全波形，通過對全波形的分析達(dá)到監(jiān)測和定位管道泄，漏的狀況和漏

3、點的位置。此技術(shù)特別適合于那些管道內(nèi)流量低、壓力高的的情況為了達(dá)到準(zhǔn)確地確定一個泄漏點目的，需要排除外來噪聲和確定管道操作噪聲。 通常，管道的泄漏量與由此引起的噪聲波型的幅度具有相關(guān)性，噪聲信號隨著泄漏量增加而增大。泄漏點的位置確定是通過管道上的三個固定的聲音傳感器通過泄漏引起的噪聲在管道上的傳播測量出來?；诼暟l(fā)射技術(shù)的管道泄漏檢測系統(tǒng)具有可實時和可連續(xù)地測定分析、泄漏點定位準(zhǔn)確和不必拆卸管道的外部測定等優(yōu)點；但是，對于大流量的管道，背景噪聲將會對泄漏噪聲產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。還有，基于聲發(fā)射技術(shù)的管道泄漏技術(shù)檢測泄漏量的準(zhǔn)確性與其他技術(shù)相比具有較大的誤差。 近年來，基于聲發(fā)射技術(shù)的管道泄漏檢測系統(tǒng)

4、已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用。諸如，國外的PAL公司、我國清華大學(xué)、北京大學(xué)和天津大學(xué)等都有相關(guān)的研究成果及其對應(yīng)的產(chǎn)品。但是，對于地下管道的泄漏測定問題迄今還有相當(dāng)多的研究工作需要解決。 基于電纜傳感器的泄漏檢測技術(shù)如圖2所示，這些傳感器是由某些高分子材料制成并具有與碳?xì)浠衔锏姆磻?yīng)活性，碳?xì)浠衔飳@種材料會產(chǎn)生體積的或者電特性的改變，通過測量這些改變達(dá)到監(jiān)測管道內(nèi)碳?xì)浠衔镄孤┑哪康?。如果管道或儲罐發(fā)生泄漏，那么泄漏出的碳?xì)湮镔|(zhì)就會不同程度地改變了電纜傳感器的電容特性或者電阻特性，由此可確定管道的泄漏量狀況和泄漏點位置。 基于電纜傳感器的泄漏檢測技術(shù)適合應(yīng)用于較短的燃料管線，諸如機場或者煉油廠等的

5、燃料站（庫）等。國外的SensorComm 公司已經(jīng)研究了一種液體傳感電纜應(yīng)用于管道的泄漏檢測。此種技術(shù)是一種非金屬的測量技術(shù)，可應(yīng)用于極冷的地區(qū)和 20 英尺深度的管道的泄漏檢測。通常，電纜傳感器經(jīng)過汽油或者其它的高揮發(fā)性碳?xì)湮镔|(zhì)暴露之后，必須經(jīng)空氣干燥，以保證電纜傳感器的正常應(yīng)用。此外，傳感器可能會干擾管道的陰極保護系統(tǒng)。光纖是一種有前途的管道泄漏檢測技術(shù),光纖傳感器可以分散地和定點地安裝在管線上。光纖可以檢測很寬范圍的物理和化學(xué)特性,既可以檢測管道泄漏也可以定位泄漏點位置。如圖3所示,是一個應(yīng)用模擬實例:在一段10米長的埋地氨管道范圍內(nèi)設(shè)計了A、B、C和D 等4個可控制氨泄漏流量的模擬氨

6、泄漏位置點,氨管道外壁上鋪設(shè)光纖傳感器以測定并記錄氨管道上的溫度。模擬試驗研究結(jié)果表明,通過光纖傳感器測定關(guān)于管道的溫度分布狀況,在管道泄漏時和無泄漏時管道的溫度分布狀況會出現(xiàn)溫度明顯地下降的差別。在設(shè)定的4個泄漏點位置,無論是哪一個位置發(fā)生泄漏,此泄漏位置的溫度就會下降,這是由于液氨泄漏處管道由于液氨氣化產(chǎn)生的吸熱作用引起的溫度下降,由此確定出管道泄漏報警和確定泄漏點位置。 氨氣可具有刺激性氣味,人體感官可以在很低的氨濃度時就會感覺出來,但是,此模擬試驗表明, 在人體還沒有感覺到氨氣的氣味時,光纖傳感器就已經(jīng)將地下的管道泄漏狀況測定出來并確定了修漏點的位置。 土壤檢測方法是一種蒸汽檢測系統(tǒng)，

7、可以測定出地下管道周圍土壤中蒸汽相碳?xì)湮镔|(zhì)的濃度，由此檢測管道泄漏位置和泄漏狀況。如圖4所示，是TraceResearch公司的專利技術(shù)并已經(jīng)應(yīng)用于地下管道泄漏檢測和泄漏點的定位。 通常，基于土壤檢測的管道泄漏測定和漏點定位技術(shù)是通過測定從管道泄漏的示蹤氣體來完成的，此示蹤氣體是預(yù)先添加到輸送管道中的一種惰性的、揮發(fā)性的和比較穩(wěn)定的氣體物質(zhì)，加入到管道中的濃度水平為幾個ppm（10-6）。如圖3所示，如果輸送管道發(fā)生泄漏時，示蹤氣體與管道中其它物質(zhì)同時流出管道，示蹤氣體將優(yōu)先地擴散到管道周圍的土壤中，在管道泄漏點附近的土壤氣體取樣孔洞中的測定探頭就會自動地收集土壤中的示蹤氣體，然后應(yīng)用氣相色譜

8、方法測定探頭收集的示蹤氣體的含量，由此達(dá)到監(jiān)測管道泄漏狀況和確定管道泄漏點的位置。應(yīng)用氣相色譜方法可測定出示蹤氣體在土壤中的濃度為ppt(10-9)水平。測定結(jié)果表明，示蹤氣體技術(shù)可以較準(zhǔn)確地確定管道泄漏的位置，誤差在數(shù)英尺范圍內(nèi)，測定結(jié)果與管道的直徑和長度無關(guān)。基于土壤檢測的管道泄漏測定和泄漏點定位技術(shù)通常應(yīng)用于地下的管道，此技術(shù)具有測定干擾小，具有較高的檢漏準(zhǔn)確性。但是，對于較長的管線，需要沿管道預(yù)先建立許多的探頭深孔以便收集示蹤氣體樣品用于氣相色譜測定，因此，此技術(shù)的測定費用較高、工作負(fù)荷也比較大。超聲波測定流量的檢漏是一種比較經(jīng)濟的、方便的和易于安裝維護的技術(shù)。 首先，將管道分成若干部

9、分，每一部分都安裝上超聲波流量測定裝置以測定這部分管道流進的和流出的體積流量，同時測定管道溫度和環(huán)境溫度、聲波在管道內(nèi)流體的傳播速度等參數(shù)。然后，根據(jù)體積平衡原理并應(yīng)用計算機軟件模型處理管道各個部分所有參數(shù)的測定結(jié)果，分析和比較出管道輸送中分別在泄漏時和正常運行時的參數(shù)狀況，由此診斷和確定管道泄漏量和泄漏點位置。通常，較短的處理周期表明了一個較大的泄漏點；較長的處理周期表明了一個較小的泄漏點。 如圖4所示，是國外 Controlotron 公司的超聲波流量測定管道泄漏系統(tǒng)。超聲波測定流量的檢漏系統(tǒng)與聲發(fā)射技術(shù)的管道泄漏檢測系統(tǒng)類似,都是在管道外部安裝非破壞性的設(shè)備或器件的檢漏技術(shù)。超聲波測定流

10、量的檢漏系統(tǒng)已經(jīng)成功地應(yīng)用于城市供水管道系統(tǒng)中的泄漏狀況診斷。除此之外,還有便攜式的超聲波管道檢漏系統(tǒng),可供有經(jīng)驗的技術(shù)人員佩戴超聲波耳機并在現(xiàn)場沿著地下管道線路巡檢使用,同樣具有比較準(zhǔn)確的漏點定位能力。如圖6所示,蒸汽測定系統(tǒng)是將傳感器管道平行地安裝在被測定的管道上, 如果管道發(fā)生泄漏時,泄漏的碳?xì)湮镔|(zhì)就會流出管道并通過擴散進入傳感器管道。然后,周期地應(yīng)用氣體泵抽取傳感器管道內(nèi)的氣體并將此氣體輸送到檢測器進行測定,泄漏的碳?xì)湮镔|(zhì)就會被定量測定出來并以出峰的方式隨時間進行記錄。根據(jù)氣體泵抽取管內(nèi)氣體的流速、抽取氣體的開始時間和碳?xì)湮镔|(zhì)在檢測器上的出峰時間可計算出被測管道的泄漏點位置,出峰面積的

11、大小表明了管道泄漏量的大小。蒸汽檢測技術(shù)是一種管道檢漏的物理測定方法,與管道內(nèi)的物質(zhì)的體積和壓力無關(guān)。此技術(shù)無需軟件處理,并且可同時檢測出多處泄漏點的狀況。但是,測技術(shù)通常限于應(yīng)用較小泄漏的情況,不適合大的泄漏情況檢測。還有,此系統(tǒng)需要較高的費用投資,但是,不需要太多的維護工作。另外,此系統(tǒng)的檢漏響應(yīng)時間較長,主要取決于氣體泵抽取氣體的流速、傳感器管線的長短等。除了上述的硬件管道檢漏檢測技術(shù)之外,生物檢漏技術(shù)也是常常使用的傳統(tǒng)方法之一。具有豐富經(jīng)驗的技術(shù)人員沿著管道巡檢,可通過氣味、聲音、環(huán)境狀況等因素尋找管道及其周邊的異?，F(xiàn)象,判斷和確定管道的運行和泄漏狀態(tài)。 還有,使用訓(xùn)練有素的動物和它的

12、感官也可以幫助人們判斷和確定管道的運行和泄漏狀態(tài)?；谲浖墓艿罊z漏方法通常使用管道內(nèi)流體的流量、壓力、溫度和其它的數(shù)據(jù)的變化差異,通過數(shù)學(xué)模型確定管道內(nèi)流體的運行狀態(tài),判斷管道是否出現(xiàn)泄漏、泄漏量大小和確定泄漏點位置。因為輸入到計算機軟件的流量、壓力、溫度等參數(shù)都是應(yīng)用硬件設(shè)備（如上述各種硬件技術(shù)）獲得的,所以,基于軟件的管道檢漏方法是通過與其對應(yīng)的硬件技術(shù)共同實現(xiàn)的?；谫|(zhì)量守恒或者體積守恒原理的軟件是指流入和排出一段管道的流體的質(zhì)量(體積)相等,可通過管道直徑、管道內(nèi)流體的溫度、壓力和流量計算出來。如果發(fā)生泄漏,那么流出這段管道的流體質(zhì)量就會比流入的少;管道內(nèi)的壓力就會表明管道內(nèi)部的充填

13、狀況。 質(zhì)量或者體積守恒原理是目前普遍采用的軟件技術(shù)之一,此軟件技術(shù)要求硬件能準(zhǔn)確地測量出管道內(nèi)流體的流量、 壓力和溫度,通過軟件計算和處理這些參數(shù)并轉(zhuǎn)化成質(zhì)量流量或者標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量。國外已經(jīng)有此類的商品軟件并已經(jīng)應(yīng)用于石油行業(yè)中輸油管道的泄漏檢測。質(zhì)量或者體積守恒方法的檢漏準(zhǔn)確性取決于安裝在管道系統(tǒng)中硬件設(shè)備的測量精度,通常不需要額外的設(shè)備投資, 諸如管道運行狀況的模擬處理等過程。應(yīng)用此類軟件診斷管道泄漏需要較長的時間,只有在泄漏發(fā)生后并通過這段管道兩端的壓力或流量等參數(shù)的波動反映出來時才能夠做出判斷。 泄漏報警所需的響應(yīng)時間取決于此段管道泄漏量的大小,也取決于此段管道中測量設(shè)備的測量

14、靈敏度和精度。實時瞬變模型檢漏應(yīng)用質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒和流體的狀態(tài)方程計算管道內(nèi)流體的流量,應(yīng)用預(yù)測值(計算值)和實測值的差異確定管道的泄漏。此技術(shù)需要實時地測量管道的流量、壓力和溫度,同時,應(yīng)用實時瞬變模型計算這些對應(yīng)的物理量的數(shù)值。通過連續(xù)地分析噪聲水平和正常的瞬間狀態(tài)以減少泄漏的誤報警,根據(jù)管道的流體流量的統(tǒng)計變化量調(diào)整軟件的管道泄漏報警閾值。通常,此軟件可檢測出小于管道流體的1%泄漏量的報警。實時瞬變模型檢漏軟件是一種非常昂貴的技術(shù),它需要大量昂貴的儀器和設(shè)備連續(xù)地和實時地測量和收集管道系統(tǒng)中的各種物理量;此軟件模型也比較復(fù)雜,通常要求訓(xùn)練有素的操作人員。壓力點分析方法是基于這

15、種假設(shè):如果一段管道發(fā)生泄漏,那么,管道內(nèi)部壓力就會下降。應(yīng)用簡單的壓力測量的統(tǒng)計分析,監(jiān)測管道內(nèi)部壓力測量平均值的減少量。如果這個減少量高于軟件預(yù)先確定的水平,那么,就會產(chǎn)生一個泄漏報警。寧波廣強機器人CCTV管道檢測機器人利用先進的CCTV內(nèi)窺檢測技術(shù)進行管道檢測。廣強管道檢測機器人是按照國家衛(wèi)生部頒發(fā)的公共場所集中空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)衛(wèi)生規(guī)范的相關(guān)技術(shù)要求，設(shè)計的進行檢測的專業(yè)設(shè)備，可完成各種檢測作業(yè)，還可搭載各種聲納、切割設(shè)備，可按需定制。廣強機器人是完成公共場所集中空調(diào)檢測項目的得力工具。管道機器人具有超強驅(qū)動力，通過鏡頭可以觀測管道內(nèi)景了解管道內(nèi)部情況并完成采樣維護作業(yè)。廣強管道機器人小巧

16、靈活，便于攜帶，造型美觀，可搭載在車上，一次即可完成多種檢測和維護作業(yè)。廣強機器人管道機器人用途：用于公共場所集中空調(diào)采樣和檢測、用于環(huán)境衛(wèi)生、職業(yè)安全、檢驗檢疫等場所的檢測，是檢測人員的最佳安全伴侶、最得力的工具.寧波廣強機器人科技有限公司管道檢測機器人是由控制器、爬行器高清攝像頭、電纜等組成。在作業(yè)的時候主要是由控制器控制爬行器搭載檢測設(shè)備進入管道進行檢測。檢測過程中，管道機器人可以實時傳輸管道內(nèi)部情況視頻圖片以供專業(yè)維修人員分析管道內(nèi)部故障問題。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是以工程技術(shù)手段來模擬人腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與特點的系統(tǒng)。我們利用人工神經(jīng)元可以構(gòu)成各種不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它是生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種

17、模擬和近似。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已逐步發(fā)展為一種公認(rèn)的、強有力的計算或處理模型。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域包括：辨識、控制、預(yù)測、優(yōu)化、診斷、模式識別、信息壓縮、數(shù)據(jù)融合、風(fēng)險評估等?；谌斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的管道泄漏檢測是一種有前途的和正在發(fā)展中的方法。國外已有報道，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的液化氣管道檢漏系統(tǒng)成功地獲得應(yīng)用，在100秒鐘以內(nèi)可監(jiān)測并定位出相當(dāng)于管道內(nèi)流體流量1%以內(nèi)泄漏量的泄漏點，監(jiān)測誤報率低于50%。國內(nèi)的管道泄漏檢測方法及其技術(shù)與國外相比較差距很大，特別是埋藏在城市區(qū)域地下的燃?xì)夤艿佬孤┑谋O(jiān)測基本上還停留在人工巡檢的水平。在某些經(jīng)濟比較發(fā)達(dá)的城市中，雖然已經(jīng)配備了許多用于管道檢漏的儀器和流動檢測工具

18、等，但是，真正應(yīng)用計算機系統(tǒng)軟件的管道檢漏系統(tǒng)還沒有在具體工作中實施。大部分的工作主要是依靠人工攜帶檢測儀器或者流動的車載儀器沿著地下燃?xì)夤芫€巡檢；有時，在可疑的管道泄漏區(qū)域范圍內(nèi)，通過采集并測定地下土壤中氣體的方法逐步逼近和判斷管道的泄漏位置。目前，國內(nèi)大部分的城市和地區(qū)的管道泄漏檢測技術(shù)水平大部分都處于較低的技術(shù)水平。除了上述的管道泄漏的各種檢測方法和技術(shù)之外，遙感檢漏方法也是近年來發(fā)展迅速和有效的應(yīng)用技術(shù)之一。如圖 7 所示，遙感檢漏技術(shù)可分成兩類：其一是主動檢測技術(shù)，應(yīng)用激光源照射被調(diào)查的管道線路，發(fā)生泄漏的管道就會有氣體流出并擴散到大氣環(huán)境中形成泄漏出來的氣體云團，激光通過這個云團時

19、泄漏的氣體分子就會吸收激光，與不通過此云團的激光相比有一個能量差，由此判斷管道泄漏和確定管道泄漏的位置；其二是被動檢測技術(shù)（也叫熱輻射檢測），發(fā)生泄漏的管道氣體在大氣環(huán)境中形成的云團內(nèi)部與此云團外部存在著溫度差（或者是輻射能力差），由此可判斷管道泄漏狀況并確定管道泄漏處的位置。遙感技術(shù)與上述的管道泄漏檢測技術(shù)相比具有許多優(yōu)點：可應(yīng)用于大范圍管道區(qū)域內(nèi)發(fā)生管道泄漏的快速檢測和實地調(diào)查，可更完整和更有效地覆蓋可能發(fā)生泄漏的區(qū)域；一旦發(fā)生管道泄漏時，不必通過收集氣體樣品或者采集土壤樣品的測定方法，而是通過可見的完整的泄漏測定結(jié)果準(zhǔn)確確定管道泄漏的位置；遙感技術(shù)不必依靠有經(jīng)驗人員進入管道輸送區(qū)域內(nèi)調(diào)查

20、并判斷管道泄漏位置，可完成技術(shù)人員不能進入的和有危險的區(qū)域的管道泄漏調(diào)查工作。 綜上所述，將目前國內(nèi)外的關(guān)于地下燃?xì)夤艿佬孤┑母鞣N檢測方法和技術(shù)的比較如表1所示。 表1的比較結(jié)果說明沒有哪一種方法對所有的性能評估具有壓倒的優(yōu)勢，特別是誤報警率高是一項普遍的問題（除了生物方法和蒸汽檢測方法之外），雖然生物方法和蒸汽檢測方法具有較低的誤報警率，但是這兩種方法不能連續(xù)地進行檢測。流量變化、質(zhì)量或者體積守恒方法、壓力點分析方法都具有維護方便和易于安裝，但是他們的泄漏點定位能力較差并且不適合于管道操作改變的管道。實時瞬變模型技術(shù)可應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)儀器 2005 6 15于管道操作改變的管道檢漏并且具有較好的

21、泄漏點定位能力，但是維護費用和安裝費用都很高。參考文獻(xiàn)1 J. P. Lefave, Leslie Karr. Underground Pipeline Leak Detection andLocation Technology Application Guide., Naval Facilities EngineeringService Center, April 19982 W. Al-Rafai, R. J. Barnes. Underlying the Performance of Real-timeSoftware-based Pipeline Leak-detection Syst

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