目前可以应用于输气管道的泄漏检测方法有许多种,主要的泄漏检测方法有质量/体积平衡法、应用统计法、负压波法、瞬态模型法、分布式光纤法和音波法等。
(1)质量/体积平衡法
质量/体积平衡法是指通过查看管道起终点的标况体积或质量是否一致或在允许的范围内,以进行检测的方法。若起终点的气体质量或体积之差超过范围,可认为管道发生了泄漏。这一方法适用于稳定流动和管道中间没有分支的情况,满足条件时,方法的性较高,但是由于气体的可压缩性,造成了泄漏判断的及时性较差。此方法不能检测小流量泄漏,且无法计算泄漏发生的地点。
(2)应用统计法
采用应用统计法时,不需要知道管道模型,只需要知道管道起终点的流量和压力,通过不断的计算压力和流量之间的关系来判断管道是否发生泄漏。当不锈钢管件管道处于正常工况时,管道起终点的压力和流量之间的关系保持不变,而当管道发生泄漏时,它们之间的关系就会发生变化,使用序贯概率比检测可以识别这种变化。若管道发生了泄漏,则可以通过小二乘法确定泄漏发生的位置。此方法对测量仪表的要求较高,但它不需要计算管道模型,其应用前景颇好。
(3)负压波法
当管道中间某一点发生泄漏时,泄漏点处的气体流到管外,造成泄漏点处管内气体的密度下降,压力下降,这种压力下降趋势以声速向管道两端传播,形成负压波。管道起终点的压力传感器接收到发生下降的压力波形,利用波形的下降进行泄漏判断,同时根据负压波从泄漏点传播到管道两端的时间差确定泄漏位置。由于不锈钢三通管道在正常运行时,如开关阀、泵也可以产生负压波,因此只有区分这两种负压波才能进行泄漏检测。根据两种负压波产生的方向不同,可以通过在管道起终点分别安装两个压力传感器的方法,去掉场站中开关阀、泵产生的负压波。根据两种负压波的波形特征的不同,靳世久等人提出了一种模式识别的方法,用于进行泄漏检测。此方法适用于管道发生较大泄漏的情况,此时的检测及时性和定位精度都较好,当管线发生的泄漏是微小泄漏或缓慢泄漏时,检测效果不佳。
(4)瞬态模型法
瞬态模型法主要是利用质量、动量和能量平衡以及气体的状态方程来建立气管道的管内气体流动数学模型,将管道起终点的压力、流量等参数输入模型,计算值,然后将模型计算出的值和传感器采集的值比较,若两者的偏差大于范围,则认定输气管道某一点发生了泄漏,进而由压力梯度的变化便可得知是哪里发生了泄漏。气体流动的数学模型是以稳定流为基础,故用瞬态模型法检测非稳定流时效果不理想,此外,这一方法的误警报率较高。
(5)分布式光纤法
分布式光纤法主要是指基于Sagnac光纤干涉仪的泄漏检测方法。此方法要求事先将传感光纤放入管道中,若管道发生泄漏,则泄漏点处泄漏的气体会对光纤产生冲击,导致光纤中的光波相位发生变化,利用这一变化可以进行泄漏检测和定位。由于光纤不受管内介质的腐蚀和管中高压的影响,故使用寿命较长。分布式光纤法定位,反应灵敏,但成本太高,施工维护不便。
(6)音波法
当管道发生泄漏时,泄漏点处产生泄漏音波,并向不锈钢弯头管道两端传播,管道起终点的音波传感器捕捉传过来的泄漏音波,之后与数据库中的模型比较,看管道是否发生泄漏,以及泄漏量的大小,并根据泄漏音波传到管道起终点的时间差进行泄漏定位。此方法具有较好的灵敏性和定位精度,具有很大的发展潜力。