輸氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)發(fā)展及適應(yīng)性

李強(qiáng)

摘要：管道輸送是目前天然氣運(yùn)輸方式中最為重要的途徑之一，具有輸送平穩(wěn)、可連續(xù)、輸送量大、費(fèi)用低、額外損耗低的諸多優(yōu)勢(shì)，被廣泛的應(yīng)用于世界各地。在管道輸送大力發(fā)展的形勢(shì)下，輸送管道的安全檢測(cè)成為了維護(hù)管道安全運(yùn)行的保障。本課題調(diào)研了目前常用的管道泄漏安全檢測(cè)技術(shù)方法，針對(duì)于課題設(shè)計(jì)的大尺寸管道檢漏技術(shù)方法的適應(yīng)性進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：輸氣管道；泄漏；檢測(cè)技術(shù)

管道輸送也日益得到關(guān)注，如何保證天然氣管道高效安全運(yùn)行是目 前所需要研究的重要課題。泄漏檢測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用對(duì)天然氣管道安 全運(yùn)行起著重要的作用，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了大量研究，提出了 較多天然氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)，可大致分為基于硬件和基于軟件的兩類 方法，基于硬件的檢測(cè)方法主要是將特殊的探測(cè)傳感器應(yīng)用于氣體的泄 漏檢測(cè)當(dāng)中，而基于軟件的檢測(cè)方法則主要是通過壓力、溫度、流速等 系列管道參數(shù)的監(jiān)測(cè)，利用一定算法確定管道的泄漏情況。

1 輸氣管道泄漏的原因分析

當(dāng)前，輸氣管道事故產(chǎn)生的原因主要有以下兩點(diǎn)：第一，燃?xì)庋b置與燃?xì)夤芫W(wǎng)的腐蝕和老化等。燃?xì)庋b置與燃?xì)夤艿谰兄鄳?yīng)的運(yùn)用時(shí)間限制，管道在超限背景下運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)由于管道的老化損壞而造成泄露，進(jìn)而導(dǎo)致事故。因?yàn)楣艿栏浇寥赖乃釅A程度并不相同，對(duì)應(yīng)管道所發(fā)生的腐蝕同樣有所差異，具備較強(qiáng)腐蝕性的土壤會(huì)造成管道還未超限便非常容易出現(xiàn)管壁穿孔而造成泄漏。第二，違反相關(guān)規(guī)定占據(jù)燃?xì)夤艿馈?在天然氣裝置的上方位置又或是在安全距離范圍內(nèi)的進(jìn)行建設(shè)。

2 當(dāng)前常用的輸氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)

2.1 直接檢測(cè)技術(shù)

直接檢測(cè)最為常見的技術(shù)便是空氣取樣法。此技術(shù)包含了可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)器與火焰電離檢測(cè)器這兩種不同的檢測(cè)器。火焰電離檢測(cè)器的運(yùn)行機(jī)理如下：在目前所具備的電場(chǎng)背景下，烴類在純氫火焰燃燒之下所形成的帶電碳原子，碳原子被聚集于某個(gè)電極板中同時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，在碳原子的數(shù)目超出預(yù)先設(shè)定的數(shù)值的時(shí)候，便代表附近空氣里面有著濃度較高的可燃性氣體，監(jiān)測(cè)器便會(huì)發(fā)生警報(bào)。

2.2 常見檢漏方法

2.1.1 瞬變壓力管道檢漏

瞬變壓力管道泄漏檢測(cè)是基于管道兩個(gè)端點(diǎn)突變的壓力信號(hào)，進(jìn)行采集分析，評(píng)價(jià)泄漏的發(fā)生和泄漏的產(chǎn)生位置。該方法受管道尺寸和監(jiān)測(cè)點(diǎn)管道長(zhǎng)度影響較為嚴(yán)重，當(dāng)管線較長(zhǎng)、管道尺寸較大時(shí)，瞬變的壓力信號(hào)衰減較大，進(jìn)行處理分析時(shí)，無法非常良好的得到預(yù)期的目的，因此不適用于管道泄漏緩慢和長(zhǎng)距離輸送管道檢測(cè)。

2.1.2 流量平衡管道檢漏

流量平衡是基于管道兩個(gè)端點(diǎn)流量大小變化差別，來分析判斷管道輸送過程泄漏的發(fā)生。該方法應(yīng)用過程中，需要對(duì)整個(gè)輸送管道鋪設(shè)工況、輸入壓力變化等特殊條件進(jìn)行細(xì)微的分析，并需要大量的歷史和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和支持，才能有效的提高檢測(cè)可靠性。同時(shí)該技術(shù)只能判斷泄漏的發(fā)生，無法準(zhǔn)確的對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位。

2.1.3 管道動(dòng)力學(xué)檢漏

建立管道輸送過程的實(shí)時(shí)模型、瞬態(tài)模型和動(dòng)態(tài)相應(yīng)數(shù)學(xué)模型。通過建立的數(shù)學(xué)模型，對(duì)管道輸送過程動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行連續(xù)性求解， 演算管道輸送過程不同部位的參數(shù)，來判斷管道泄漏的發(fā)生，并進(jìn)行漏點(diǎn)定位。該方法需要建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，目前已應(yīng)用于液態(tài)介質(zhì)， 氣態(tài)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)過程存在誤差較大的情況，難以準(zhǔn)確的進(jìn)行數(shù)學(xué)建模。

2.1.4 音波法管道檢漏

音波法管道檢漏基于管道兩端音波傳感器接收到的聲波信號(hào)，并進(jìn)行檢測(cè)分析，判斷兩檢測(cè)點(diǎn)間是否有泄漏的發(fā)生，同時(shí)進(jìn)行漏點(diǎn)定位。由于采用的聲波監(jiān)測(cè)接收具有準(zhǔn)確可靠的特點(diǎn)，因此該技術(shù)方法具有較大的實(shí)用價(jià)值。

2.1.5 光纖法管道檢漏

光纖管道泄漏檢測(cè)根據(jù)光纖的布置模式區(qū)分為準(zhǔn)分布式和全分布式，主要兩者的區(qū)別是準(zhǔn)分布式式僅將光纖傳感器安裝在需要進(jìn)行檢測(cè)的某段之間，而全分布式將整條光纖鋪設(shè)在全干線管道上，獲取整個(gè)管道發(fā)生泄漏的情況。該技術(shù)具有非常高的靈敏度和檢測(cè)精度，能非常準(zhǔn)確的對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行定位。

2.3 多途徑間接檢測(cè)技術(shù)

（1） 改變壓力/流量：流量與壓力管內(nèi)出口檢測(cè)設(shè)

施，若被檢測(cè)物體的振動(dòng)幅度超出了預(yù)先設(shè)定的數(shù)值，漏電便會(huì)發(fā)生警報(bào)。此形式簡(jiǎn)單、便于操作，然而其定位并不精準(zhǔn)、有著相對(duì)較高的誤報(bào)率。

（2） 動(dòng)態(tài)模型分析：伴隨流體在管道內(nèi)部不斷流動(dòng)創(chuàng)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，以具體的測(cè)量數(shù)值為基石明確泄漏和模型計(jì)算數(shù)值之間的差異。模型方程涵蓋了能量平衡、質(zhì)量平衡、動(dòng)量平衡以及流體動(dòng)力學(xué)模型相關(guān)的狀態(tài)方程。需在順著壓力測(cè)量與管道流量的入口管，需要盡可能設(shè)立更加多的測(cè)量點(diǎn)。其顯著特征便是泄漏敏感，可以對(duì)泄漏精準(zhǔn)定位，對(duì)于管道進(jìn)行持續(xù)不斷的監(jiān)測(cè)。除產(chǎn)生壓力，轉(zhuǎn)變管道的溫度、流量以及其它條件以外，并且還會(huì)形成相應(yīng)的噪聲，其是由土壤電特性與溫度的改變所導(dǎo)致的。

2.4 管內(nèi)智能爬機(jī)技術(shù)

爬機(jī)在管道業(yè)中有著大量的運(yùn)用，若搭配以各式各樣的傳感器， 便可以構(gòu)成智能爬機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)。當(dāng)前運(yùn)用爬機(jī)能夠?qū)艿纼?nèi)部的流量、壓力以及溫度等進(jìn)行檢測(cè)。爬機(jī)主要有漏磁通檢測(cè)器與超聲波檢測(cè)器兩種。最為常見的便是漏磁通檢測(cè)器，也就是將爬機(jī)放入到管道內(nèi)部，其便會(huì)在流體的推動(dòng)之下運(yùn)動(dòng)至下游區(qū)域，并且采集相關(guān)的信息。對(duì)于保存在爬機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)實(shí)施處理以后，能夠獲得更加多的信息，并且能夠斷定管道是否出現(xiàn)泄漏。國(guó)外的爬機(jī)技術(shù)已趨于完善， 同時(shí)應(yīng)用至所有的管道之中。其不斷能夠進(jìn)行泄漏檢測(cè)，同時(shí)還是一個(gè)全面性的管道檢測(cè)技術(shù)。

2.5 聲波檢測(cè)技術(shù)

因?yàn)槁暡ǚň邆漭^好的定位精準(zhǔn)度，較高的靈敏度等優(yōu)勢(shì)，其在近 幾年時(shí)間內(nèi)備受人們的重視，國(guó)內(nèi)外的專業(yè)人士均實(shí)施了非常多的探討 工作。此技術(shù)大都是經(jīng)過檢測(cè)管道發(fā)生泄漏之時(shí)所形成的聲波以明確管 道泄漏的具體狀況。管道由于腐蝕穿孔、第三方破壞等情況發(fā)生破裂泄 漏時(shí)由于物體間的相互碰撞將產(chǎn)生聲波，所產(chǎn)生的聲波將向管道上下游 進(jìn)行傳播，通過將所傳播聲波進(jìn)行收集、比對(duì)，可確定泄漏地點(diǎn)及泄漏 量的相關(guān)泄漏特征參數(shù)。該方法可檢測(cè)到較小的泄漏量，因此具有比較 高的靈敏度，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的在線檢測(cè)，適應(yīng)性較好。

2.6 放射性檢測(cè)技術(shù)

放射性檢漏技術(shù)所指的是將具有放射性的標(biāo)記物注入到管道的內(nèi)部，通過泄漏位置處之時(shí)，示蹤劑漏出依附在泥土之中，運(yùn)用示蹤劑檢漏儀在地表沿線又或是管道內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)，保存相關(guān)的數(shù)據(jù)，按照相應(yīng)的記錄曲線，能夠?qū)ふ业骄唧w的泄漏位置。示蹤劑檢測(cè)技術(shù)對(duì)于微量泄漏的檢測(cè)具備非常好的靈敏度，可以迅速對(duì)所發(fā)生的微量泄漏進(jìn)行檢測(cè)。

總結(jié)

泄漏是當(dāng)前天然氣管道輸送最為重要的隱患之一，如何防范泄漏

事故的出現(xiàn)，確保管線平穩(wěn)運(yùn)行是一個(gè)全面性的話題。在泄漏環(huán)節(jié)緩慢之時(shí)，不管是對(duì)于泄漏信號(hào)的獲取又或是泄漏點(diǎn)具體位置的明確， 均是人們急需處理的問題。并且，需要確保輸氣管道的安全不但需選取經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)的泄漏檢測(cè)技術(shù)，同時(shí)還需由管道規(guī)劃、工程建造以及日常管理等多個(gè)層面進(jìn)行關(guān)注，盡可能的避免泄漏事件的出現(xiàn)。

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