天然氣管道專業監測技術的創新

山東萊蕪職業技術學院

天然氣管道專業監測技術的創新

朱建軍 孫曙光

山東萊蕪職業技術學院

輸送管道是輸送液體的載體，管道泄漏檢測可使用集中監測的方法，在管道內部設置監控系統，當管道內部破裂導致泄漏后會發生報警。配送管道校準是利用儀器探測甲烷濃度，要求每臺儀器所測甲烷濃度上限為50mg/L，探測時使用火焰電離和催化珠探測器。聲波預警技術可以通過天然氣或者汽油泄漏前產生的聲波提前測試泄漏位置。分布式光纖安全預警系統可以降低檢測時間，當發現因第三方施工等造成管線破損時可及時報警，讓工作人員在最短時間內采取有效措施，降低危險發生的幾率并防止天然氣泄漏造成的浪費。

監測；預警；傳感器；泄漏；天然氣管道；檢測

1 管道分類

（1）輸送管道。輸送管道是輸送液體的載體，其管道泄漏檢測可使用集中監測的方法，在管道內部設置監控系統，當管道內部破裂導致泄漏后會發生報警。這種監測方法對于管道內為液體的情況適用，由于天然氣本身具有高壓縮性，在泄漏時并不會引起氣壓下降，因此外部的感應可以通過氣壓變化來檢測泄漏的故障點[1]。這種監測系統對液態烴監測針對性強，卻并不適合天然氣。

（2）配送管道。配送管道校準是利用儀器探測甲烷濃度，要求每臺儀器所測甲烷濃度為上限50mg/L，探測時使用火焰電離和催化珠探測器[2]。火焰電離是依托于巡檢檢測器的原理，但是火焰電離探測器長期用于泄漏監測也體現出一定的局限性。火焰電離采用的原料為氫氣，其化學性質活潑，易與空氣接觸發生爆炸，因此增加了危險性。但氫氣能與多種烷烴類化合物進行反應，可充分檢測出石油管道內的化學物質。

2 催化燃燒傳感器設計

（1）原理。催化燃燒傳感器通常應用于感應100mg/L（0.2%爆炸下限的甲烷）至爆炸極限下限范圍的天然氣和其他可燃氣體。當甲烷氣體濃度高于5mg/L時，可使用導熱傳感器和催化珠同步來測量濃度。燃燒傳感器的測量下限會受到很多因素影響，最主要的因素是燃燒傳感器的噪音和漂移鑒別能力[3]，兩者中噪音因素影響最大。噪音會引起周圍氣體體積的變化，噪音越大，周圍空氣膨脹系數變得越大，便可產生共振效應。此外，燃燒傳感器的測量下限大小決定了催化儀器的檢測能力，為更加準確地檢測氣體泄漏，燃燒傳感器可以根據實際調整參數，擴大下限。

（2）測量性能。綜合分析各種催化燃燒傳感器，以Gas—Rover儀器性能最好，當甲烷濃度為l mg/L以上時都可檢測出泄漏狀況。溫度傳感裝置控制的是溫度浮動變化關系，溫度越高傳感器的感應度就越低，這時因為如果溫度過高，就會使感應裝置的感應元件超過了測量界限，只能選最大的測量溫度標準作為監測的最終結果。為了提高傳感器的下限檢測能力，可以通過催化傳感器珠輔助測量，該設備包括一個活性珠和一個非活性珠，可以根據不同環境條件得出不同的測量結果。

3 監測技術的種類與應用

（1）負壓波法。負壓波法是一種相對較成熟的監測技術。天然氣具有很好的可壓縮性，與原油和成品油相比，天然氣的壓力、密度等物理參數變化幅度相對較大[4]。管道傳輸要保證信號的失真和衰減在一定范圍內，如果信號失真衰減速度過快，則會造成負壓波泄漏監測方法在監測工作中失敗，所以負壓波法主要應用于原油和成品油的檢測。

（2）次聲波法。管道在傳輸過程中常見問題除了信號失真與衰減外，還會因天然氣泄漏產生頻率較低的聲波（次聲波）信號。由于產生次聲波的時間和強弱有所不同，可以根據這一特點安插裝置來接收并分析輸送管道兩端的次聲波，實現對管道泄漏進行監測和定位。

（3）實時瞬態模型法。很多技術和產品在開發和制造過程中需要建立不同的力學模型。通過建立管道流體力學和水力學模型，可以對管道工作狀態進行仿真。通過對仿真結果進行分析，可以對管道的泄漏方位進行判斷。雖然這種瞬態模型法的檢測準確度較高，但是也有一定的劣勢，如成本較高，管道檢測過程十分復雜。

4 安全預警技術

（1）聲波預警技術。聲波預警技術可以通過天然氣或者汽油泄漏前產生的聲波提前測試泄漏位置。具體操作中，把預測儀器放在輸送管道兩端進行聲波采集監控，通過對現場監控采集到的信號進行實時處理和分析。為了能夠得到更為準確的測試結果，需要安裝高精度傳感器，但是又有前期資金投入和后期維護成本較高的缺點。為了降低成本，只對重點防護的管段進行預警儀器安裝。

（2）分布式光纖預警技術。分布式光纖安全預警系統可以降低檢測時間，在實際檢測中，當發現因第三方施工等造成管線破損時，可及時報警，讓工作人員在最短時間內采取有效措施，降低危險發生的幾率并防止天然氣泄漏造成的浪費。此系統采用感光器件，可以使用直埋通信系統光纜進行檢測，降低了資金成本，并且靈敏度較高，能夠區分信號噪聲的干擾，降低誤報率。

（3）其他安全預警技術。除了以上兩種預警技術，還有其他監測預警技術，例如利用光纖光柵傳感與地震波檢測的管道滑坡預警技術也是相對應用較廣的新技術。但是這些技術只針對一些特定目的的管道預警監測，在工程方面的應用相對較少。

[1]中國石油管道公司．油氣管道安全預警與泄漏檢測技術[M]．北京：石油工業出版社，2010.

[2]曹凱，李秋揚，王曉東．長輸管道防盜監控技術及其應用[J]．油氣儲運，2009，28（5）：77-80．

[3]吳海榮，熊新國．液氯生產工藝改進[J]．氯堿工業，2008，12（24）：22-25．

[4]劉會娟．大慶油田天然氣埋地管道泄漏的防護[J]．油氣田地面工程，2012，31（2）：69.

（欄目主持 關梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.046