输油管线遭攻击 美国出现恐慌性购买

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输油管道泄漏监测技术及应用

摘要：文章对国外输油管道泄漏检测方法进行了分析，对油田输油管道防盗

监测的方法进行了探讨。针对油田输油管道防盗监测问题，指出了油田输油管道防

盗监测系统的关键技术是管道泄漏检测报警及泄漏点的精确定位，并介绍了胜利油

田输油管道泄漏监测系统的应用情况。

主题词：输油管道泄漏监测防盗

泄漏是输油管道运行的主要故障。特别是近年来，输油管道

被打孔盗油以及腐蚀穿孔造成泄漏事故屡有发生，严重干扰了正

常生产，造成巨大的经济损失，仅胜利油田每年经济损失就高达

上千万元。因此，输油管道泄漏监测系统的研究与应用成为油田

亟待解决的问题。先进的管道泄漏自动监测技术，可以及时发现

泄漏，迅速采取措施，从而大大减少盗油案件发生，减少漏油损

失，具有明显的经济效益和社会效益。

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1国外输油管道泄漏监测技术的现状

输油管道泄漏自动监测技术在国外得到了广泛的应用，美国

等发达国家立法要求管道必须采取有效的泄漏监测系统。

输油管道检漏方法主要有三类：生物方法、硬件方法和软件

方法。

1.1生物方法

这是一种传统的泄漏检测方法，主要是用人或经过训练的动

物（狗）沿管线行走查看管道附件的异常情况、闻管道中释放出

的气味、听声音等，这种方法直接准确，但实时性差，耗费大量

的人力。

1.2硬件方法

主要有直观检测器、声学检测器、气体检测器、压力检测器

等，直观检测器是利用温度传感器测定泄漏处的温度变化，如用

沿管道铺设的多传感器电缆。声学检测器是当泄漏发生时流体流

出管道会发出声音，声波按照管道流体的物理性质决定的速度传

播，声音检测器检测出这种波而发现泄漏。如美国休斯顿声学系

统公司（ASI）根据此原理研制的声学检漏系统（wavealert），由

多组传感器、译码器、无线发射器等组成，天线伸出地面和控制

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中心联系，这种方法受检测围的限制必须沿管道安装很多声音传

感器。气体检测器则需使用便携式气体采样器沿管道行走，对泄

漏的气体进行检测。

1.3软件方法

它采用由SCADA系统提供的流量、压力、温度等数据，通过

流量或压力变化、质量或体积平衡、动力模型和压力点分析软件

的方法检测泄漏。国外公司非常重视输油管道的安全运行，管道

泄漏监测技术比较成熟，并得到了广泛的应用。壳牌公司经过长

期的研究开发生产出了一种商标名称为ATMOSPine的新型管道

泄漏检测系统，ATMOSPine是基于统计分析原理而设计出来的，

利用优化序列分析法（序列概率比试验法）测定管道进出口流量

和压力总体行为变化以检测泄漏，同时兼有先进的图形识别功

能。该系统能够检测出1.6kg/s的泄漏而不发生误报警。

目前国油田长距离输油管道大都没有安装泄漏自动检测系

统，主要靠人工沿管线巡视，管线运行数据靠人工读取，这种情

况对管道的安全运行十分不利。我国长距离输油管道泄漏监测技

术的研究从九十年代开始已有相关报道，但只是近两年才真正取

得突破，在生产中发挥作用。清华大学自动化系、XX大学精密仪

器学院、大学、石油大学等都在这一方面做过研究。如：中洛线

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（中原—）首站到滑县段安装了XX大学研制的管道运行状态及

泄漏监测系统（压力波法），东北管道局1993年应用清华大学研

制的检漏系统（以负压波法为主，结合压力梯度法）进行了现场

试验。

2管道泄漏监测技术的研究

通过对国外各种管道泄漏检测技术的分析对比，结合油田输

油管道防盗监测的特殊要求，胜利油田油气集输公司等单位组织

开展了广泛深入的调查研究。

防盗监测系统的技术关键解决两方面的问题：一是管道泄漏

检测的报警，二是泄漏点的精确定位。针对这两项关键技术胜利

油田采用的技术思路是：以压力波（负压波）检测法为主，和流

量检测法相结合。

2.1系统硬件构成

①计算机系统:在管道的上下游两端各安装了一套工业控制计算机,

用于数据采集及软件处理。

②一次仪表:压力变送器

温度变送器

流量传感器

③数据传输系统:两套扩频微波设备，用于实时数据传输。

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扩频微波

压

力

监

测

温

度

监

测

流

量

监

测

工业控制计算机

压

力

监

测

温

度

监

测

工业控制计算机

孤岛首站

输油管道

永安站

管道泄漏监测系统结构图

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2.2检漏方法

2.2.1负压波法

当长输管道发生泄漏时，泄漏处由于管道外的压差，使泄漏

处的压力突降，泄漏处周围的液体由于压差的存在向泄漏处补

充，在管道产生负压波动，这样过程从泄漏点向上、下游传播，

并以指数律衰减，逐渐归于平静，这种压降波动和正常压力波动

大不一样，具有几乎垂直的前缘。管道两端的压力传感器接收管

道的瞬变压力信息，而判断泄漏的发生，通过测量泄漏时产生的

瞬时压力波到达上游、下游两端的时间差和管道的压力波的传播

速度计算出泄漏点的位置。为了克服噪声干扰，可采用小波变换

或相关分析、基于随机变量之间差异程度的kullback信息测度检

测等方法对压力信号进行处理。前联从20世纪70年代开始研究

和使用自动检漏技术，负压波检漏系统的普及，使输油管线泄漏

事故减少88%。负压波的传播规律跟管道的声音、水击波相同，

其速度取决于管壁的弹性和液体的压缩性。国曾经实测过原油管

道在平均油温44℃、密度845kg/m3时的水击波传播速度为

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1029m/s。对于一般原油钢质管道，负压波的速度约为1000～

1200m/s，频率围0.2～20kHz。负压波法对于突发性泄漏比较敏感，

能够在3min检测到，适合于监视犯罪分子在管道上打孔盗油，

但是对于缓慢增大的腐蚀渗漏不敏感。

负压波法具有较快的响应速度和较高的定位精度。其定位公

式为：

L

X

Δx

p

1

p

2

上下游分别设置压力测点p

1

、p

2

，当管线在X处发生泄漏时，泄

漏产生的负压波即以一定的速度α向两边传播，在t和t+τ

0

时刻

被传感器p

1

、p

2

检测到，对压力信号进行相关处理，式中α为波速，L

为p

1

、p

2

之间的距离

未发生泄漏时，相关系数Φ（τ）维持在某一值附近；当泄漏发生时，Φ

（τ）将发生变化，而且当τ＝τ

0

时，Φ（τ）将达到最大值。

上游

泵站

下游

泵站









T

T

T

dttptp

T

)()(

2

1

lim)(

41



),(





LL



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理论上：

解出定位公式如下：

式中：X泄漏点距首端测压点的距离m

L管道全长m

a压力波在管道介质中的传播速度m/s

0

上、下游压力传感器接收压力波的时间差s

由以上公式可知要实现准确的定位，必须精确的计算压力波在管道介

质中的传播速度a和上、下游压力传感器接收压力波的时间差

0



①压力波在管道介质中传播速度的确定

压力波在管道传播的速度决定于液体的弹性、液体的密度和管材的弹

性：

1

)]/)(/[(1

/

CeDEK

K









式中



——管压力波的传播速度，m/s；

K——液体的体积弹性系数，Pa；

——液体的密度，kg/m3；

E——管材的弹性，Pa；

D——管道的直径，m；





LX



2

0

)(

2

1

0

LX

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e——管壁厚度，m；

C

1

——与管道约束条件有关的修正系数；

式中弹性系数K和密度ρ随原油的温度变化而变化，因此，

必须考虑温度对负压波波速的影响，对负压波波速进行温度修

正。在理论计算的基础上，结合现场反复试验，可以比较准确的

确定负压波的波速。

②压力波时间差

0

的确定

要确定压力波时间差

0



，必须捕捉到两端压力波下降的拐点，

采用有效的信号处理方法是必须的，如：Kullback信息测度法、

相关分析法和小波变换法。

③模式识别技术的应用

正常的泵、阀、倒罐作业等各种操作也会产生负压波。为了

排除这些负压波干扰，在系统中采用了先进的模式识别技术，依

据泄漏波与生产作业产生的负压波波形等特征的差别,经过现场

反复模拟试验,提高了系统报警准确率,减少了系统误报警。

2.2.2流量检测

管道在正常运行状态下，管道输入和输出流量应该相等，泄漏发生时

必然产生流量差，上游泵站的流量增大，下游泵站的流量减少。但是由于

管道本身的弹性及流体性质变化等多种因素影响，首末两端的流量变化有

一个过渡过程，所以，这种方法精度不高，也不能确定泄漏点的位置。德

国的阿尔卑斯管道公司（TAL）原油管道上安装使用了该系统，将超声波

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流量计，夹合在管道外进行测量，然后根据管道温度、压力变化，计算出

管道总量，一旦出现不平衡，就说明出现泄漏。日本在《石油管道事业法》

中也规定使用这种检漏系统，并且规定在30s中检测到泄漏量在80L以上

时报警。流量差法不够灵敏，但是可靠性较高，它跟压力波结合使用，可

以大大减少误报警。

3应用效果与推广情况

经过胜利油田组织的专家验收和现场试验，系统达到的主要

技术指标：

①最小泄漏量监测灵敏度：单位时间总输量的0.7％；

②报警点定位误差：≦被测管长的2％；

③报警反应时间：≦200秒。

胜利油田输油管道泄漏监测报警系统整体水平在国居于领

先地位，应用效果和推广规模都是较好的，目前胜利油田油气集

输公司输油管道上已经推广应用检漏系统，取得了明显的效益，

多次抓获盗油破坏分子，有力地打击了盗油犯罪，为油田每年减

少经济损失1000多万元，为管道的安全运行提供了保证。

４结论

4.1采用负压波与流量相结合的方法监测输油管道的泄漏是

有效的、可靠的；

4.2依靠油田局域网进行实时数据传输能够提高泄漏监测系

统的反应速度，能够实现全自动的泄漏监测报警与定位；

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4.3在油田输油管道安装管道泄漏监测系统能够确保管道安

全运行,明显减少管道盗油事故的发生,具有明显的社会效益和经

济效益。

参考文献

1、《管线状态监测与泄漏诊断》化工自动化与仪表王桂增等

2、《原油管道泄漏检测与定位》仪器仪表学报靳世久等

3、Designingacost-effectiveandreliablepipelineleak-detectionsystemDr

JunZhangPipes&PipelinesInternationalJanuary-February1997

4、WAl-RafaiandRJBarnesUnderlyingtheperformanceofreal-time

software-badpipelineleak-detectionsystemsPipes&PipelinesInternationalNov-Dec.

1999