城鎮燃氣埋地管道泄漏探測方法研究

許強生

（馬鞍山港華燃氣有限公司，安徽馬鞍山 243000）

1 城鎮燃氣埋地管道泄漏探測方法概述

系統性總結了城鎮燃氣埋地管道泄漏探測主要方法，準確把握技術規律，明確技術要求，為新時期城鎮燃氣埋地管道探測方法的合理化、科學化應用提供方向性引導。

現階段，對于城鎮燃氣埋地管道泄漏探測依靠人工巡檢法和激光檢漏車巡檢法兩大類。其中，人工巡檢法主要由檢測人員操作推車式檢測儀或探桿式檢測儀，沿著管道走向進行檢測，判定埋地管道是否存在泄漏。人工巡檢法靈活度高，環境適應能力強，可準確判定燃氣埋地管道泄漏位置，被廣泛應用于狹窄路段或居民小區內的燃氣管網檢測。激光檢漏車巡檢法作為一種高效的檢測手段，通過高精度車載燃氣管道泄漏檢測系統，對管道沿線開展可燃性氣體檢測，與人工巡檢法相比，激光檢漏車巡檢法檢測效率更高，檢測范圍更廣，檢測成本更低，充分滿足了城市主干道或快速路等區域的燃氣埋地管道泄漏探測要求。

為穩步增強城鎮燃氣埋地管道泄漏探測工作質效，實現對泄漏點準確定位，在人工巡檢法和激光檢漏車巡檢法的基礎上，提出不同的泄漏探測方案，旨在更好地兼顧不同場景下的燃氣埋地管道泄漏探測要求。例如，國內部分團隊提出將人工巡檢法和氣相色譜分析技術結合起來，通過探測方法聯動，準確確定聚乙烯燃氣管道泄漏點位置。部分團隊提出利用北斗定位技術，獲取燃氣埋地管網精準坐標位置和燃氣濃度，配合使用激光檢漏車巡檢，快速計算出泄漏點位置和泄漏區域面積，為后續泄漏管道修復等活動開展提供數據支持。例如，某技術團隊將氖氣作為燃氣示蹤劑，借助Flient 軟件，建立起燃氣埋地管道泄漏擴散模型，便于技術人員準確掌握燃氣泄漏面積、燃氣濃度等相關情況，增強燃氣埋地管道泄漏點處理能力。通過城鎮燃氣埋地管道泄漏探測方法的科學化選擇和合理化應用，有效扭轉了過往燃氣管道泄漏點探測精度不高、處理效能不強的局面，在不對燃氣埋地管道其他區域產生擾動的情況下，快速完成泄漏區域修復工作。

2 城鎮燃氣埋地管道泄漏探測方法選用標準

選擇城鎮燃氣埋地管道泄漏探測方法時，要堅持科學性、實用性和靈活性的技術標準，綜合系列考量，通過技術組合，構建最優化的燃氣埋地管道泄漏探測方案。

2.1 燃氣埋地管道泄漏探測的科學性要求

燃氣埋地管道泄漏探測技術方法需要具備較強的科學性，技術人員在操作相關儀器設備、組織開展系列泄漏探測過程中，能排除環境因素、人為因素的干擾，最大限度地增強埋地燃氣管道泄漏探測效率，提升探測結果精準度。在泄漏區域評估和泄漏點定位中，可以通過探測方法的有效選擇，增強泄漏探測技術方法的環境適應能力。例如，在空間狹小區域，選擇人工巡檢法；在空間開闊區域，可選擇激光檢漏車巡檢法等檢測方法，借助泄漏探測方法的科學選擇，不斷提升泄漏探測效率。

2.2 燃氣埋地管道泄漏探測的實用性要求

燃氣埋地管道泄漏探測精度高、窗口期短，為適應燃氣埋地管道泄漏探測要求，在整個泄漏探測周期內，對于所選用的技術方法，要做好方案必選和評估。具體來看，燃氣埋地管道泄漏探測技術方法實現難度應當較低，確保技術人員可根據泄漏探測工作任務要求和探測環境，制定相應的泄漏探測方案。持續降低燃氣埋地管道泄漏探測難度，避免發生泄漏探測成本過高、支出過大等情況。例如，隨著燃氣埋地管道泄漏探測方法日益多元，不同探測方案技術特點突出，為實現技術的合理化選擇和科學運用，要在實用性要求下，對比分析超聲波檢測法、負壓檢測法等不同檢測方法，根據泄漏探測任務要求，選擇最具針對性的探測技術方案。

2.3 燃氣埋地管道泄漏探測的靈活性要求

燃氣埋地管道泄漏探測任務量較大，工作環境較為復雜，為適應不同目標任務下燃氣管道泄漏探測要求，對于使用的泄漏探測方案，要注重該方案的環境適應能力，確保所選用的燃氣埋地管道泄漏探測技術方案可以根據實際情況，靈活調整預先制定的探測方案，進而最大限度地發揮技術優勢，準確高效地完成燃氣埋地管道泄漏探測任務。例如，在借助示蹤劑檢測法進行泄漏探測時，要根據實際情況，靈活選擇示蹤劑種類，通過示蹤劑合理選擇，提升泄漏位置定位準確性，降低定位等待時間，減少燃氣埋地管道泄漏風險。

3 城鎮燃氣埋地管道泄漏探測方法應用路徑

城鎮燃氣埋地管道泄漏探測方法的應用，要求技術人員在總結過往經驗基礎上，遵循泄漏探測方法選用基本標準和主要原則，采取有效舉措，完善探測流程，細化探測方法，構建起完備的城鎮燃氣埋地管道泄漏探測技術機制。

3.1 常規管道泄漏探測

為更加快速、準確地判定管道泄漏位置，在進行常規性探測技術方案應用環節，可以選用空氣壓縮機、可燃氣體濃度分析儀、主氣棒、探測棒等技術設備，通過相應的連接順序，將泄漏探測設備連接起來，形成一整套完備的泄漏探測技術方案，借助不同探測設備有效聯動，穩步增強燃氣埋地管道泄漏探測能力。在連接過程中，空氣壓縮機、可燃氣體濃度分析儀位于地面，將探測棒、注氣棒放置于鉆孔內部，如圖1所示。

圖1 探測裝置連接示意

泄漏探測開始之前，要根據實際情況，進行必要的鉆孔，合理設置注氣孔和探測孔，不斷提升燃氣埋地管道探測效率，結合以往經驗，可以選擇多種鉆孔方案，如圖2所示。

圖2 鉆孔分布示意

3.2 超聲波檢測法的應用

為提升燃氣埋地管道泄漏檢測精度，引入了超聲波檢測法，通過垂直向燃氣埋地管道發射超聲波，持續追蹤超聲波反射時長，如果管道沒有發生損壞，超聲波發射時長變化幅度較為規律；如果管道發生損壞，超聲波發射時長出現異常。借助這種方式，監測人員能夠準確判定故障發生位置，實現燃氣埋地管道泄漏檢測的連續性，但超聲波檢測無法實現實時檢測的目標，同時對管道介質較為敏感，在某些因素影響下，容易出現檢測誤差。

3.3 示蹤劑檢測法的應用

示蹤劑檢測法作為新型的探測技術方案，其操作難度較低，實用性較強。在實際的技術應用過程中，需要向燃氣埋地管道內加入放射性示蹤劑，當燃氣埋地管道發生破損，出現燃氣泄漏的情況時，示蹤劑會隨著燃氣泄漏出來并附著到泄漏點周邊區域的泥土之中。例如，現階段，多選擇氖氣作為示蹤劑，進行泄漏點標定。通過操作檢測示劑追蹤儀，獲取、標記、反饋標記位置，進而確定燃氣埋地管道泄漏位置。與其他檢測方法相比，示蹤劑檢測法定位更為精準，靈敏度更強，但泄漏檢測周期較長，監測效率相對較低。

3.4 分布式光纖傳感器檢測法的應用

分布式光纖傳感器檢測法充分運用了光纖傳感重量輕、體積小、靈敏度高、化學穩定性強、易于遠距離控制等特點，較好地滿足了不同場景下的泄漏探測要求，是探測技術主要發展趨勢。在技術應用過程中，通過在燃氣埋地管道相關區域布設傳感器，可以實時獲取管道周邊區域燃氣濃度變化情況，將燃氣濃度數據通過光纖傳輸到系統后臺，系統自主完成信息比對，并發出預警信息，輔助技術人員開展燃氣埋地管道檢修工作。分布式光纖傳感器監測法靈敏度高、實時性強，但總體投入成本偏高，要根據實際情況，做好合理性的技術選擇和硬件布局。

3.5 質量/流量平衡法應用

質量/流量平衡法主要依托數學邏輯，完成對探測數據的獲取、分析及應用，在此基礎上，判定燃氣埋地管道是否發生燃氣泄漏情況。根據以往經驗，正常狀態下，燃氣埋地管道進口質量流量=燃氣埋地管道出口質量流量，在使用該方法的過程中，要注重技術聯動，使用常規性泄漏探測技術或者其他探測技術方案，準確獲取燃氣埋地管道泄漏數據。利用獲取數據，開展邏輯分析，燃氣埋地管道如果存在泄漏的情況，則燃氣埋地管道進口質量流量–燃氣埋地管道出口質量流量=燃氣泄漏量。通過快速的數據運算，可以判定燃氣埋地管道是否存在泄漏情況，但這種檢測方法容易遭受外界因素干擾，產生檢測誤差，對于后續燃氣埋地管道檢修活動開展產生一定程度的干擾。

3.6 壓力梯度法的應用

對于燃氣埋地管道延程降壓線性分布的管道，在泄漏探測過程中，可以采取壓力梯度法，完成燃氣埋地管道燃氣泄漏探測工作。在具體探測過程中，需要沿燃氣埋地管道布設一定數量的傳感器，由傳感器對管道進行監測，監測過程中如果出現燃氣濃度異常的情況，傳感器迅速進入工作狀態，對燃氣濃度區域上游、下游的壓力進行追蹤，根據追蹤數據繪制燃氣埋地管道上下游壓力梯度，梯度交點位置可以判定泄漏點。壓力梯度法操作難度較低，但對應用對象的壓力分布有著相關要求，檢測方法的實用性受限。

3.7 負壓波法的應用

燃氣埋地管道發生燃氣泄漏后，管道內部壓力會出現下降的情況，燃氣泄漏時產生負壓波。根據這一物理屬性，借助壓力傳感器持續監測負壓波出現時間，結合負壓波傳播速度，可以準確判定燃氣管道泄漏點空間位置。負壓波法操作難度較低，實用性較強，燃氣埋地管道泄漏檢測中，無須創建復雜的數學模型，但存在燃氣泄漏誤報率較高、定位精度較低、受環境因素影響較大的情況。目前在燃氣埋地管道突發性大型燃氣泄漏檢測中，負壓波法有較好的實踐應用效果。

3.8 實時模型法的應用

在進行燃氣埋地管道泄漏檢測過程中，可以利用數學邏輯，立足物理規律，建立起檢測模型，用于完成燃氣泄漏檢測工作。結合以往經驗，燃氣埋地管道泄漏檢測模型構建過程中，可以充分運用狀態評估器法、瞬態模型法、Kalma 濾波器法。借助實時模型法合理化、高效化應用，能夠在較短時間內，快速判定泄漏位置和泄漏量。但實時模型法對技術人員的技術能力和專業素養要求較高，難以在短時間內進行有效推廣和應用。燃氣管道泄漏擴散模型對于燃氣泄漏擴散范圍的估算、燃氣泄漏擴散安全等級的確立有著深遠影響，有效增強了燃氣管道泄漏事件處理能力，減少了安全事件發生概率[5]。基于這種目標定位，工作團隊遵循質量守恒定律、動量守恒定律、能量守恒定律，建立起燃氣管道泄漏擴散規模通用微分方程，借助數學模型對燃氣泄漏擴散方式進行模擬。方程表達式為：

數學模型中?為通用變量，u為速度矢量，?為廣義擴散屬性，通過完整的數學表達，使燃氣管道泄漏擴散模型可以更好地展現出擴散范圍、擴散數量、擴散威脅，實現燃氣管道泄漏擴散規律準確把握，為后續燃氣管道泄漏事故應對預案的設置、泄漏事故合理應對提供數據支持，消除燃氣管道泄漏擴散問題處理工作的盲目性。為了更好地論證燃氣管道泄漏擴散模型的真實性與有效性，技術人員可以充分利用數值模擬和實驗研究的方式，修正數學模型，最大限度地提升燃氣管道泄漏擴散模型實用屬性。

4 結束語

城鎮燃氣埋地管道泄漏探測對于提升燃氣使用安全有著極大裨益。為持續增強泄漏探測能力，實現探測方法和探測技術的迭代升級，切實滿足新時期城鎮燃氣埋地管理使用要求，從實踐角度出發，堅持技術導向，圍繞燃氣管道泄漏探測要求，細化探測技術標準與探測方法流程，實現城鎮燃氣埋地管道泄漏點、擴散量的準確評估，為后續泄漏點維修提供數據支持。