1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1. 1引言

现代石油化工企业连续生产、设备结构复杂，介质多经管道输送，且具有高温、高压、易燃、易爆、易腐蚀、易中毒等特点。工艺流程中各类设备及管道大量采用阀门、法兰和螺纹等连接形式，各类有毒、有害介质容易发生泄漏。这样既浪费资源，污染环境，还可能造成火灾和重大事故。2005年11月13日，中国石油吉林石化公司双苯厂苯胺装置发生危险化学品特大燃爆事故，除造成8人死亡，1人重伤，59人轻伤，疏散群众1万多人外，还造成了松花江水和邻国水域的严重污染，其经济损失难以估算^[1] 。因此，通过先进专业的泄漏检测方法，开展企业装置设备的泄漏检测，查找泄漏源和泄漏隐患，对确保企业安全生产、职工身体健康意义重大，同时也可以为安全生产监督管理部门提供技术支持。

1. 2泄漏

1. 2. 1泄漏现象及原因

泄漏是指处理、储存或输送可燃物质的容器、机械或设备因某种原因造成可燃物质泄漏到外部或助燃物质进入容器内部的现象。

漏入的空气或流体与静设备内处理的流体之间可能会发生危险反应及生成副产品等，从而使真空装置的运转非常危险，即使不造成爆炸事故，也会由于物质的种类不同诱发腐蚀而经常引起事故。原因如下：

a）设备方面：包括腐蚀、侵蚀、裂痕、变形、疲劳、老化、吸收废气等引起的材料变化；脱碳和渗碳引起的材质变化；设备、配管的伸缩与热膨胀；蠕变、低温脆性等。

b）运转方面：包括异常升温、降温；异常升压、降压；流速、流量异常；液面异常升降或抖动；堵塞、结水垢；冻堵、水锤作用；热平衡或原料平衡被破坏；停电、停水、停气等。

c）维护方面：包括检查失误、试验检查时未发现某些缺陷；维修方法不当；保养不当；组合不良；螺栓连接不良；维护不良引起不均匀受力等^[2]。

1. 2. 2易发生泄漏部位及原因

a）机械连接部位： 压力容器与配管系统相连接或配管之间相连接，因使用的法兰、阀帽等机械及密封不良易造成泄漏。

b）流动复杂的地方： 管道配管的分支点，弯曲部如果采用焊接结构，由于内表面不光滑，易发生乱流和涡流，从而引起腐蚀，这些部位在结构上也容易发生缺陷，当内部流体具有腐蚀性时也会促使泄漏发生。此外，在排泄管、分支管、阀门下游等处流速变慢或容易停滞的地方也容易引起泄漏。如果发生腐蚀,其流动情况更加复杂，由于壁厚减薄，此处应力增加，则发生塑性变形或发生破坏。

c）产生相变的地方： 当内部流体发生反应或引起蒸发时，产生相变的地方会促进腐蚀而容易引起泄漏。

d）产生温差的地方： 存在温差的地方由于易产生热应力，应力腐蚀破裂，故易产生泄漏。

e）有残余应力的部位： 焊接部位及经冷加工而存在残余应力的地方，由于易发生腐蚀及应力腐蚀破裂，所以易产生泄漏。特别是碳钢及低合金钢由于碱液、碳酸液、硫化氢、氨等的作用或奥氏体不锈钢，由于含有氯离子的溶液、硫酸溶液、碱液、高温水蒸汽的作用等都容易引起应力腐蚀破裂。

f）不同金属相接触的部位：将不同金属浸渍在溶液中时，由于产生电位差，所以易发生腐蚀。另外，由于膨胀系数差，易产生热应力，所以常造成应力腐蚀破裂，热疲劳破裂等引起泄漏。

g）振动激烈的部位：由于从往复运动机械传来的机械振动，管内流体的脉冲流动，短时的流动变化而产生的冲击力、风力、地震力等都可使配管发生振动，由于此振动受到交变应力的作用，在强度较薄弱的部位常发生破损而引起泄漏^[3]。

1. 3常用泄漏检测方法及其特点

泄漏检测方法很多，根据检测方式的不同， 泄漏检测方法可分为直接检漏和间接检漏两类。按照所采用的检漏方法能否检测出泄漏率的大小又可以分为定性检测方法和定量检测方法；按照设备所处的状态又可以分为压力检漏和真空检漏法^[4]。而对一种泄漏检测方法的评价主要包括：灵敏性、定位精度、准确性、适应能力和性价比^[5]。下面根据最后一种方法分类方法加以简单说明：

1. 2. 1压力检漏法

将被检设备或密封装置冲入一定压力的示漏物质，如果设备或密封装置上有漏孔，示漏物质就会通过漏孔漏出，用一定的方法或仪器在设备外检测出从漏孔漏出的示漏物质。从而判定漏孔的存在、具体位置及泄漏率的大小。属于压力检漏法的有水压法、压降法、听音法、超声波法、气泡法、集漏空腔增压法、氨气检漏法、卤素检漏法、放射性同位素法等。

1. 2. 2真空检漏法

被检设备或密封装置和检漏仪器的敏感元件均处于真空中，示漏物质施加在被检设备外面，如果被检设备有漏孔，石楼物质就会通过漏孔进入被检设备内部和检漏仪器敏感元件所在的空间，由敏感元件检测出示漏物质来，从而可以判定漏孔的存在、具体位置以及泄漏率的大小。属于真空检漏法的有静态升压法、液体涂敷法、放电管法、高频电火花检漏法、真空计检漏法、卤素检漏法等。

1. 2. 3其它检漏法

其它检漏法包括示踪气体封入法、气瓶法、半导体检漏法、荧光检漏法等。

压力检漏法、真空检漏法及其他检漏方法特点、现象、检漏设备以及最小可检泄漏率示于表1、表2、表3中^[6-11]。

表1 压力检漏法

表1 续

表2 真空检漏法

表2 续

表3 其它检漏法

1. 4国内外泄漏检测方法研究现状及趋势

最早的设备检漏方法是目测、鼻闻和耳听，然后发展到使用皂膜检漏(目前我国的石化企业仍主要使用的这类技术)，后来发展到使用便携式的检测器检测，利用超声波或红外光学摄像协助检漏的技术等。国外研究泄漏检测和管理技术已经很多年，并且取得了重要成果，形成了较为完整的泄漏检测管理和维修体系，并制定了相关的法律法规和技术文件。美国环保局(USEPA) 已经推行”泄漏探测与维修”(简称LDAR) 计划，并且就逸散性泄漏（此类泄漏主要来自设备的密封和工艺采样或排放口)检测制定了具体的操作规程^[12]。1993年制订了《挥发性有机化合物泄漏的测定》(简称方法21) ^[13]。方法21 提出了VOC 泄漏的检测对象、检测仪器种类及其性能指标的基本要求和检测步骤。为了帮助企业达到相应的法规要求，一些专业泄漏检测及维修公司应运而生，这些公司都配有专业的技术人员和各种专业的泄漏检测设备。从开始实施LDAR 至今，欧美日炼油企业已经在环境保护、能源节约和安全生产等方面取得显著的经济效益和社会效益。

我国石油化工系统十分重视工厂的泄漏问题，开展了大量”无泄漏工厂”的研究工作，国内学者也进行了有关泄漏检测的研究^[14－22]。邹兵、朱胜杰等对石化装置苯泄漏检测及危害控制方法进行了研究^[14]，对石化装置苯泄漏的危害、苯泄漏的检测方法进行了评述。姜素霞、严龙等对基于神经网络评估的密封点泄漏检测技术进行了研究^[15]，介绍了运用神经网络评估方法对石化生产装置泄漏风险进行量化评估的主要程序。在某炼油厂柴油加氢精制装置进行了应用。姜素霞、高少华等对石化生产装置微量泄漏检测方法及应用进行了研究^[16]，以石化装置为例介绍了生产装置微量泄漏的含义、适用的检测仪器种类以及泄漏检测的具体做法。戴光、王新颖等对承压阀门内漏声学检测方法进行了研究^[17]，分析了承压阀门内漏过程中流体流动状态，以及声源产生机理，建立了阀门泄漏产生的声源信号幅度与内漏率的一般关系。张艾萍、金建国对声发射检漏仪在阀门密封性检验中的应用进行了研究^[18]，提出了利用声发射技术检验电厂阀门密封性的方法，而且可以确定阀门的内漏程度，为检修工作提供了依据。王朝晖、张来斌等利用声发射技术对管道泄漏检测进行了试验研究^[19]，试验验证了应用声发射技术进行管道泄漏检测的可行性。从国内外泄漏检测工作的发展历程看，泄漏检测的发展趋势是泄漏检测工作逐步规范化和专业化。规范化就是建立相关法律法规、技术规范和标准，要求企业重视泄漏问题，解决泄漏问题。专业化就是泄漏检测工作有专业的检测机构来完成，使用先进科学的泄漏检测仪器设备，对企业泄漏现状进行检测评估，提出解决问题的对策和方案。但目前国内没有相关的泄漏检测技术标准和规范，企业泄漏检测多采用操作工巡检过程中目视、鼻闻、耳听和皂膜检漏的原始方法，或是携带便携式报警仪器，以声光报警的方式来确定设备密封点是否有泄漏。但这些方法都有一定的局限性。同时国内也没有专业的泄漏检测公司为相关企业提供泄漏检测技术服务^[23]。

化工装置通常有罐、管道、法兰、阀门、塔、炉、器、机、泵、其它如釜、槽、桶、瓶、沟、池、室等组成^[24]。

而在石油化工装置中，设备间常以管道输送物质，法兰是管道、管件、阀门、仪表和设备等进行连接的最重要、最常见的形式之一^[25]。

我国对于管道泄漏技术的研究起步较晚，但发展很快。1988年方崇智提出了基于状态估计的观测器的方法；1989 年王桂增提出了一种基于Kull－back信息测度的管线泄漏检测方法；1990年董东提出了采用带时变噪声估计器的推广Kalman滤波方法；1992年提出了负压波法泄漏检测法；1997，1998年天津大学分别采用模式识别、小波分析等技术对负压波进行了很大程度的改进；1997年唐秀家等人首次提出了基于神经网络的管道泄漏检测模型;1999年张仁忠等提出了压力点分析( PPA ) 法和采集数据与实时仿真相关分析法相结合的方法；2000年胡志新等提出了分布式光纤布拉格光栅传感器的油气管道监测系统；2002年崔中兴等介绍了声波检漏法；2003年胡志新提出了基于Sagnac光纤干涉仪原理的天然气管道泄漏检测系统理论模型^[26]；2003年潘纬等利用小波分析方法来分析信号的奇异性及奇异性位置，来检测天然气管线泄漏^[27]；2003年夏海波等提出了基于GPS时间标签的管道泄漏定位方法^[28];2004年白莉等提出了一致最大功效检验探测泄漏信号^[29]；2004年吴海霞等运用负压波和质量平衡原理，采用模糊算法和逻辑判断法，利用压力、流量和输差三重机制实现了对原油管道的泄漏监测及定位、原油渗漏监测和报警^[30]；2004年伦淑娴等利用自适应模糊神经网络系统的去噪方法可以提高压力信号^[31]；2005年张红兵等介绍了根据管道的瞬态数学模型^[32]，并应用特征线法求解进行不等温输气管道泄漏监测；2005年刘恩斌等研究了一种新型的基于瞬态模型的管道泄漏检测方法^[33]，并对传统的特征线法差分格式进行了改进，将其应用于对管道瞬态模型的求解；2005年朱晓星等提出了将仿射变换的思想应用到基于瞬态压力波的管道泄漏定位算法中^[34]；2005年白莉等将扩展卡尔曼滤波算法^[35]，应用于海底管道泄漏监测与定位；2006年白莉等利用多传感器的信息融合思想^[36]，提出分布式检测与决策融合方法进行长距离海底管线泄漏监测；2006年提出了一种基于MachZehnder光纤干涉原理的新型分布式光纤检漏测试技术^[37] 。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1. 对泄漏检测的方法的相关文献进行查阅并进行综述。