摘要：本文介绍了管道泄漏检测定位方法，阐述了检测定位的性能、动态体积流量平衡检漏法及负压波法泄漏定位,基于数据通信协议，将两地实时测量的原始数据利用管道中流体流量体积守恒原理建立数学模型，在生产控制系统中进行组态，检测海管是否发生泄漏及泄漏量,建立一整套泄漏监测系统，准确地发现海底管线泄漏、泄漏定位和泄漏量大小等问题，实现海底管线泄漏报警,提高海管泄漏应急反应速度。
关键词：海底；天然气；管道；泄漏；体积流量守恒；负压波；定位
目前，世界油气管道天然气管道网络化，将出现更多的跨地区天然气输送网络,连接多个气源、储气库和千家万户，随着中国国家管网公司的成立，中国海油南海万亿大气区的建设，后续气田将依托已建成的连通粤港澳大湾区和海南自由贸易港天然气管网大动脉接入全国天然气管网。崖城13-1气田海底输气管道是由一条直径28英寸、全长778公里输送天然气给下游用户。海底管线在使用过程中可能受多种因素的影响而发生损坏泄漏，海底长输管线无法通过人员目视巡检等方式来连续监测管线泄漏，如发生泄漏不能及时发现及定位，会给气田造成巨大的经济损失，带来巨大的环境污染问题。
1泄漏监测定位方法
管道泄漏检测与定位技术从技术分类，分为基于硬件的泄漏检测方法和基于软件的泄漏检测方法，明显优于基于硬件的泄漏检测方法，在基于软件的泄漏检测方法中，动态质量平衡原理、负压波法监测管道泄漏的应用范围较广。
1.1泄漏监测定位的性能
管道泄漏自动检测系统如果能够准确定位泄漏点、计算泄漏量及时准确连续监控泄漏，可以最大限度地减少经济损失和环境污染及更大危险的发生。对一种泄漏检测方法的优劣和性能的评价，主要从定位精度、检测时间、泄漏检测的范围及误报警率这几个方面进行评价。
1.2动态体积流量平衡检漏法
动态体积流量平衡检漏法是输气管道泄漏检测的基本方法，主要利用传输流体的物理性质来计算管道出入口输气体积流量差，并得到管道内部流体的体积变化。在没有泄漏发生时，管道两端输入、输出天然气体积变化量应当等于管道内部天然气管存的变化量；若有泄漏发生，管道输入、输出变化量与管道内天然气管存变化量会产生一定的偏差。该方法具有原理简单、操作简便易行的优点，但是，只能作为判断海管泄漏的方法，计算大概的泄漏量，并且无法对泄漏点进行准确定位。
1.3负压波法泄漏定位
当管道破裂发生泄漏时，由于泄漏部位的物质损失、此处流体密度减小，导致此处流体的压力突然降低，产生一个负压波。负压波以一定波速向海管两端传播，负压波在海管的波导作用下能够传播较远距离，安装在管道两端的压力传感器根据监测的压力变化情况，若在一定距离的管道两端安装压力传感器以捕捉这种包含泄漏信息的负压波，通过对上下游站点负压波的相关性分析，通过分析判断是否发生油气泄漏。而由负压波的传播速度和管道始末两端压力传感器捕捉到的负压波到达的时间差，根据两端变送器收到该波的时间差及传播速度计算出泄漏位置进行定位。
2泄漏监测与定位系统设计与实施
利用崖城气田现有的仪器仪表及生产控制系统，根据海管工况及现有的海管测量参数深入分析研究，将气田和陆地天然气终端两地实时测量的原始数据利用管道中流体流量体积守恒原理和负压波法定位原理建立数学模型，在生产控制系统设计一整套海底管线泄漏监测及漏点定位系统。
2.1泄漏监测与定位系统结构
利用平台及终端原有的测量装置，装置包括温度传感器、压力传感器、流量计、超级流量计算机、DELTAV生产控制系统、工业控制计算机、工业自动化网络、调制解调器和卫星通信等组成。系统运行时，海管现场信号经过传感器、变送器送到DELTAV系统数据采集卡，集散控制系统对采集的信号进行逻辑运算，分析处理。平台与香港终端之间数据实时交换，实时计算管存量，通过体积流量守恒原理，判断是否发生泄漏，会给出报警信息，对泄漏点进行定位。
2.2泄漏定位系统硬件组成
泄漏定位系统硬件主要包括气田使用的压力传感器、温度传感器、高级孔板流量计、超声波流量计及DELTAV集散控制系统等组成。在这多传感器系统中，各种信息的多样性以及对信息处理的速度要求高，对多种信息进行获取及处理，取得内在的联系与规律，进行信息删选与剔除，实现数据信息优化。
2.3泄漏监测与定位系统软件设计
安装在崖城气田的泄漏监测与定位系统的软件主要包括数据采集及保存、数据发送与接收、历史数据分析和文件服务四个模块，可以实现海管数据采集与保存、接受和保存香港终端海管出口数据、综合分析海管数据进行泄漏报警和定位、报警和定位信息的自动保存、历史数据分析、系统参数设置以及文件服务等功能。
2.3.1软件的主界面
人机主界面显示，崖城气田天然气用户流量计量汇总表及香港管线管存量计算、香港终端天然气流量计量汇总、平台海管入口基本参数采集和香港终端海管出口参数采集等数据信息。主界面通过泄漏值实时监测趋势图、平台与香港管线的压力温度历史曲线图等显示相关趋势图，通过泄漏阈值参数设置、泄漏值显示与报警设置，及时发出警报进行操作提示。
2.3.2天然气用户流量计量汇总
实时采集平台天然气每个用户的压力温度流量参数，计算出当天从零点开始的实时累加值，干气压缩机出口天然气总累加值，根据这些累计值计算出当天输入香港海管流量体积，再减去香港终端下游用户及锅炉用气，高压吹扫排放气用气当天的累加值，就得到当天海管天然气实时增加的流量体积。优化海管计算管存量算法，计算结果达到了国际商业贸易计量的要求，根据海管两端的压力和温度计算海管实时的标准天然气存量。
2.3.3泄漏报警及泄漏量实时监测
根据流量体积守恒原理，计算泄漏量，实时监控。正常情况下，泄漏量的理论值为零。但在测量误差，系统误差影响下实际值在0～2百万立方英尺波动。泄漏报警根据体积流量守恒，从当天的零点开始计算实时的累计增量加上零点是海管的管存量与实时的计算的管存量相比，超过系统设定的阈值时，“LEAKAGELOSS”值变红色并闪烁，系统发出报警声进行提示。“LEAKAGESP”阈值可以点击显示数值进行设定。
2.3.4泄漏点定位
泄漏报警触发后，预设好的压力检测趋势图按钮调取历史曲线，查看压力历史趋势图，捕捉平台检测到负压波的时间，当泄漏时，负压波向两端传播，两端压力历史曲线正常应该是比较平稳，波动不大，泄漏时会产生突降曲线，把曲线光标移动压力拐点上，该点时间即为检测到负压波的时间，捕捉检测到负压波的时间，系统计算两地检测到的时间差，计算出泄漏点的位置，对泄漏点进行定位。
2.4泄漏案例验证
海管大修时，香港海管压力需要降低至维修压力点5723kPa，降压期间，平台天然气输入海管的气量减小，香港终端销售气量加大，在系统中将销售瞬时流量保持不变，模拟海管泄漏，当海管压力下降，计算后的海管管存增量小于海管两端输入输出海管的实际增量，当差值大于泄漏量定值时，系统泄漏报警。将2013年香港海管受外力拖拉发生泄漏时的原始参数输入数学模型，设定值为28.317万立方米时，当泄漏量大于设定值时，海管的压力下降140kPa，系统泄漏报警。根据海底管线压力历史趋势图，获取负压波的拐点时间，相关数据输入系统计算为498.88公里处发生泄漏，实际发生泄漏点为500公里处。
3结语
体积流量守恒在海底长输气管线泄漏监测系统有应用原理简单、误报警率低和精准检漏等方面的优势。压力传感器准确捕捉提取海管两端接收到负压波时间，实现管线泄漏点实时准确定位，运行稳定。在较小体积流量损失时，做到提前报警、定位，可以最大限度地减少经济损失和环境污染，为泄漏事故发生时应急响应争取了时间，防止事故扩大。这套泄漏监测系统安装在崖城13-1气田，并通过模拟泄漏测试及实际测试，系统成功地提前预警，较小体积流量泄漏报警，实现了海底管线泄漏检测及泄漏点定位。
作者：刘文山 廖鸿 唐俊冰 王子佳 单位：中海石油（中国）有限公司崖城作业公司