天然氣管線泄漏快速準(zhǔn)確定位關(guān)鍵技術(shù)

王繼明，邢方亮

(山東正元地理信息工程有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南250101)

一、引 言

天然氣管線泄漏除了造成資源浪費(fèi)、環(huán)境污染外，嚴(yán)重的還會(huì)引發(fā)爆炸，造成人員傷亡。天然氣管線泄漏后，快速準(zhǔn)確地對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位是減少損失的關(guān)鍵。

二、泄漏原因及特點(diǎn)

1.泄漏原因

天然氣管線泄漏主要原因包括腐蝕、外力破壞(工程施工、地面沉降和地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致管道接口開焊或斷裂)、材料設(shè)備缺陷、施工缺陷(接口焊接不嚴(yán))，而腐蝕和外力破壞是造成管線泄漏的主要原因。

2.泄漏特點(diǎn)

地下天然氣管道泄漏以后，泄漏的天然氣會(huì)因管線周圍環(huán)境不同而向不同的方向冒跑。

(1)泥土地面

天然氣管線上方為泥土路面，泄漏點(diǎn)周圍土壤介質(zhì)分布均勻，地表層無太密實(shí)的路面，泄漏的氣體能夠擴(kuò)散到地表，在地表面分布范圍成圓形，其中間的濃度將會(huì)最大。該類泄漏用可手推式燃?xì)鈾z測(cè)儀直接在地面檢測(cè)，濃度最大點(diǎn)與管線定位一致點(diǎn)為泄漏點(diǎn)。

(2)水泥瀝青路面

天然氣管線上方為水泥、瀝青路面，氣體泄漏后會(huì)沿著管道周圍的裂縫、空隙、疏松土壤竄流，不能穿透漏點(diǎn)上方的地表，在地面探測(cè)不到，而在遠(yuǎn)離泄漏點(diǎn)的地面裂縫中才能探到。此種情況需鉆孔用可手持式燃?xì)鈾z測(cè)儀檢測(cè)。

(3)公共管溝

包括專業(yè)管道溝、電纜溝和與裂縫相通的排水溝，泄漏氣體會(huì)沿著這些通道竄到很遠(yuǎn)的地方。此種泄漏需用風(fēng)機(jī)從管溝的泄漏點(diǎn)的一邊吹風(fēng)，另一邊放風(fēng)，保證管溝內(nèi)的泄漏氣體向另一邊冒跑。用示蹤探頭從風(fēng)機(jī)一端伸進(jìn)管溝，示蹤探頭與泄漏氣體接觸處即為泄漏點(diǎn);或用鉆孔法配以手持式燃?xì)鈾z測(cè)儀在地面檢測(cè)，在泄漏點(diǎn)的下風(fēng)檢測(cè)儀會(huì)報(bào)警，在上風(fēng)不報(bào)警，泄漏點(diǎn)位置就在報(bào)警與不報(bào)警兩孔之間，在此進(jìn)一步加密測(cè)點(diǎn)，即可精確定點(diǎn)。

三、泄漏檢測(cè)工作流程

天然氣管線泄漏的地方，管線必然存在缺陷，通過查找管線缺陷位置，可以快速對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位。

地下天然氣管線泄漏點(diǎn)的定位，首先通過車載OMD光學(xué)甲烷探測(cè)儀和車載RMLD激光甲烷遙距檢漏儀或人工對(duì)天然氣管線進(jìn)行全區(qū)漏氣普查巡檢。若發(fā)現(xiàn)異常，需確定管線的準(zhǔn)確位置，查找管線缺陷位置，然后對(duì)缺陷處鉆孔，用手持式燃?xì)鈾z測(cè)儀進(jìn)行濃度檢測(cè)和用聽音桿拾取聲波異常，確定缺陷點(diǎn)是否漏氣(如圖1所示)。

圖1 泄漏檢測(cè)工作流程圖

四、漏氣檢測(cè)儀工作原理

1.OMD光學(xué)甲烷探測(cè)儀

OMD光學(xué)甲烷探測(cè)儀是美國(guó)漢斯公司與美國(guó)燃?xì)庋芯吭汉献?，?jīng)過11年的研制，開發(fā)成功的最新一代的車載式燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏巡檢設(shè)備。該儀器工作原理為:OMD安裝在檢測(cè)車前，主要是一根紅外線燈柱，位于探測(cè)器前的光前濾鏡使對(duì)甲烷敏感的某種波長(zhǎng)的紅外線透過，如果無甲烷成分，這些波不受影響，從而檢測(cè)儀產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出信號(hào);如果有甲烷的話，則產(chǎn)生聲音信號(hào)和視覺信號(hào)，這些信號(hào)被傳送給車內(nèi)的數(shù)字和模擬顯示器。OMD可檢測(cè)低于×10-6m濃度的泄漏，而采樣速度高達(dá)10 000 次/秒。

2.RMLD激光甲烷遙距檢漏儀

RMLD是美國(guó)漢斯公司聯(lián)合美國(guó)燃?xì)庋芯吭?，以及多家大型燃?xì)鉅I(yíng)運(yùn)公司最新研究的成果，其核心部分采用了最先進(jìn)的可變波長(zhǎng)(TDLAS)技術(shù)。該儀器工作原理如下:

激光束由探測(cè)器發(fā)出后，穿越管道或設(shè)施上方空間，射到另一端的目標(biāo)(如墻、樹或柱子等)上，部分被目標(biāo)反射回到探測(cè)器。被反射的光被收集起來并被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。這些電信號(hào)用來分析甲烷的濃度，其單位為×10-6m。通過采用波長(zhǎng)模制激光吸收光譜技術(shù)，該探測(cè)器達(dá)到極高的靈敏度。某一波長(zhǎng)的光只被甲烷吸收，因此，只對(duì)甲烷有反應(yīng)，不受其他氣體成分的影響，這大大提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性，消除了誤測(cè)。

3.GAS SENTRY全量程手持式燃?xì)鈾z測(cè)儀

GASSENTRY全量程手持式燃?xì)鈾z測(cè)儀內(nèi)置多個(gè)傳感器。它是在Gas Research Institute(GRI)的支持下研發(fā)出來的。GASSENTRY全量程手持式燃?xì)鈾z測(cè)儀能滿足室內(nèi)外各種裸露及埋地管線泄漏檢測(cè)的需要，內(nèi)置吸氣泵，方便抽取泄漏氣體。

TRACK GAS靈敏度精確到100 ppm，用于微量氣體泄漏定位。RACK GAS氣體示蹤圖示，方便確定漏點(diǎn)位置。

五、漏氣檢測(cè)過程

1.管線定位

管線位置的確定可以通過查找管線相關(guān)資料(包括設(shè)計(jì)圖、竣工圖)，還可以利用管線探測(cè)儀對(duì)管線進(jìn)行定位。電磁法是管線探測(cè)工程中最常用、快速、經(jīng)濟(jì)、有效的探測(cè)方法，具有較高的探測(cè)精度。

天然氣管線發(fā)生泄漏，在一定條件下形成爆炸性混合氣體。當(dāng)濃度達(dá)到爆炸極限范圍內(nèi)，使用直接法探測(cè)，容易產(chǎn)生電火花，導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生。此時(shí)，只能采用感應(yīng)法和夾鉗法對(duì)泄漏的天然氣管線進(jìn)行定位。小區(qū)天然氣管線架空較多且管徑較小，采用夾鉗法對(duì)管線定位方便快捷。市政道路天然氣管線大多埋設(shè)于地下且管徑較大，無法使用夾鉗法，可采用感應(yīng)法對(duì)管線進(jìn)行定位。為防止開挖天然氣管線缺陷位置對(duì)其他管線造成傷害，需查明開挖點(diǎn)周圍其他管線的準(zhǔn)確位置。

2.缺陷位置定位

利用A字架配合PCM接收機(jī)沿管道方向逐步檢測(cè)，將A字架的地極插入土壤中進(jìn)行讀數(shù)，PCM接收機(jī)將自動(dòng)調(diào)節(jié)信號(hào)水平，計(jì)算電流方向和分貝讀數(shù)。PCM接收機(jī)面板上的電流方向即指示缺陷的方向。若PCM接收機(jī)面板上的電流方向在第一個(gè)位置是向前，而第二個(gè)位置是向后，則在這兩個(gè)位置之間以更小的間隔進(jìn)行檢測(cè)，直到找到電流方向的變化點(diǎn)、分貝讀數(shù)最低的位置。旋轉(zhuǎn)A字架90°，使它橫跨管道，重復(fù)前一步驟。若PCM接收機(jī)面板4個(gè)電流方向同時(shí)指向一個(gè)位置，可以確定這個(gè)位置就是天然氣管線缺陷的準(zhǔn)確位置。

3.缺陷位置濃度檢測(cè)及聽音檢測(cè)

在每個(gè)缺陷位置用路面鉆孔機(jī)打一個(gè)很小的鉆孔，并用勘探棒讓探孔深度延伸至管道頂部，如果管道漏氣，氣體必然沿此探孔擴(kuò)散至地面。通過手持式燃?xì)鈾z測(cè)儀將探針伸入鉆孔檢測(cè)濃度，便可判定缺陷位置是否漏氣。如果管道的輸氣壓力較高，當(dāng)管道漏氣時(shí)，在漏氣孔處必然會(huì)產(chǎn)生漏氣振動(dòng)音，將聽音桿插入鉆孔拾取這種聲波異常，也可以確認(rèn)缺陷位置是否漏氣。

4.漏點(diǎn)確認(rèn)

經(jīng)手持式燃?xì)鈾z測(cè)儀檢測(cè)和聽音檢測(cè)后，對(duì)發(fā)現(xiàn)存在漏氣的缺陷位置進(jìn)行開挖，在管線缺陷位置用發(fā)泡劑檢查有無氣泡，進(jìn)行漏點(diǎn)確認(rèn)。具體分為:

1)微漏:用發(fā)泡劑檢查有氣泡且形成緩慢。

2)泄漏:用發(fā)泡劑檢查氣泡成串，用小紙條檢查紙條有拂動(dòng)。

3)嚴(yán)重泄漏:泄漏部位氣體已經(jīng)形成氣流，甚至發(fā)生聲響，泄漏氣體在泄漏處呈濃霧或煙霧狀。

六、結(jié)束語(yǔ)

定位天然氣管線泄漏點(diǎn)，選擇正確的工作方法與工作流程極為重要，不但可以減少開挖量，縮短工作時(shí)間，快速修復(fù)泄漏點(diǎn)，還可以減少因天然氣泄漏造成的損失，避免事故的發(fā)生。

［1］徐海紅.天然氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)［C］∥全國(guó)油氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)交流研討會(huì)論文集.北京:石油大學(xué)出版社，2002.

［2］郝英杰，楊帆.城市燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏檢測(cè)技術(shù)及其方法［J］.城市燃?xì)猓?006(S0):3-6.