输气管道泄漏原因及检测方法述评VIP

第 4 2卷第 9期 2 0 l 3年 9月 当 代 化 工 C O n t e mp 0 r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 4 2，N o 9 S e p t e mb e r ，2 01 3 输气管道泄漏原因及检测方法述评 战丽华，王为民，戴旺旺，曹彦青，李卫卫 ( 辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 I 1 3 0 0 1 1 摘 要：在输送天然气的过程中，管道的泄漏是影响其安全运行的重要因素。介绍了输气管道泄漏的原因 并对常用的几种管道泄漏的检测方法及泄漏点的定位进行了阐述 ， 如直接观察法 、 音波法、 分布式光纤法、实 时瞬态模拟法与负压波法。通过对比研究，针对不同的泄露原因提出了相应的预防措施。 关键词：输气管道；泄漏原因；检漏方法；预防措施 中图分类号：T E 8 3 2 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 1 0 4 6 0( 2 0 1 3 )0 9 1 3 0 7 0 3 Re v i e w o n Re a s o ns a nd De t e c t i o n M e t h o ds o f Ga s Pi pe l i ne Le a ka g e Z HAN Li - h u a，WANG We i mi n， DAIWa n g- wa n g， CAO Y a h qi n g， L1We i we i ( Co l l e g e o f P e t r o l e u m a n dNa t u r a l Ga s En g i n e e r i n g ， L i a o n i n gS h i h u aUn i v e r s i t y ， L i a o n i n gF u s h u n 1 1 3 0 0 1 ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： I n t h e p r o c e s s o f t r a n s p o n a t i n g t h e n a tur a l g a s ， p i p e l i n e l e a k a g e i s o n e o f t h e i mp o r t a n t f a c t o r s a f f e c t i n g t h e s a f e o p e r a t i o n o f t h e p i p e l i n e I n t h i s p a p e r , c a u s e s o f g a s p i p e l i n e l e a k a g e we r e i n t r o d u c e d ，a n d s e v e r a l C O I T I IT I O n p i p e l i n e l e a k d e t e c t i o n me t h o d s a n d l e a k l o c a t i o n me t h o d s we r e d i s c u s s e d ，s u c h a s d i r e c t o b s e r v a t i o n m e t h o d ， u l t r a s o n i c me t h o d，t h e me t h o d o f d i s t r i b u t e d o p t i c a l fi b e r ,t r a n s i e n t s i mu l a t i o n me t h o d a n d n e g a t i v e p r e s s u r e wa v e me t h o d Ac c o r d i n g t o d i ffe r e n t l e a k a g e c a u s e s ， c o r r e s p o n d i n g p r e v e n t i v e me a s u r e s we r e p u t f o r wa r d b a s i n g o n t h e c o n t r a s t r e s e a r c h Ke y wo r d s ： Ga s p i pe l i n e ； L e a k a g e r e a s o n ： De t e c t i o n me t h o d ： P r e v e n t i v e me a s u r e s 近几年 ，随着经济发展水平的提高和西气东输 项 目的实现， 现阶段无论是民用气量还是企业用气 量都在逐年增加 ，我国的燃气正处于迅猛发展的阶 段。随着燃气供应量的增加 ， 燃气泄露事件也呈现 逐年上升的趋势。 城市燃气管 网是城 市基础设施 的重要组 成部 分 。燃气管网的安全运行 ，关系到人 民生命财产安 全 ， 关系到社会的稳定。 现输气管道都在 向大口径 、 高压力的方向发展 ，并伴随着管道破损 、泄漏和燃 烧爆炸等事故 的发生 ，严重威胁了人员安全 ，并带 来 了巨大的经济损失 ，所以对燃气管道泄漏原因及 泄漏点监测与定位 的研究 已刻不容缓。 1 输气管道泄漏的原因 分析燃气管道事故发生的原因， 可总结为以下 几点 ：一 、燃气管网及燃气设施的老化与腐蚀。埋 地燃气管道和燃气设施都存在使用年限，管道在超 龄 情况下运行会 因管道 的老化破 损而导致燃气泄 露 ，从而引发事故 。再者 由于管道周围土壤的酸碱 度不一样 ，相应管道的腐蚀程度也就会不一样 ，腐 蚀性较大的土壤会使管道还没达到服役年限就极易 发生管壁穿孔而导致泄漏 ， 酿成事故。二、违章占 压燃气管道或在天然气设施上方或安全距离内建设 建筑物或是放置重物 J 。违章 占压燃气管道及燃气 设施存在以下危害 ：不易巡检 ，发生隐患时不易察 觉容易酿成大祸 ；影响了正常 的维护检修的工作 ， 长期的占压燃气管道及设施还容易导致燃气管道及 设施的老化 ，宜形成潜伏隐患 ；长期占压燃气管道 及设施使其受力不均匀致使管道变形而发生泄漏 ， 当在一定空间内燃气量达到一定的浓度时 ，遇明火 便会发生爆炸。三 、城市建设施工对燃气管网的破 坏，也称做第三方破坏。今年来，全国各地都在紧 锣密鼓的进行着城市建设，这其中不乏存在着野蛮 施工 、不按章程操作 的现象。这样 的做法就会严重 破坏管道的防腐层甚至会 出现挖断管道 的现象 ，一 旦发生这样 的事故 ，后果会是相当的严重损失也会 相 当惨重。据统计第三方破坏在管道泄露事故中， 起 因最严重 ，泄漏量最多L 2 J 。 2 管道泄漏检测方法 对天然气管道泄漏的监测及泄漏点 的定位已成 为保障管道安全运行 、减少事故危害的重要手段 。 目前，输气管道泄漏检测的方法很多，主要有音波 法、分布式光纤法、瞬态模型法、热红外成像法及 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 3 -I 5 作者简介 ： 战丽华 ( 1 9 8 7 一) ，女，山东烟台人，在读硕士研究生，研究方向为：输气管道泄漏的研 究。E m a ： 7 8 6 0 9 6 6 4 7 q q C O FII 。 1 3 0 8 当 代 漏磁检测法等等。 2 1 直接检漏法 由于天然气在输送过程中添加臭味剂 ( 以四氢 噻吩 T H T常见) ，所以早期建成的管道主要是靠经 验丰富的管道 人或受过训练的动物来沿线巡查管 道以判断是否发生泄漏 3 。此方法的弊端是依赖检 测者的经验 、敏感性和责任心 ，检测耗时多且无法 连续检测 ，对于一些4 qL 泄漏还是无济于事。随着 科技的发展 ，这种方法逐渐被一些高效 、敏感的高 科技设备所替代 。近几年出现 了一种机载红外检测 技术 。是 由直升飞机带一高精度红外摄像机沿管道 飞行， 通过分析输送物资与周围土壤的细微温差确 定管道是否泄漏L 4 。利用光谱分析可检测出较小泄 漏位置 。这种方法可用于长管道， 微小泄漏的检测， 其缺点是对管道的埋设深度有一定的限制同时地形 较复杂的也不适合此方法。 2 2 音波法 当输气管道发生泄漏时 ，在泄露处会产生声波 信号。其 中高频信号传播的距离较短 ，而低频信号 能够沿管壁远距离 的传播。基于以上的低频信号传 播的特点，只要在管道两端安装能够检测到泄漏低 频声波的传感器即可检测到管道是否泄漏 ，如果对 采集的低频信号进行分析即可对泄露点进行定位。 图 1为音波泄漏检测原理示意图 。 汁辫， 机软 件 处 系统 f f 一 仑 豳 一 一 豳 道 l 趴离 l 口 图 1 音波泄漏检测原理 示意 图 Fi g 1 So ni c l e ak de t e c t i on pr i nc i pl e d i a gr a m 其中： L 一两传感器之间管道的长度； 一 管道的 卜 游检测点 ； 曰 一管道的 F 游检测点。 假设声波在输气管道里 的传播速度为 v ， 当发生 泄漏时 ，低频信号传到 、 所用的 时问分别为 l和 ，泄漏点的位置可按下面公式_ 6 计算 ： 1 ， 、 L A C ：二I +1， A t ) 2 、 式 中 = ，从式中可以得知 ，只要知道时 问差与声波传播的速度就可以对输气管道的泄漏点 进行定位。音波法以灵敏 l生好 、误报率低 、定位度 高等优点逐渐受到青睐， 但其缺点是易受其他音波的 干扰且难于对长距离输送的管道进行连续的监测 。 2 3 分布式光纤法 在管道铺设时，在管道附近与管道平行的铺设 一 条光缆 ，利用其中的三条单膜光纤 中的两条光纤 作为传感器的测试光臂 ，而剩下的那根光纤则用于 信号传输。半导体激光器( D) 发 出连续光波分别进 入作 为测试光壁的两条光纤 ，因为光波为同一光源 发出，故在两条光纤中传播速度一致。光波传到光 纤的另一端 ，在那汇合形成干扰信号。干扰信号再 沿第 3 条光纤传到光电检测器， 通过放大和滤波电 路对信号进行处理，再经过 AD转换后传输到计 算机中进行进一步信号处理和分析 J 。其测试原理 如 图 2所示 。 I 堕 f 图 2分布式光纤检漏原理示意图 F i g 2 Di s t r i b u t e d o p t i c a l fib e r l e a k d e t e c t i o n p r i n c i p l e di a gr a m 当输气管道发生泄漏时，管道会产生噪声 ，而 光缆的灵敏度很高 ，因其受到噪声的干扰 ，光缆 中 两条光纤会受到应力而产生应变。由图知两条光纤 的排列位置不一样 ，所以产生的应变就有所差别， 从而导致传播的光波分别产生不 同的相位变化 ，最 后由第j条光缆传到计算机的信号就会存在一个时 间差 ， 故通过监测信号波的变化即可实现输气管 道泄漏的实时检测。利用分布式光纤技术还可以对 泄漏点进行精确的定位 ，计算公式如下 ： c = l 一 ( ，一 专 l 式中： 光波在光纤中的传播速度 ( 已知光在真空中的传播速度 C ， 光 纤的折射率 1 “1 ，即可计算出 v ， v = c n ) 。 分布式光纤检漏技术不仅可以对 气体管道检 漏 ，也可对液体管道进行实时的监测 ，同时因其反 应灵敏 ，定位精度高的优点 ，可以检测出压力较低 且泄漏孑 L 径较小的输气管道泄漏点，所以分布式光 纤检漏技术在近几年越来越受到关注 ，特别是在强 腐蚀 、强电磁干扰等环境下具有很好的发展潜力 。 第 4 2卷第9期 战丽华，等： 输气管道泄漏原因及检测方法述评 1 3 0 9 但 由于光纤价格较贵 ，投资金额较高所以在一定程 度上也局限了分布式光纤法的普及。 2 4实时瞬态模型法 瞬态模型法是根据输气管道的运行条件 ， 利用 质量守恒方程 、能量守恒 、流体状态方程与动量守 恒方程建立管内流体流动的数学模型，并通过计算 机软件模拟输气管道的实时动态变化 ，然后把计算 机模拟的某一动态的值与现场实测的值进行比对 ， 如果偏差大于了一定的范围，我们就可认定为管道 发生了泄漏。该方法优点在于易于维护且安装 的费 用不高 ，但其缺点是定位精度不高 ，抗干扰的能力 不强 ，误报警率高 ，当管道 内是稳定流动时才能建 立数学模 型故不适用于操作变化频繁的管道。 2 5负压波法 此方法是是建立在信号处理上的方法， 不需要 依靠数学模型。当正在平稳运行的管道突然发生泄 漏时， 流体沿着泄漏点流出， 导致此处的压力骤降， 而泄露处附近的流体压力 比泄漏点高 ，由于压差的 存在 ，流体会迅速的流向泄漏点 ，这样泄漏点附近 又产生了压力降，这一过程从泄漏点开始依次向管 道的两端传送 ，这就产生了负压波【 8 。设置在管道 两端的压力传感器接收到自泄漏点传来的压力波， 通过分析处理信号 ，根据信号传来 的时间差可以判 断出泄漏点的位置9 。 负压波检漏法的优点是反应较快 ，对泄漏点的 定位相对准确。但此方法对突然泄漏量较大的管道 反应敏感 ，对缓慢发生的泄漏或是 已经发生的泄漏 反应迟缓甚至无效且对于处于地形 比较复杂地区的 管道的定位精度低 l 】 。 3 预防措施 天然气管道泄漏是输送过程 中的一个主要 的 安全问题 ，如何预防管道的泄漏及保证输气管道平 稳安全的运行是我们长期关注的一个话题 ，本文针 对引发泄漏的主要 因素提出了几点预防措施 ： ( 1 股 计人员在设计管道的走 向时，要尽可能合 理的布置管道的布局 ， 严格按照设计规范进行设计。 避开地形地貌的复杂段 ，实在避开不了时应采取有 效的措施对管道进行保护。 ( 2 ) 对 于埋于地下的管道在铺设时严格按照施工 图施工 ，严把施工的质量关 。 ( 3 ) 管道外壁涂刷防腐层，当管道需要焊接时严 格控制焊缝的质量 。 ( 4 ) 利用先进的高科技技术 ，加强对管道的实时 监测 ，做 到对隐患的早发现 ，早排除 。 ( 5 ) 对于有埋 地管道的地段做好地表标识 的工 作 ，最大限度的降低强行 占压 、人为破坏等情况的 发生。 ( 6 ) 燃气企业应定期的对管道进行检查 ，维护 ， 做好管道的安全评价工作 ” 。 参考文献 ： 1 聂世鹏 ，张建军埋地燃气管线发生泄露的原因和预防措施 J 上 海 煤气 ，2 0 0 8 ( 6 ) ： 1 6 2 宋晓琴 ，刘广文 ，王雯娟管道油品泄漏原因及对环境的影响l J ll油 气储运，2 0 1 l ， 3 0( 4) ：2 9 7 2 9 8 3张其敏 ，严宏东 管道泄漏检测技术及评价l J I 重庆科技学院 (自然 科学版 )，2 0 0 6 ，8( 2)：3 3 4郭文辉，曾宪云 管道泄漏检测技术【J l l T业安全 与环保 ，2 0 0 7 ， 3 3 ( 2) ：4 2 5 梦令雅 ， 李玉星， 等输气管道泄漏音波传播特性及监测定位l J 1 天然 气工业，2 0 1 0 ， 3 0( 1 1 ) ：7 5 6 华科 ，叶昊，手贵增， 等 基于声波的输气管道泄漏检测与定位技术 J 华 中科技大学学报 ( 自然科学版 ) ，2 0 0 9 ，3 7( 增刊 I) ：1 8 2 7 周琰 ， 靳世久 ， 张昀超， 等 分布式光纤管道泄漏检测和定位技术【 J I_ 石油学报，2 0 0 6 2 7( 2 )：1 2 2 8 袁朝庆 ，庞鑫峰，刘燕管道泄漏检测技术现状及展望I J 1l