綜合檢漏技術(shù)在塔指小區(qū)燃?xì)夤艿郎系膽?yīng)用

李道芬 李克強(qiáng) 陳世榮（中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司工程技術(shù)節(jié)能監(jiān)測(cè)中心）

綜合檢漏技術(shù)在塔指小區(qū)燃?xì)夤艿郎系膽?yīng)用

李道芬 李克強(qiáng) 陳世榮（中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司工程技術(shù)節(jié)能監(jiān)測(cè)中心）

如何對(duì)燃?xì)庑孤┻M(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)、快速準(zhǔn)確確定漏點(diǎn)位置，對(duì)預(yù)防和控制泄漏事故至關(guān)重要?，F(xiàn)有的泄漏檢測(cè)方法大體可分為直接檢測(cè)氣漏的直接檢測(cè)法和以檢測(cè)因泄漏而引起的流量、壓力、聲音等物理參數(shù)發(fā)生變化的間接檢測(cè)法。為了提高氣體管道泄漏檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，應(yīng)將各種泄漏檢測(cè)方法有機(jī)結(jié)合，綜合運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)備以及使用虛擬儀器技術(shù)等多種檢漏手段來(lái)準(zhǔn)確查找漏點(diǎn)。應(yīng)用綜合檢漏技術(shù)對(duì)塔指小區(qū)地面及地下天然氣管網(wǎng)泄漏進(jìn)行了檢測(cè)，效果較好，報(bào)警定位誤差小于100 m，準(zhǔn)確查找出多處管線漏點(diǎn)，大大提高了泄漏檢測(cè)及定位成功率。

燃?xì)夤艿?直接檢測(cè)法 間接檢測(cè)法 綜合檢漏技術(shù) 實(shí)例應(yīng)用

近年來(lái)，隨著天然氣工業(yè)的不斷發(fā)展，公眾對(duì)安全和環(huán)境的要求越來(lái)越高，加之計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)和模糊邏輯、專家系統(tǒng)、粗糙理論等人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，對(duì)泄漏檢測(cè)要求越來(lái)越高，技術(shù)和操作難度也越來(lái)越大。雖然國(guó)內(nèi)外已研究并提出了多種泄漏檢測(cè)與定位方法，但由于天然氣管網(wǎng)一般埋設(shè)在野外或人口密集區(qū)，管網(wǎng)壓力范圍大，管材規(guī)格多，加上燃?xì)夤艿酪约澳?、閥門井、調(diào)壓站等附屬設(shè)施遍及所有區(qū)域，周圍環(huán)境干擾較大，僅采用單一檢漏方法在實(shí)際工程應(yīng)用中無(wú)法滿足實(shí)際工況和現(xiàn)場(chǎng)需求，且效果也不理想，使得檢漏方法和檢測(cè)手段趨向復(fù)雜化、多樣化。

1 管道泄漏的檢測(cè)方法

根據(jù)泄漏檢測(cè)原理，現(xiàn)有的泄漏檢測(cè)方法大體可分為直接檢測(cè)氣漏的直接檢測(cè)法和以檢測(cè)因泄漏而引起的流量、壓力、聲音等物理參數(shù)發(fā)生變化的間接檢測(cè)法[1]。

直接檢測(cè)法——直接觀察法：由有經(jīng)驗(yàn)的管道工人或經(jīng)過訓(xùn)練的動(dòng)物沿管道行走，通過看、聞、聽或其他方式，直接檢查管道的泄漏情況，其檢測(cè)精度依賴于檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)或動(dòng)物的嗅覺。這種檢測(cè)方法耗時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)力、檢測(cè)精度不高，一般只能檢測(cè)較明顯的泄漏。

直接檢測(cè)法——?dú)怏w報(bào)警檢測(cè)法：氣體泄漏擴(kuò)散至空氣中，利用催化氧化原理產(chǎn)生一種與氣體濃度成正比的信號(hào)或采用探測(cè)器探測(cè)，一旦氣體濃度超過預(yù)設(shè)的報(bào)警限即產(chǎn)生報(bào)警。該法不受管道結(jié)構(gòu)限制，可以適用于各種燃?xì)夤芫W(wǎng)，但只能檢測(cè)較大量的泄漏，如可燃?xì)怏w檢測(cè)法、示蹤氣體檢測(cè)法等。

間接檢測(cè)法——流量平衡法：這是一種最基本的檢測(cè)方法，根據(jù)進(jìn)出口管道流體的流量差來(lái)判斷管道是否發(fā)生泄漏。該法簡(jiǎn)單直觀，易于實(shí)現(xiàn)，但由于流量測(cè)量受流體成分、溫度以及壓力等參數(shù)變化的影響較大，因此測(cè)量的準(zhǔn)確度較低；同時(shí)，該方法需要在管線兩端安裝高精度的流量計(jì)，成本較高，也不能實(shí)現(xiàn)泄漏位置的定位。

間接檢測(cè)法——壓力梯度法：在穩(wěn)定流動(dòng)的條件下，管道泄漏點(diǎn)將導(dǎo)致管道沿線的壓力梯度分布呈線性變化，通過在泄漏點(diǎn)上游和下游分別設(shè)置兩個(gè)壓力傳感器測(cè)出它們的壓力梯度，計(jì)算實(shí)際泄漏位置。該方法原理簡(jiǎn)單，儀器使用量少。缺點(diǎn)是檢測(cè)精度依賴于流量和壓力的測(cè)量精度，且實(shí)際管道壓力不會(huì)完全按線性變化，因而檢測(cè)精度一般不高，定位的偏差也較大。對(duì)目前復(fù)雜的管道,該方法已很少使用。

間接檢測(cè)法——負(fù)壓波法[2]：當(dāng)管道某處突然發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏處將出現(xiàn)瞬態(tài)壓力突降，形成一個(gè)負(fù)壓波。該負(fù)壓波以一定的速度向管道兩端傳播，根據(jù)負(fù)壓波傳播到上下游端壓力傳感器的時(shí)間差和負(fù)壓波的傳播速度確定泄漏點(diǎn)的具體位置。該方法是目前國(guó)內(nèi)比較看好的一種檢漏方法，關(guān)鍵是如何精確決定時(shí)間差和傳播速度。該法的缺點(diǎn)是只能檢測(cè)到大的突發(fā)性的泄漏，而對(duì)緩慢增加的泄漏或微小的滲漏反應(yīng)弱，甚至無(wú)效。

間接檢測(cè)法——聲波法：管道發(fā)生泄漏時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，泄漏產(chǎn)生的噪音強(qiáng)度及清晰度受到管內(nèi)壓力、泄漏點(diǎn)的孔尺寸及形狀、管道直徑、壁厚，以及材質(zhì)等因素的影響。以聲速通過管道中的介質(zhì)向管道兩端迅速傳播，包含次聲波、聲波、超聲波和負(fù)壓波。聲波管道泄漏監(jiān)測(cè)儀安裝在管道兩端，監(jiān)測(cè)采集泄漏聲信號(hào)的大小，通過相關(guān)分析即可對(duì)泄漏源進(jìn)行定位，檢測(cè)速度快，成本低。缺點(diǎn)是檢測(cè)距離短，由于塑性管道越來(lái)越多的被使用，聲波傳輸會(huì)受到較大的阻尼，使相關(guān)測(cè)漏定位變得更加困難。

間接檢測(cè)法——紅外線成像法：當(dāng)天然氣管道發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏點(diǎn)周圍土壤的溫度場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化。通過紅外線遙感攝像裝置可以記錄輸氣管道周圍的地?zé)彷椛湫?yīng)，再利用光譜分析就可以檢測(cè)出泄漏位置。該方法可較精確地定位泄漏點(diǎn)，靈敏度也較高，但不適用埋設(shè)較深的管道檢漏。

間接檢測(cè)法——漏磁檢測(cè)法：它是基于檢測(cè)管壁上磁通變化來(lái)確定管壁的缺陷(含穿孔、破裂)，從而確定管線泄漏點(diǎn)。當(dāng)檢測(cè)設(shè)備在管道內(nèi)部行走時(shí)，如果管壁存在缺陷，則回路磁場(chǎng)的磁力線將穿出管壁之外而產(chǎn)生漏磁。傳感器安裝在兩極之間，檢測(cè)線圈接受由管壁缺陷造成的漏磁來(lái)反映管壁狀況。該方法適用于檢測(cè)有一定內(nèi)外壁腐蝕深度的管道，通過對(duì)管壁的描述可以用來(lái)判斷管道是否發(fā)生泄漏。

間接檢測(cè)法——基于模型的方法[3]：建立管道的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模型，利用模型對(duì)管道系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行在線估算，將估算結(jié)果按照特定的算法處理進(jìn)行泄漏故障診斷。該方法首先需要建立管道的模型。由于氣體在管道中的流動(dòng)狀態(tài)比較復(fù)雜，在建模過程中需要考慮溫度、壓力、密度、黏度以及摩擦等諸多因素才可以得到準(zhǔn)確的模型。可分為狀態(tài)估計(jì)法、系統(tǒng)辨識(shí)法、實(shí)時(shí)模型法等。

2 綜合檢漏技術(shù)

由于管道在生產(chǎn)、安裝、使用、管理等多方面都有可能發(fā)生泄漏，而我國(guó)燃?xì)夤艿来蠖嗦裼诨炷?、瀝青路面、田野、丘陵等多種地表下，管道發(fā)生泄漏時(shí)泄漏的氣體往往很難直接擴(kuò)散到地面上，只會(huì)有極其微量的氣體沿地縫、相關(guān)井室等處擴(kuò)散。單一的泄漏檢測(cè)方法很難同時(shí)滿足檢測(cè)泄漏靈敏度、定位準(zhǔn)確度、誤報(bào)警率和及時(shí)報(bào)警等多項(xiàng)要求。為了提高氣體管道泄漏檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，應(yīng)將各種泄漏檢測(cè)方法有機(jī)結(jié)合，綜合運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)備以及使用虛擬儀器技術(shù)等多種檢漏手段來(lái)準(zhǔn)確查找漏點(diǎn)。

綜合檢漏技術(shù)的集成包括：統(tǒng)計(jì)分析確定管道的異常點(diǎn)及定位+直觀判斷明顯漏失點(diǎn)+運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)備查找漏失點(diǎn)+使用虛擬技術(shù)進(jìn)行精確分析判定。

3 應(yīng)用實(shí)例與分析

3.1 工作區(qū)域的確定

塔指小區(qū)內(nèi)管線較多、走向復(fù)雜，水管線、天然氣管線、電纜線、暖氣管線、消防管線、綠化水管線等各種地下管線交錯(cuò)分布。待檢區(qū)域天然氣管道總長(zhǎng)度9 000 m，設(shè)計(jì)壓力1.6 MPa，實(shí)際壓力為0.05 MPa左右，工作溫度為常溫，大部分埋地敷設(shè)，土中含鹽堿較重，以沙土為主，埋深約0.5～2 m。

根據(jù)提供的待檢測(cè)區(qū)域管網(wǎng)圖、區(qū)域大小、管線長(zhǎng)度、管徑大小、管材材質(zhì)等資料，按工作區(qū)域劃分設(shè)定“工作塊”。

3.2 統(tǒng)計(jì)分析確定管道的異常點(diǎn)及初步定位

根據(jù)提供的管道進(jìn)出流量與壓力數(shù)據(jù)，使用序貫概率比檢測(cè)的方法分析測(cè)量值及異常點(diǎn)。在輸入的流量和壓力均值與輸出的流量和壓力均值間會(huì)有一定的偏差，大多數(shù)偏差是在可接受范圍內(nèi)，只有一小部分偏差是真正的異常，通過計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差和零檢驗(yàn)設(shè)置，對(duì)偏差的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)，來(lái)判定是否發(fā)生異常或故障。在判定出現(xiàn)異?；蛴行孤┣闆r后，利用最小二乘法進(jìn)行漏點(diǎn)的初步定位。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)直觀判斷

調(diào)查分析待檢“工作塊”道路、小區(qū)周邊環(huán)境、地下燃?xì)夤芫€位置等情況，輔以管線定位儀、人工檢漏儀或多功能燃?xì)庑孤z測(cè)儀等手段進(jìn)行顯著漏失的直觀判斷，確定管線及泄漏預(yù)定位置。調(diào)查分析過程中，要仔細(xì)觀察燃?xì)夤芫€周圍的環(huán)境及變化情況，如：管道覆蓋層上有土壤塌陷、滑坡、下沉、人工取土、堆積垃圾或重物，管道上搭建建筑物，管道安全距離內(nèi)因其他工程施工和重型車輛碾壓而損壞管道基礎(chǔ)，在管道中心線兩側(cè)排放腐蝕性物質(zhì)等，這些現(xiàn)象和行為都會(huì)加速管網(wǎng)的老化，造成泄漏。采取調(diào)查和人工巡查檢漏方式的結(jié)合，既可摸清地下管線及周邊情況，同時(shí)也避免了管道巡檢工作的重復(fù)，使微小的泄漏被檢出。

3.4 綜合手段檢測(cè)精確查找泄漏點(diǎn)

由于部分管道敷設(shè)時(shí)間長(zhǎng)，竣工資料不全、管網(wǎng)改造變化、環(huán)境干擾等影響，發(fā)現(xiàn)異常點(diǎn)后不能確定是否是真正的漏點(diǎn)。在此情況下，采取多種方法有機(jī)結(jié)合優(yōu)化進(jìn)行綜合檢測(cè)診斷，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，提高綜合診斷定位的準(zhǔn)確性。為此，在實(shí)際工作中，根據(jù)對(duì)該區(qū)域工況條件及檢測(cè)要求分析，通過對(duì)眾多的泄漏檢測(cè)方法進(jìn)行篩選研究，經(jīng)過適當(dāng)權(quán)衡和取舍，優(yōu)選了如下技術(shù)方案：

（1）采取在異常點(diǎn)上方的地面人工鉆孔，把泄漏的氣體引導(dǎo)到地面，使用氣體檢測(cè)儀逐個(gè)測(cè)量各孔的氣體濃度，確認(rèn)漏點(diǎn)的位置，必要時(shí)開挖進(jìn)行驗(yàn)證及修補(bǔ)處理。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，80%以上漏點(diǎn)的上方探孔所測(cè)濃度都會(huì)超過5%。對(duì)于較高濃度的嚴(yán)重漏點(diǎn)(濃度超過5%)，必要時(shí)采用量程為0～100%的高濃度可燃?xì)怏w檢測(cè)儀檢測(cè)[4]。一般鉆孔的數(shù)量至少在3個(gè)以上，探孔的深度應(yīng)盡可能接近或超過管道的埋深。

由于小區(qū)內(nèi)土質(zhì)是以沙土為主，根據(jù)土質(zhì)空隙較大，地下天然氣易四處竄漏，非泄漏點(diǎn)附近的鉆孔處天然氣泄漏濃度不穩(wěn)定的特點(diǎn)，確定每個(gè)鉆孔處每隔一段時(shí)間（大于4 h）需重新測(cè)試，以此方式縮小可疑漏點(diǎn)范圍。

（2）氣管線附近存在排污管溝，則管溝中的可燃?xì)怏w可能被儀器檢出，應(yīng)使用便攜式氣相色譜分析儀檢測(cè)氣體種類及含量，提高對(duì)泄漏點(diǎn)定位的精度，并避免誤判。

（3）用管網(wǎng)泄漏檢測(cè)儀配以錐型探頭測(cè)量孔內(nèi)天然氣泄漏量，提高對(duì)微小的緩慢泄漏量檢測(cè)的靈敏度。

（4）根據(jù)管網(wǎng)的工況變化及適應(yīng)性情況，必要時(shí)建立管道動(dòng)態(tài)模型。利用管道流體的質(zhì)量、動(dòng)量平衡方程等機(jī)理建模，通過涉及狀態(tài)估算器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行估算，依據(jù)估算值與實(shí)測(cè)值的比較來(lái)判定是否發(fā)生泄漏。

通過上述技術(shù)的綜合應(yīng)用，塔指小區(qū)地面及地下天然氣管網(wǎng)泄漏檢測(cè)效果較好，報(bào)警定位誤差小于100 m，準(zhǔn)確查找多處管線漏點(diǎn)，大大提高了泄漏檢測(cè)成功率。

4 結(jié)束語(yǔ)

塔指小區(qū)管線種類較多、走向復(fù)雜，應(yīng)用綜合檢漏技術(shù)進(jìn)行管線定位及查找泄漏點(diǎn)，具有定位準(zhǔn)確、快捷等特點(diǎn)，大大提高檢漏成功率，效果明顯。

實(shí)踐證明：雖然燃?xì)夤芫W(wǎng)檢漏的方法很多，但沒有哪一種單一的檢漏方法適用所有的管道。在現(xiàn)有條件下，按照科學(xué)的最佳管道泄漏檢測(cè)與定位方法的技術(shù)組合，將多種方法有機(jī)結(jié)合形成系統(tǒng)進(jìn)行綜合檢測(cè)診斷，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確率是解決檢測(cè)氣體管道泄漏最有效辦法。

特定工作區(qū)域選用哪種泄漏檢測(cè)方法，需要根據(jù)管道的設(shè)計(jì)參數(shù)、工況條件、傳輸介質(zhì)的參數(shù)、設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性和數(shù)據(jù)通訊能力等進(jìn)行綜合選擇確定。

檢漏和定位手段的多學(xué)科、多技術(shù)集成已成為發(fā)展的趨勢(shì)，特別是傳感器技術(shù)、模式識(shí)別技術(shù)、通信技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)和模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、粗糙集理論等智能技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，促進(jìn)了泄漏檢測(cè)定位的迅速、準(zhǔn)確。

[1]蔣穎華.城市燃?xì)夤艿罊z漏技術(shù)及應(yīng)用[J].上海煤氣,2009(3)：13.

[2]王效東,黃坤，朱小華,等.油氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2008(1)：21.

[3]姚志英，彭光正.氣體管道泄漏檢測(cè)技術(shù)探討[J].機(jī)床與液壓,2005(11)132-133.

[4]楊立茹.燃?xì)夤艿佬孤┑脑蚍治雠c對(duì)策[J].山東煤炭科技,2009(2)：58.

It is very important to monitor gas leakage effectually,and locate the leaking point quickly and accurately，which can prevent and control the gas leakage accident.At present，there are two methods for leakage detection.One is detecting gas leakage directly,which is called direct detection method;another,which is called indirect detection method,is detecting the change of the physical parameters which is caused by gas leakage,such as flow rate,pressure,sound,and so on.In order to improve the accuracy and reliability for leakage detection in gas pipeline,it is necessary to combine all kinds of leakage detection methods reasonably,and locate the leaking point using the advanced equipments and virtual technologies.Integrated comprehensive leakage detecting technolo-gy includes:locating the abnormal point on pipeline through statistic analysis,estimating the obvious leaking point,looking for leaking point using advanced equipments,analyzing and estimating the leaking point accurately using virtual technologies.Comprehensive leakage detecting technology has been used to detect ground and underground natural gas pipe network in Tazhi community,and the result is fine.The location error is less than 100 meters,and many leaking points on pipeline have been found out accurately,which improved the success rate effectually in leakage detection and location.

Application of Leak Detection Technology in Gas Pipeline of Tazhi Area

Li Daofen,Li Keqiang and Chen Shirong

Gas pipeline，Direct detection method，Indirect detection method，Comprehensive leakage detecting technology，Case application

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.02.008

2011-03-22)

李道芬，1987年畢業(yè)于西南石油學(xué)院，高級(jí)工程師，從事計(jì)量節(jié)能技術(shù)研究與管理工作，E-mail：ldfyhzj@163.com，地址：四川省廣漢市川慶鉆探安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院計(jì)量節(jié)能所，618300。