城市燃气管道检测技术与检测方法

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摘 要：近年来，我国城市燃气得到了快速发展。在燃气输送的过程中，管道输送由于具有更有效、更安全、对环境的影响更小的特点，成为了燃气输送的主要方式，而管道安全性，也直接关系到企业的经济效益和人们的生命财产安全。本文作者根据多年的实践工作经验，对城市燃气管道检测技术和检测方法进行了详细的阐述。

关键词： 燃气管道；检测技术；定位

中图分类号：V448 文献标识码： A

前 言

随着西气东输、川气东送等国家级骨干输气管网的建设，我国城市燃气得到了快速发展，管道运输作为燃气的最主要输送方式，具有投资省、运费低、安全性好、运输量大的优点。然而因为一些不可避免的因素， 如管道老化、腐蚀、第三方损坏和自然灾害等导致燃气泄漏频频发生， 不仅影响了燃气的正常输送，而且还会造成环境污染， 引发火灾、爆炸等， 造成大量的人员伤亡以及财产损失。在燃气管道规模日趋庞大的今天， 燃气管道检测技术和检测方的研究有着极为重要的现实意义， 并且越来越引起世界各国的重视。

1、燃气管道检测技术概述

根据所采用的测量手段及检测对象的不同， 管道泄漏检测技术分为直接法和间接法。直接法是指对泄漏物直接进行检测， 其主要特征是借助于人的感官或各种特殊传感装置直接感知管道泄漏的存在，有时也称为硬件检测法，直接检测法具有检测及时、灵敏度高、漏报率和误报率低的特点。间接法是利用数据采集系统提供的管道内压力、流量、温度等数据，进行计算分析来检测管道泄漏的方法，因为检测的结果是通过计算分析得来，故也称为间接推理法或软件检测法。随着我国管道技术的进步， 特别是燃气管道SCADA技术的逐步推广，与SCADA和GPS等技术相结合的间接检测法将是今后燃气管道泄漏检测和定位的发展方向。

2、燃气管道检测技术的应用

2.1 直接检测法

（1） 直接观察法。此法是依靠有经验的管道工人或经过训练的动物巡查管道。通过看、闻、听或者其他方式来判断是否有泄漏发生，该方法依赖人的敏感性、责任心和经验，只能发现一些较大的泄漏。近年来，开发出了便携式或车载红外、激光气体探测器、泄露噪声探测器等仪器检测泄漏气体，这种方法原理简单，操作方便，但耗费人力资源，不能实现在线实时连续检测。

（2） 泄漏检测电缆法

泄漏检测电缆法是将特殊的泄漏检测电缆（该电缆能与管道输送的介质发生某种物理或化学反应） 沿管道设置，当管道发生泄漏时，电缆发生劣化并被转变为电信号或光信号输出，通过特定仪器即可知泄漏发生。目前已有两种电缆测漏方法：一种是利用泄漏物质造成电缆短路；另一种是利用泄漏物质造成电缆的特性阻抗发生变化。泄漏检测电缆法具有很高的灵敏度，但存在造价高，缺乏使用连续性，设备更换困难的缺点，因而限制了它们的推广使用。

（3） 空气取样法

主要有两种检测器，即火焰电离检测器和可燃气体检测器。火焰电离检测器的基本工作原理是：在有电场存在的情况下，气态烃类在纯氢火焰灼烧下产生带电碳原子，碳原子被收集到一个电极板上并计数，当碳原子的数量超过预设值时，表明周围空气中存在超过了警戒浓度的可燃气体，检测器报警。该检测器的优点是灵敏度高，响应快，抗干扰能力强，可检浓度范围大，缺点是难以对长输管道进行连续检测。可燃气体检测器是一种监视可燃气体的独立传感器，它通过扩散作用从空气中取样，利用催化氧化原理产生一种与可燃气体浓度成比例的信号，一旦可燃气体浓度超过爆炸下限的20 % ，继电器驱动信号便传送到远方控制板上的报警器报警。

2.2 间接检测法

2.2.1基于信号处理的方法

（1）负压波法：当管道因穿孔、破裂发生泄漏时，在泄漏处瞬态压力突然降低， 形成负压力波， 该负压波以一定的速度自泄漏点向管道两端传播。利用管道首末端压力传感器检测管内压力变化的拐点可判断负压波， 并根据负压波在管道内的传播波速与两个压力传感器检测到的负压波时间差，就可以进行泄漏定位。该方法具有施工量小、成本低、安装维护方便等优点， 在长输管线的泄漏检测中得到广泛应用。但对于缓慢发生的泄漏或已经发生的泄漏反应弱，甚至是无效的，基于负压波进行泄漏检测和定位的方法主要有相关分析法、时间序列分析法和小波变换法等。

（2）压力梯度法：该方法假定管线压力沿管线线性变化， 当发生泄漏并且再次稳定后， 管内压力梯度发生变化"泄漏点前后沿线的压力梯度形成两段折线， 由折线拐点即可确定泄漏点位置"但对于不等温长输管道， 实际管道压力梯度是非线性分布的， 需要通过建立数学模型， 找到符合实际的非线性压力梯度分布实现泄漏定位"该法操作简单， 但是压力和流量的测量精度对于定位结果有较大影响， 定位精度较差"所以压力梯度法一般作为辅助手段与其他方法一起使用。

（3）质量平衡法：通过对管道进出的质量流量偏差判断泄漏。由于油气管道首、末站一般均装有容积式流量计， 故无需增加设备投资。该方法适用于较大泄漏量的泄漏检测， 可实现在线实时检测，缺点是不能实现泄漏定位，对于小泄漏量检测灵敏度不高，并且气体具有较大的可压缩性，使得利用质量平衡法检测燃气管道泄漏更加困难。

2.2.2 基于模型的方法

此类方法需要建立管道的实时动态数学模型，利用模型计算管道系统参数， 并与实测值比较， 按符合程度用一定的算法进行泄漏故障诊断。根据建立模型的方法， 可分为：

（1）状态估计法：泄漏检测是基于已知的管线分布模型， 并根据沿管道假定的一组泄漏分布实现泄漏检测。通过建立管道内流体的压力，流量和泄漏量的状态方程， 根据流体的性质、温度、管道边界条件等参数变化对模型进行实时修正，通过首、末站压力计算两站流量的估计值，与流量实测值比较，对其偏差信号采用适当的算法实现检漏和定位，该方法难于实现多泄漏点的定位，仅适用于小泄漏量的检漏和定位。

（2）基于系统辨识的方法：其基本原理是描述系统工作过程的数学模型，反映了决定系统运行规律的物理定理，系统的数学模型中的各种方程的系数实际上就是许多物理参数的函数，当系统发生故障时，描述系统工作过程的物理规律就会发生变化。通常情况下，这些变化表现在物理参数的变化上，物理参数的变化引起数学模型方程中系数的改变， 从而影响系统的输出。因此，由系统输人输出数据对模型方程系数进行实时辨识，再由辨识得到的方程系数求解出各物理参数的真实值， 通过对物理参数的异常状况的检验，则可以实现对故障状况的检测与诊断"该法需在管道上施加M序列激励信号，并假设两站的压力不受泄漏量的影响，也仅适于小泄漏量情形。

（3）实时模型法：利用流体的水力学特性和热力学特性等建立管内流体动态模型， 以测量管道运行参数作为边界条件，估算管内流体的流态和压力、温度及流量值。同时，实时采集管道运行参数的实际值，与模型推演的参数值比较，当二者偏差超出设定的阈值时， 即可判断管道发生泄漏。该法的检测精度依赖于模型和硬件的精度。

结 语

目前， 油气管道完整性管理已成为管道工程领域研究的热点， 燃气管道的完整性管理也必将是一种趋势，尤其是继燃气管道安全管理、风险管理之后更高级别的安全管理新模式，它是以保证燃气管道的经济安全运行为核心目标，对影响燃气管道完整性的各种潜在因素进行综合的、一体化的管理，使管道管理标准化、程序化、科学化、规范化，已成为当前最被认可的管道安全管理模式。通过管道完整性管理， 不仅可以大大减小管线事故发生率， 而且可以避免不必要无计划的管道维修和更换， 从而获得巨大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]王泉林.城市燃气管道泄漏成因分析及对策[J]. 黑龙江科技信息.2012（05）

[2]张有礼.城市燃气管网泄漏原因分析及安全防范措施[J].工程与建设.2012 （ 06）