燃氣管道泄漏的檢測技術(shù)

朱砂(哈爾濱石油學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150028)

1 燃氣管道泄漏檢測技術(shù)概述

燃氣管道泄漏檢測技術(shù)會分為多種類別。(1)管道的檢測位置不同，主要被分為管外檢測法及管內(nèi)檢測法兩種。其中，漏磁檢測法是管內(nèi)檢測法的典型代表方法，此種方法需要管內(nèi)壁與傳感器之間必須緊密相連。管內(nèi)檢測法一般會結(jié)合使用到錄像、渦流、超聲波等技術(shù)，檢測精準(zhǔn)度較高，適合檢測管道的腐蝕情況或其他微小泄漏等，如果管道的內(nèi)徑較大，施工人員們會考慮此種方法，因為若管徑較小，則極易發(fā)生停運堵塞等情況，耗費較高[1]。(2)檢測對象不同，主要包括兩種方法—間接檢測法與直接檢測法。針對不同需求可以采用不同的檢測方法。比如需要檢測管道泄漏時產(chǎn)生何種現(xiàn)象時，我們會采用間接檢測法。此種方法大致包含聲發(fā)射法、統(tǒng)計決策法、壓力梯度法、質(zhì)量平衡法等。如果需要檢測管道泄漏出的物質(zhì)性質(zhì)時，我們通常會采用直接檢測法，直接檢測法包含示蹤劑檢測法、泄漏檢測電纜法、直接觀察法和光纖維泄漏檢測法。

2 簡要概述埋地燃氣管道泄漏的檢驗措施

2.1 查找并確定燃氣管道位置

施工人員在檢測燃氣管道泄漏位置時，應(yīng)該使用專業(yè)的管道探測儀來精確確定位置。在實際的操作過程中，往往會受到天然氣流動性大的影響，導(dǎo)致管道檢測工作受到一定阻礙。所以，為了方便技術(shù)人員可以更精準(zhǔn)地確定漏點位置，檢測人員需要在地面沿著燃氣管道的路徑一點點檢測避免漏測[2]。

2.2 搜尋管道異常位置

一般情況下，施工人員會使用手推式埋地管道泄漏檢測儀以避免在無管道的地方檢測。在進行檢測時，檢測儀的采樣吸氣口必須時刻和地面保持接觸，且需要順著管道走向緩慢推行。為了避免燃氣在竄出地面時擴散到空氣中，則需要將檢測儀緊緊貼在地面上，在燃氣還來不及擴散時就將其吸入到采樣吸氣口中。針對在檢測時無法用肉眼直觀看到泄漏點，施工人員可以在其上方撒一層肥皂水，若有氣泡產(chǎn)生，則說明存在泄漏點。

2.3 處理燃氣管道泄漏點

如果在檢測過程中發(fā)現(xiàn)存在異常點，為了方便引導(dǎo)泄漏的燃氣向垂直方向自由上升，施工人員應(yīng)在異常點上方的地面位置處打探孔，以幫助技術(shù)人員在第一時間內(nèi)確定泄漏位置。在開挖探孔前，為了保證燃氣管道的安全，需要對管道進行再次定位。此外需要注意的是，探孔位置應(yīng)不少于三個，探孔深度最好大于管道的埋深。

3 介紹幾種常用的燃氣泄漏檢測法

3.1 人工巡檢法

現(xiàn)如今，我國在檢測燃氣管道泄漏方面最常用的檢測方法即為人工檢測法。人工檢測法的主要內(nèi)容是：利用巡檢設(shè)備和GPS定位系統(tǒng)對燃氣管道進行全方位的搜查。這種方法優(yōu)缺點并存，需要根據(jù)實際情況具體選擇。其優(yōu)點是成本低、操作難度系數(shù)低、直觀易懂；缺點是人力耗費嚴重，必須有人實時操作[3]。

3.2 SCSDA監(jiān)控檢測法

此種方法的工作機制是：在計量箱、調(diào)壓箱上安裝溫度、壓力傳感器，再利用SCSDA系統(tǒng)對燃氣管道進行實時監(jiān)控，判斷是否有泄漏點的指標(biāo)是壓力的變化。

3.3 光纖維泄漏檢測法

3.3.1 簡要概述光纖傳感器的主要概念

在眾多光纖傳感器中，光纖光柵傳感器是最具代表性的一種。此種傳感器的應(yīng)用范圍較為廣泛，在實時監(jiān)測應(yīng)變、溫度及安全時常會用到這種傳感器。正因為光纖光柵傳感器的應(yīng)用范圍極廣，所以常常被用到建設(shè)大壩、開采石油、航空等領(lǐng)域中。眾所周知，光纖傳感器的種類多種多樣，這種傳感器的分辨率普遍較高，而且和其他的傳統(tǒng)機電傳感器相比，光纖傳感器具備的優(yōu)點極多，例如：重量輕、體積小、耐高溫、耐腐蝕、耐電磁干擾等。正因如此，光纖傳感器也被應(yīng)用到了各種惡劣的環(huán)境中去。光纖光柵傳感器之所以得到廣泛應(yīng)用，十一位光纖光柵傳感器有著波長調(diào)制的傳感信號。這一特殊之處使得光纖光柵傳感器有著優(yōu)于其他傳感器的特長之處：(1)檢測信號不會被探測器老化、光纖彎曲耗損、光源起伏等因素所影響；(2)不需要其他干涉型傳感器所必需的固有參考點；(3)可以更為便捷地采用波分復(fù)用技術(shù)對一根光纖上的多個光柵進行分布式測量；(4)在埋入材料中，光纖光柵對自身溫度及應(yīng)變的范圍測量較大，分辨率極高。

3.3.2 簡要概述光纖傳感器的工作機制

所有的光纖傳感器都是由三部分組成的：探測器、光纖、光源。通常，光源會發(fā)射出光耦合進光纖，再通過光纖進到調(diào)制區(qū)內(nèi)，調(diào)制區(qū)的光信號受到外界被測參量的影響，諸如光的波長、頻率、相位、偏振態(tài)、強度等光學(xué)性質(zhì)均會出現(xiàn)改變，光信號再通過光纖進到光探測器內(nèi)，由此獲取被測參量。

(1)簡要概述光纖傳感器的應(yīng)用。就一般情況而言，永久性井下測量設(shè)備必須具備的條件就是耐高輻射、耐高溫、耐電磁干擾、穩(wěn)定，而光纖傳感器恰巧具備這些必要條件。因此，光纖傳感器就被廣泛利用到井下作業(yè)中，這種傳感器在井下作業(yè)中主要承擔(dān)測試索鏈棒的疲憊度和強度的工作。諸如英國美國這樣的發(fā)達國家，也會在海洋石油平臺的結(jié)構(gòu)監(jiān)測工作中用到光纖傳感器。光纖傳感器已經(jīng)逐漸被越來越多的技術(shù)領(lǐng)域所接納，人們會在許多大型的工程建設(shè)中用到光纖傳感器。例如對水電水利工程的滲流場、應(yīng)力場、溫度場、位移場等進行監(jiān)測。光纖傳感器的應(yīng)用使得人們可以任意測量光線沿線各點的位移、應(yīng)力、溫度的準(zhǔn)確值。這種方法不同于以往傳統(tǒng)的測量方法，它展示出來的結(jié)果清晰直觀、信息量大，對于人力、物力、財力的損耗也比傳統(tǒng)方法少。除此之外，光纖傳感器中的分布式光纖檢測技術(shù)在經(jīng)過我國科研人員不斷地研究探索下，已經(jīng)在多方面領(lǐng)域得到了應(yīng)用，例如：監(jiān)測地鐵公路等隧道行業(yè)的火災(zāi)發(fā)生情況；監(jiān)測大型民用工程的結(jié)構(gòu)安全性；監(jiān)測油罐、油庫的設(shè)施的故障點、溫度等；監(jiān)測天然氣管道、石油管道的泄漏現(xiàn)象。

(2)負壓波檢測法。負壓波檢測法是當(dāng)今國內(nèi)外應(yīng)用最為頻繁的管道泄漏點檢測定位法。該方法的工作機制是：一旦燃氣管道發(fā)生泄漏，含有泄漏信息的負壓波會隨著燃氣管道向外傳播至幾千米處。壓力變送器感受到了含有泄漏信息的負壓波后，會具體檢測管道的泄漏情況，再根據(jù)負壓波傳到管兩端的時間差對管道泄漏點進行準(zhǔn)確定位。目前，世界各國均采用了負壓波檢測法來檢測本國的燃氣管道泄漏情況。

4 簡要分析瞬態(tài)下的燃氣管網(wǎng)泄漏檢測技術(shù)應(yīng)用

基于對瞬態(tài)問題的分析方法，我們可以將燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)大致分成幾塊區(qū)域，在不同的區(qū)域內(nèi)分別進行漏失模擬實驗。通過對模擬程序的運行，可以大致預(yù)測燃料管網(wǎng)系統(tǒng)的瞬時狀態(tài)；通過對燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)所有邊界條件的剖析，可以了解在瞬態(tài)下摩阻系數(shù)的變化規(guī)律；通過對校核模型的建立，可以為尋求燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)的檢漏方法夯實理論基礎(chǔ)。

實驗臺的整體系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 燃氣管線泄漏檢測實驗臺系統(tǒng)圖

該實驗臺是由兩臺氣罐、三條通路、兩條回路共同組成的。其中，直管總長為54 m，管徑為DN50，管內(nèi)的流動介質(zhì)為空氣，最大管內(nèi)壓是2.0 MPa。此外，管道的上下游分別有一個儲氣罐(標(biāo)為E1,E2)，其作用是穩(wěn)定管內(nèi)壓。在模擬燃氣泄漏的過程中，可以通過手動球閥來控制泄漏孔的大小，可以利用電磁閥來模擬泄漏時的突發(fā)情況，用轉(zhuǎn)子流量計來計量泄漏量。由圖1可見，在直管系統(tǒng)的末尾處設(shè)置了電磁閥D-1，該電磁閥是用來控制瞬變流動情況的。為了實現(xiàn)對環(huán)狀、支狀、直狀管道的模擬，可以控制不同位置的手動球閥。

該實驗臺的功能主要包括：(1)可以研究中低壓下的燃氣管道問題；(2)可以對支狀管道、直狀管道的水力工況參數(shù)進行準(zhǔn)確檢測；(3)可以初步實現(xiàn)受到控制泄漏孔大小，模擬泄漏突發(fā)過程；(4)可以通過對泄漏點響應(yīng)波的分析，確定泄漏位置[4]。

5 預(yù)測新檢漏方法的應(yīng)用前景

燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)中，在安裝發(fā)射器、傳感器時需要特別注意燃氣管道長度，注意必須將報警信息接入到SCDSA系統(tǒng)之內(nèi)，以便于操作人員可以在第一時間內(nèi)確定報警信息發(fā)出位置，進而采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。

6 結(jié)語

我國的科技水平不斷上升，在相關(guān)人員堅持不懈的研發(fā)與探索下，城市燃氣管道泄漏檢測技術(shù)種類將會更多，其可靠性也會越來越高。完善的燃氣管道泄漏檢測技術(shù)會使城市燃氣管道管理與檢修工作更加高效，從而促使城市居民的用氣安全以及燃氣管道運行的安全性也會越來越有保障。