輸氣站場(chǎng)埋地管道泄漏檢測(cè)方法探討

韓輝 康亮 楊義 張福坤 肖博元

（1.中國(guó)石油西氣東輸管道公司；2.中廣核雙閩燃?xì)饨K有限公司；

3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；4.中國(guó)石油天然氣勘探開(kāi)發(fā)公司）

輸氣站場(chǎng)投入運(yùn)行后，隨著服役年限的逐漸增加，埋地管道發(fā)生泄漏的風(fēng)險(xiǎn)也在逐年增大。輸氣站場(chǎng)一旦發(fā)生埋地管道泄漏，迅速確定泄漏位置是開(kāi)展搶修工作的重要前提之一。因此，科學(xué)合理的運(yùn)用泄漏檢測(cè)技術(shù)排查確定泄漏點(diǎn)，贏得搶修時(shí)間，可以最大限度地減少經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)，避免次生事故發(fā)生。

針對(duì)輸氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的研究，目前國(guó)內(nèi)外均已取得了一定成果，也有了一些較為成熟的檢測(cè)手段。如熱紅外線成像、探地雷達(dá)、氣體成像、傳感器法、檢測(cè)電纜法、體積或質(zhì)量平衡法、管道內(nèi)檢測(cè)、聲波檢測(cè)法、壓力檢測(cè)法、PCM（管道電流測(cè)繪系統(tǒng)）檢測(cè)法等，但是，這些方法主要應(yīng)用在長(zhǎng)輸管道發(fā)生泄漏的情況［1-4］。對(duì)于輸氣站場(chǎng)埋地管道，由于埋深大、泄漏量小、管道彎頭盲端多，往往達(dá)不到很好的應(yīng)用效果。為更好地進(jìn)行輸氣站場(chǎng)埋地管道泄漏事故的處理與預(yù)防，根據(jù)埋地管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和輸氣站場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)埋地管道可能發(fā)生泄漏的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和泄漏檢測(cè)方法以及這些方法的綜合應(yīng)用進(jìn)行分析探討，得出輸氣站場(chǎng)埋地管道天然氣泄漏檢測(cè)的有效方法。

1 輸氣站場(chǎng)埋地管道可能發(fā)生泄漏的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

輸氣站場(chǎng)埋地管線較多，按功能分可分為輸氣工藝管道、放空管道、排污管道、燃料氣管道四類(lèi)，管徑和管材根據(jù)工作壓力和輸量也各不相同。根據(jù)西氣東輸管道輸氣站場(chǎng)以往發(fā)現(xiàn)的漏氣點(diǎn)及埋地管道開(kāi)挖后檢查發(fā)現(xiàn)的腐蝕情況來(lái)看，埋地管道泄漏的排查可按照“先排查發(fā)現(xiàn)漏氣處的埋地管道，再排查埋地小口徑管道，最后排查埋地大口徑管道”這一原則。以西氣東輸管道輸氣站場(chǎng)為例，通過(guò)生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，不同管徑的埋地管道發(fā)生泄漏的可能性大小排序見(jiàn)表1。

表1 不同管徑的埋地管道發(fā)生泄漏的可能性大小

發(fā)生泄漏概率較大的是管壁相對(duì)較薄的管道，主要部位為：彎頭處、連頭焊接補(bǔ)口處、管道穿墻處、匯管封頭處、焊接補(bǔ)口處、地下水位高的鹽堿土層處、管道存在缺陷處。

2 輸氣站場(chǎng)埋地管道泄漏檢測(cè)方法

由于輸氣站場(chǎng)埋地管道發(fā)現(xiàn)泄露時(shí)天然氣泄漏量較小，應(yīng)用紅外線成像、熱成像、壓力、聲波等檢測(cè)方法效果不好；由于站內(nèi)管道彎頭多，內(nèi)檢測(cè)目前尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)；由于站內(nèi)地下管道交叉多且存在防雷防靜電接地網(wǎng)，探地雷達(dá)、PCM等檢測(cè)法受干擾較多。目前還是以人工查找的方式為主，實(shí)踐證明應(yīng)用效果較好的有地面檢測(cè)法、探坑法、探邊法、嚴(yán)密性試驗(yàn)法。

2.1 地面檢測(cè)法

地面檢測(cè)法即利用可燃?xì)怏w檢測(cè)儀緊貼地面，沿埋地管道走向檢測(cè)有無(wú)天然氣泄漏的方法，一般多采用基于接觸燃燒熱原理的可燃性氣體檢測(cè)器［5］。運(yùn)用這種方法檢測(cè)時(shí)，可燃?xì)怏w檢測(cè)儀須緊貼地面進(jìn)行檢測(cè)，重點(diǎn)檢測(cè)工藝管道入地處。由于站場(chǎng)生產(chǎn)區(qū)地面大多使用混凝土進(jìn)行了硬化，埋地管道即使發(fā)生天然氣泄漏也很難從地面溢出，因此，這種方法在大多數(shù)情況下只能初步判斷某一區(qū)域是否存在泄漏。

2.2 探坑法

探坑法即沿可能發(fā)生泄漏的埋地管道在管道上方開(kāi)挖探坑。探坑規(guī)格建議為長(zhǎng)寬各1m、深1.5m，具體深度可參考埋地管道埋深確定。開(kāi)挖放置一段時(shí)間待土壤內(nèi)含有的天然氣散發(fā)后，用可燃?xì)怏w檢測(cè)儀在探坑四壁和底部檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度，通過(guò)不同方向上濃度的差別和變化判斷發(fā)生天然氣泄漏管道的位置，再沿該方向在埋地管道上方開(kāi)挖探坑進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.3 探邊法

探邊法即沿埋地管道走向在兩側(cè)用鋼釬扎深約1～1.5m的探洞，持續(xù)檢測(cè)洞內(nèi)可燃?xì)怏w濃度。根據(jù)可燃?xì)怏w濃度變化及地面結(jié)構(gòu)、地下管線分布情況，圈定泄漏可能出現(xiàn)的區(qū)域，逐漸縮小可能發(fā)生泄漏的區(qū)域。再分析該區(qū)域內(nèi)所有的埋地管線，按探坑法所述的原則初步確定可能發(fā)生泄漏的管道，再開(kāi)挖確認(rèn)泄漏位置。使用這種方法時(shí)，須提前確定生產(chǎn)區(qū)埋地管道、電纜、光纜等隱蔽設(shè)施位置走向，避免造成損傷。

2.4 嚴(yán)密性試驗(yàn)法

嚴(yán)密性試驗(yàn)法即把站場(chǎng)工藝管道系統(tǒng)按不同的設(shè)計(jì)壓力等級(jí)和位置分區(qū)隔離穩(wěn)壓，檢查是否存在泄漏。分區(qū)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，確保隔離區(qū)域內(nèi)至少有一個(gè)壓力變送器或高精度壓力表，以便于監(jiān)測(cè)該區(qū)域的壓力變化。站場(chǎng)分區(qū)隔離后，先靜置一段時(shí)間待壓力穩(wěn)定后，再通過(guò)SCADA系統(tǒng)監(jiān)測(cè)各分區(qū)壓力變化趨勢(shì)，對(duì)壓力持續(xù)下降的區(qū)域，開(kāi)挖埋地管道排查是否存在泄漏點(diǎn)。這種方法對(duì)閥門(mén)密封性要求較高，試驗(yàn)前須對(duì)閥門(mén)進(jìn)行檢查，處理閥門(mén)內(nèi)漏，所有放空、排污管線上的閥門(mén)都關(guān)閉到位，地面設(shè)備設(shè)施、各連接處無(wú)泄漏。由于檢測(cè)時(shí)需要管道分段停運(yùn)，影響了正常生產(chǎn)，且檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，因此，這種方法無(wú)法用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道運(yùn)行工況。

3 泄漏檢測(cè)方法的綜合應(yīng)用

以西氣東輸管道一線某輸氣站場(chǎng)為例，探討輸氣站場(chǎng)埋地管道發(fā)生泄漏時(shí)幾種泄漏檢測(cè)方法綜合運(yùn)用定位泄漏位置的方法及應(yīng)用效果。

3.1 檢測(cè)步驟

3.1.1 地面檢測(cè)法檢查泄漏

用地面檢測(cè)發(fā)現(xiàn)第一路、第二路過(guò)濾分離器出口管道入地處有天然氣泄漏，利用可燃?xì)怏w檢測(cè)儀檢測(cè)發(fā)現(xiàn)可燃?xì)怏w濃度已達(dá)爆炸極限。沿入地管道向下開(kāi)挖查找泄漏點(diǎn)。

3.1.2 探邊法檢查泄漏

探邊法普查埋地管道可能發(fā)生泄漏的范圍。每?jī)尚r(shí)檢測(cè)探洞內(nèi)是否有天然氣泄漏。如探洞內(nèi)天然氣濃度逐漸減小直至 0，則該位置可以排除。利用此方法可以初步確定發(fā)生泄漏的管段范圍。

3.1.3 探坑法檢查泄漏

探坑法進(jìn)一步縮小可能發(fā)生泄漏的管道位置。該處埋地管道平均深度為 2.5～3m，參照埋深在開(kāi)挖探坑時(shí)選擇的深度為2m。每?jī)尚r(shí)檢測(cè)四周坑壁及坑底的天然氣濃度并做好記錄，根據(jù)天然氣濃度的變化進(jìn)一步確定發(fā)生泄漏的位置，再開(kāi)挖檢查驗(yàn)證。

3.1.4 嚴(yán)密性試驗(yàn)法檢查泄漏

在利用地面檢測(cè)法、探邊法、探坑法進(jìn)行檢測(cè)的同時(shí)，在輸氣生產(chǎn)運(yùn)行工況條件允許的情況下，對(duì)站場(chǎng)輸氣管道分段隔離進(jìn)行嚴(yán)密性試驗(yàn)。在條件允許的情況下，管道分區(qū)隔離觀察的時(shí)間越長(zhǎng)效果越好。對(duì)于壓力下降較明顯的管段，可適當(dāng)延長(zhǎng)分區(qū)隔離時(shí)間重復(fù)試驗(yàn)，以充分驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)論。對(duì)確定存在泄漏的埋地管段運(yùn)用探坑法和探邊法結(jié)合查找泄漏位置。

3.2 檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)各種檢測(cè)方法的綜合運(yùn)用，快速檢測(cè)出管道泄漏點(diǎn)為站內(nèi)生活用氣管道，該管道規(guī)格為?60mm×3.5mm，材質(zhì)為 L245NB無(wú)縫鋼管，運(yùn)行壓力 9MPa且長(zhǎng)期承壓。管道發(fā)生泄漏的位置因存在腐蝕，管壁變薄，管壁腐蝕變薄部位被高壓氣體沖破造成泄漏，見(jiàn)圖1。

圖1 埋地輸氣管道泄漏位置

值得注意的是，由于天然氣泄漏點(diǎn)的節(jié)流降溫效應(yīng)，埋地管道泄漏位置附近的土壤通常非常干燥松散，且埋地管道泄漏不易在第一時(shí)間被發(fā)現(xiàn)，往往泄漏位置在一段時(shí)間后被較厚而堅(jiān)硬的冰層包裹覆蓋，泄漏的天然氣無(wú)法從該處順利擴(kuò)散，反而沿管道走向從土壤中孔隙較多的位置發(fā)散，見(jiàn)圖2。

圖2 埋地輸氣管道泄漏處覆蓋的冰層

4 結(jié)語(yǔ)

輸氣站場(chǎng)埋地管道泄漏原因可歸納為腐蝕、管材缺陷、管道老化、自然因素以及違章操作等五個(gè)方面［6］。其中，腐蝕和管材缺陷是造成泄漏的主要原因。輸氣管道一旦發(fā)生泄漏不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，更會(huì)威脅站場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行安全。輸氣站場(chǎng)埋地管道由于位置的特殊性，往往易被忽視。因此，對(duì)運(yùn)行中的埋地輸氣管道需定期用地面檢測(cè)法進(jìn)行泄漏檢測(cè)，每年至少選擇幾個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)開(kāi)挖檢查管道防腐層情況。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)盡快處理，盡可能減少不必要的損失和危害。

輸氣站場(chǎng)埋地管道發(fā)生泄漏時(shí)，在檢測(cè)前摸清埋地管道的走向是順利開(kāi)展檢測(cè)工作的基礎(chǔ)，充分分析地面設(shè)施、構(gòu)筑物及混凝土層對(duì)天然氣擴(kuò)散可能造成的影響，提前排除干擾因素。由于輸氣站場(chǎng)大口徑埋地管道的底部回填時(shí)難以充分夯實(shí)，與管道兩側(cè)及上部相比，土壤孔隙度較大，形成了一個(gè)天然的“通道”。當(dāng)埋地管道發(fā)生泄漏時(shí)，天然氣可能沿該“通道”擴(kuò)散至離泄漏點(diǎn)較遠(yuǎn)的區(qū)域，對(duì)快速確定泄漏位置造成困難。綜合運(yùn)用地面檢測(cè)法、探邊法、探坑法、嚴(yán)密性試驗(yàn)泄漏檢測(cè)方法，沿埋地管道走向進(jìn)行泄漏排查，并選擇異常部位進(jìn)行開(kāi)挖檢查，可快速確認(rèn)埋地輸氣管道的泄漏點(diǎn)，為搶修工作贏得時(shí)間，避免損失擴(kuò)大。

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