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燃气管道测漏技术浅谈

燃气管道测漏技术浅谈

摘要:介绍了国内外常用的燃气管道测漏技术,根据不同测漏技术各自的特点,讨论适宜不同客观条件的燃气管道测漏技术。

关键词:燃气管道、燃气管网、测漏技术、泄漏

1 引言

燃气管道泄漏是造成燃气管道停输的主要原因,在燃气管道的运行过程中,由于建筑施工、腐蚀穿孔、人为破坏等原因,泄漏事故时有发生,给燃气公司带来巨大的经济损失,造成环境污染,引发安全事故。应对城市燃气管网、长输燃气管道,安装一套测漏系统可以大大降低安全隐患,检测并发现管道泄漏处,以减少天然气的无形流失;对于高压输送的城市燃气管网,燃气管道泄漏将直接威胁管道设施的运行和人民的生命财产安全,进而造成更大的恶性事故和间接损失。因此,及时准确的发现燃气管道的泄漏、泄漏位置和泄漏量具有重大意义。

2 燃气管道测漏技术简介

燃气管道的泄漏检测技术主要分为直接检测技术、间接检测技术、其他检测技术。顾名思义,直接检测技术是指通过直接检测泄漏气体来判断泄漏发生的情况;间接检测技术则指通过泄漏产生的流量、压强、温度、声、热等变化的检测,来确定管道的泄漏情况;其他检测技术主要是包括状态估算法、神经网络识别法等数学计算法。

2.1 直接检测法

1气体检测法

所谓气体检测法是指利用某种气体检测仪器,基于气体接触燃烧热的原理,通过检测空气中有无可燃气体,判断是否应发出报警的一种以人工手持检测仪器沿管线巡逻的检测方法。例如,火焰电离子检测器,该仪器对于泄露的甲烷气体

具有极高的敏感度,因此,火焰电离检测器已成为城市燃气管道地面部分的主要检测仪器。目前,气体检测法已经成为美国城市燃气管网的主要检测法之一。2车载FID检测法

FID检测器工作的基本原理是:碳氢有机化合物进入氢氧混合物的燃烧室时,在高温的作用下,碳氢化合物产生电离反应,通过足够强度的直流电场的作用,形成离子流,从而形成一股微观电子流,再将其放大为电压信号,再转换为甲烷的体积分数,从而检测弥散在空气中的可燃气体。将FID检测仪器安装在巡视车上,沿公路巡视,针对沿公路敷设的燃气管网有较强的测漏性能。

3智能清管器法

智能清管器测漏法的核心就是智能清管器,其主要运用现代计算机技术、电子物理技术、测绘技术、功能传感器、照相技术、数据传输技术等并结合磁通、超声、摄像、涡流等技术对沿途管网进行检测。智能清管器法不仅能够检测管道泄漏,而且能查探管壁结蜡状况、天然气水合物结晶情况、管壁腐蚀情况等,能检测管道的腐蚀和泄漏情况。

4光纤传感器检测法

光纤传感器检测法是指按管网布局,沿途敷设一种光纤传感器,根据管道中泄漏物质而引起的周围环境温度变的化来检测泄漏发生的情况,这种传感器对于环境温度的变化非常的敏感,当其变化量达到一定值的时,则可以判断为发生了泄漏。光纤传感器是近年来测漏技术发展的热点,它在实现泄漏检测的同时还能实现信号的传输,有很强的灵敏度及抗干扰性。

5泄漏电缆检测法

测漏电缆的分布方式类似于光纤传感器沿管道分布,电缆中的特殊成分能够与管道中泄漏的燃气发生特殊的物理、化学反应,该反应能够触发相应的声、光信号,传输到处理中心,从而达到泄漏预警的目的。现目前,世界范围内的测漏电缆主要包括两种:一种是通过物理、化学反应造成电缆的阻抗改变;另一种是通过物理、化学反应导致电缆局部短路。两种测漏电缆均能够迅速反应燃气管道的泄漏情况。

6示踪剂检测法

示踪剂检测法是指:在输送介质中加入某种惰性化学物质,利用某种对该物质有很高敏感度的仪器对沿途管线进行检测,如果管道发生泄漏,示踪剂会随管道中的气体弥散在周围的环境中,这时检测仪器会检测到环境中的示踪剂。2.2 间接检测法

1雷达预警测漏技术

雷达预警测漏技术是指:在管道两端加上高频脉冲信号,该信号沿管道两端传播,当管道某点发生一定腐蚀或者泄漏时,作用于管道上的高频脉冲信号就会产生反射波,这时测漏系统就会采用先进的信号采集处理技术,将反射波及时记录并储存,再通过分析、比较、判断,及时发出泄漏报警。该技术不仅能及时发现管道泄漏,而且对正在被腐蚀或有损的地方做出及时反馈,对预防管道的泄漏有着积极的作用。

2超声波检测技术

超声波检测技术原理类似于雷达,超声波的频率很高,不易越过障碍物,当超声波接触到管道中的破损点或者腐蚀面时,超声波就会沿着触碰点返回。利用这一特性,超声波检测技术运用发声探头发出超声波,使其沿管道内壁发射,通过接收探头返回的运行时间差即可检测到管壁内的腐蚀或者破损情况,从而确定管道内的泄漏点。

3负压波检测法

负压波是指:管道泄漏产生的压强变化而形成的一种声波。若管道某点发生泄漏,该点由于压力的损失,附近的流体会急速向该点补充,此时,便会形成一个以泄漏点为中心的压力波,该压力波以声速向管道两端传播。负压波测漏法则是利用流体的这一特性,使用声感传感器接收负压波,从而判断管道是否发生泄漏,并根据负压波返回的时间差,确定泄漏点的位置。

4 GPS时间标签法

GPS时间标签测漏法,是在负压波测漏法基础上研发的新型测漏法。通过使用GPS同步时间脉冲信号,并使用计算机换算采样频率与时间标签,由此确定泄漏点上下游负压波传播速度,再利用声感传感器检测到的信号时间标签差,便

可确定泄漏点的位置。GPS时间标签法,相对于传统负压波测漏法的精度和灵敏度都有一定的提升。

5压力点分析法(PPA)

PPA压力点分析法是指在站场或输气干线上安装压力传感器,当管道发生泄漏时,产生的压力波会向管道两端传播。通过分析比较泄漏点的压力变化情况与正常工况下的差别,则可以判断泄漏发生的情况,再通过负压波的传播速度以及接受信号的时间差,便可以进行泄漏点的定位。PPA压力点分析法已经在美国谢夫隆管道公司成功应用,其应用结果表明,该方法具有比负压波更优秀的测漏性能,并且,可以根据检测强度要求,适当的增加或者减少测点,来控制检测性能。该方法特别适用于检测管道中的气体泄漏。目前,PPA压力分析法已经逐渐被越来越多的管道公司采用。

6漏磁通检测法

漏磁通检测法是通过磁化输气管线,再检测输气管壁上的磁通量变化来寻找并确定管道壁存在的缺陷。其N、S两级分别与管内壁接触,并在管道两极安装磁通检测器,从而接受磁通信号,再分析产生的漏磁现象,反应管道的泄漏状况。该方法可用于检测气体或液体管道,不仅可以测漏,而且还可以检测管壁的腐蚀现象。

2.3其他测漏方法

1状态估算

该方法根据质量平衡方程、动量平衡方程、能量平衡方程及状态方程等机理建模。设计状态估计器对系统状态进行估计, 将估计值作为泄漏检测的依据, 这就是基于状态估计方法的基本原理。其中估计器可以是观测器, 也可以是某种滤波器。当实际测量值与估计值相符合时,则可判断发生了泄漏。

2神经网络识别

通常情况下,普通模型对于燃气管道泄漏的判断存在一定的准确性差异,神经网络模糊识别方法作为一种新兴的网络技术,能够以样本为对象进行学习,并且无限逼近非线性函数,提高判断泄漏位置的精度。

3燃气管道测漏技术选用

燃气管道测漏有很多种方法,不同的方法可适用于不同的客观情况,通过对测漏方法的优缺点进行比较,可以分析总结出在不同的客观条件下最适宜的测漏方案。

一城市燃气管网

1 中低投资城市燃气管网、城市地理结构简单

气体检测法和车载FID检测法具有成本低、灵敏度高、抗干扰性强等特点,所以用人工携带气体检测器或者车载FID沿路巡视,在以上客观条件中使用会有较高的性价比。但气体检测法或者车载FID法,具有测量精度低的缺点,可考虑在该方法上采取示踪气体检测法,根据实际情况的要求,增加其测量精度。

2 中低投资城市燃气管网、城市地理结构复杂

可采用负压波测漏技术,该技术有高精度、实时性强、受地形限制小、成本较低等特点,由于城市里汽车、施工等噪音较多,采用负压波测漏时应该考虑较好的防噪措施。由于负压波测漏会有灵敏度较低的问题,可以根据实际情况,在负压波测漏的基础上佐以智能清管器测漏,智能清管器具有高灵敏度,但实时性差,恰好与负压波测漏的较低灵敏度实时性强互补。

3 高投资城市燃气管网、城市地理结构简单

可采用光纤传感器或者泄漏电缆检测法,此两种方法具有其他所有测漏方法不具备的高精度、高灵敏度、高实时性、高抗干扰性等,它们的捡漏性能是最强的,但二者投资均较高,施工、维修工作难度较大,所以目前应用并不多,但光纤测漏法是目前国际管道泄漏检测技术的最前沿,其发展潜力巨大。

也可采用漏磁通检测法,该方法较负压波测漏具备更强的灵敏度,较光纤检测法和电缆检测法具有更低的成本,应考虑实际投资情况、地理条件、测漏要求等,合理选择漏磁通检测法。

4 高投资城市燃气管网、城市地理结构复杂

可采用负压波检测技术,由于城市地理结构复杂,采用光纤检测法、泄漏电缆检测法、漏磁通检测法等会加大施工、维修难度,可行性并不高。所以负压波

检测技术是最好的选择,但基于负压波误报率高、灵敏度低、抗干扰性较差等特点,需考虑良好的防噪措施,应考虑改善负压波测漏技术,或者采用在负压波测漏基础上发展起来的具有更优良性能的PPA测漏技术等;也可在管道两端加以SCDAD、NIOS+II等管道智能监测系统,考虑使用神经网络识别法、状态估算、流量体积平衡法等,综合运用,以提高管道的监测及测漏能力。

二长输燃气管道

1 中低投资长输燃气管道、地理结构简单

可采用漏磁通检测法,该方法具有高灵敏度、高测量精度等优点,施工、维修困难等缺点,若长输管道所在处的地理结构简单,则可以大大降低该测漏系统安装的施工难度,使其应用效果达到最大化;或采用雷达预警技术,其兼容性高、探测距离远、测量精度高、反应迅速、安装维护简便、成本低,比较适合中低投资的长输燃气管道,但广泛应用性还有待验证。现目前,雷达预警技术已经在中洛输油管道上应用,其效果良好。

2 中低投资长输燃气管道、地理结构复杂

可采用超声波检测技术、负压波检测技术,其均具有测量精度高、实时性强、成本低、安装简单、维修简单等特点,特别是应对复杂的地形,声波沿管道的传播几乎不受限制,系统测漏的计算只与传播距离、时间有关,超声波测漏技术、负压波测漏技术等声感检测技术对于克服地形障碍的能力则显现出来。

3 高投资长输燃气管道

考虑精度要求,则可以采用GPS时间标签法,此种方法具很高的测漏精度,是传统测漏方法的三倍,对于高投资且总长较长的长输燃气管线,GPS时间标签法提供了泄漏点的最优测量范围;考虑抗干扰性,则可采用压力点分析法(PPA),该方法具有较高的测量精度、灵敏度、实时性和抗干扰性等,若所在的管道的地理条件复杂,有公路、桥梁、铁路等干扰较大的路段时,采用压力点分析法优于其他测漏方法。

4 结语

文章从直接测漏法、间接测漏法、其他测漏法等几个方面总结了现行常用的燃气管道泄漏检测技术,通过分析、对比各种测漏技术的优缺点,根据投资情况和地理条件两方面,科学地探讨了最适合客观条件的测漏技术。但现存的管道测漏技术或多或少存在着相应的短板,如:负压波测漏技术的灵敏度和抗干扰性;光纤传感器的高成本、安装困难等。应不断的改善、提升现有测漏技术,不断的研发新的燃气管道测漏技术,并根据测漏要求合理的选择测漏技术,这对于保障燃气管道的正常的运行、保障人民的生命财产安全、保护生态环境有着重大意义。

参考文献

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