燃气管道泄漏检测新技术.doc

燃气管道泄漏检测新技术摘要：总结了管道泄漏检测的主要方法，介绍了国内外燃气管道泄漏检测的新技术及应用情况，指出燃气管道泄漏检测的发展趋势。关键词：燃气管道；泄漏检测；直接法；间接法NewTechnologiesforLeakageDetectionofGasPipelineLIJun，xUYong-sheng，YUJian-jun(TianjinInstituteofUrbanConstruction，Tianjin300384，China)Abstract：Themainmethodsforpipelineleakagedetectionaresummarized，thenewtechnologiesfor1eakagedetionofgaspipelineandtheirapplicationathomeandabroadareintroduced，andthedevelopmenttrendofgaspipelineleakagedetectionispointedout.Keywords：gaspipeline；leakagedetection；directmethod；indirectmethod管道运输作为燃气的最主要输送方式，具有造价低、运行费用低、安全性好、运输量大的优点。管道存在生命期限1，在整个管道寿命期内都有事故发生。在幼年期，由于管道本身、设计施工方面的缺陷及周围的环境仍未达到稳定而造成的事故较多：在平稳期，由于周围环境趋于稳定，在幼年期造成事故的管道本身的缺陷也通过维修得到了弥补，事故率降低；在老年期，由于管龄的增长，介质腐蚀性、维护条件以及安全管理等方面的原因，事故率又会上升直至管道报废。管道发生事故而导致燃气泄漏的频繁发生，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、爆炸等灾害，给人民的生命财产安全带来极大的威胁。因此对燃气管道泄漏检测方法的研究已引起了世界各国的重视。1管道泄漏检测的主要方法直接法是指对泄漏物直接进行检测，此法主要包括人工巡线法、声学法、化学法、应力法、漏磁法和机器人法等，其主要特征是借助于人的视觉或各种特殊传感装置直接感知管道泄漏的存在，有时也称间接法是利用数据采集系统提供的管道的管内压力、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而不是直接检测出来的，故也称为间接推理法或基于软件的检测方法，如质量平衡法、压力波分析法、实时模型法、统计检漏法等。2燃气管道泄漏检测的新技术直接检测新技术现有的火焰电离分析检测器只能放在泄漏点处才能检测到泄漏的甲烷2。为此，美国开发了一种手持式检测器RMLD(RemoteMethaneLeakDetector)，它采用可调谐二极管激光吸收频谱技术，当激光通过泄漏处时，甲烷就可吸收一部分光，从而可以检测到30m范围内的甲烷泄漏。对于一些危险地段(如繁忙的公路、敷设管道的桥梁)的燃气管道，不必接近就可检测是否发生泄漏。RMLD由两个交互的部分组成：无线电收发器和信号处理控制器。工作原理为：收发器发射的红外激光能被一些砖块、混凝土、草坪等反射回来，反射光被信号处理控制器收集后并被转换为电信号。由于激光遭遇甲烷分子后会被吸收一部分，通过对这些电信号频谱的分析处理就可得出相对应的甲烷浓度。这种激光的最大射程可达30m，并且只对甲烷敏感，因此不会受其他碳氢化合物的干扰而存在误报警。基于FTIR(Fourier-transformInfrared)的扫描成像光谱测定法是一种远程检测和成像的燃气检测新方法3。基于此技术，德国汉丁堡技术大学和鲁尔燃气公司合作开发了一种燃气浓度团识别工具燃气摄像机，通过对燃气浓度团的叠加可以对甲烷的泄漏源进行定位。这种燃气摄像机采用聚焦平面阵列检测器与滤波器相结合的方法可以检测和识别0100m范围内燃气的泄漏。在20世纪90年代，俄罗斯的ILI(In-lineInspection)管道检测技术主要用来检测与腐蚀有关的各种管道缺陷。ILI设备在管内气体的推动下运动并收集管内流动和管壁完好程度的信息，对记录在ILI内的数据进行处理可以得到管道的很多信息，同时也可以判断管道是否发生泄漏。2000年后，俄罗斯已将ILI开发成为一套综合的管道检测设备，几乎可以检测到管道的所有缺陷(包括纵向断裂和横向断裂)4。ILI是俄罗斯管道检测的主要方法，现在集管道腐蚀、泄漏等多种缺陷检测为一体的管道智能诊断技术主要研究ILI的工艺优化和改善设备的可靠性。在美国，有450000km的燃气输送管道，为了保证它们能完整安全地运行，都会定期利用管道磁通量漏损装置(MagneticFluxLeakage)智能清管器进行检测5，见图1。智能清管器通过装配一个永久性强磁铁去磁化管道，在管内气体压力的作用下向前推动，当管道破裂发生燃气泄漏时，磁通量就会泄漏到破裂区域，沿环状排列的传感器可以检测泄漏磁通量的轴向、半径等特性。由于泄漏信号包含有反常情况的形状与尺寸，数据采集系统的微处理器通过对信号的数字转换、储存和分析就可以进行泄漏检测和定位。腐蚀破坏是燃气管道发生泄漏的主要原因，通过对管道腐蚀程度的检测即可判断管道是否发生泄漏。新一代的智能清管器(IntelligentPigs)通过安装旁通装置来调节智能清管器的移动速度，使得管内检测法使用时不必改变气体的流动状况6。虽然通过智能清管器可以精确地检测管道壁厚的实际状况，对管道的腐蚀点及泄漏点进行定位，从而保证燃气管道的安全运行，但是这种方法造价较高，检测效果与管道的技术特性(直径、厚度、弯曲半径等)有关，没有考虑对数据采集的时间延迟进行补偿，在检测前与检测过程中还要做很多其他技术准备工作。另一种管道腐蚀点的检测方法电压梯度测试技术DCVG(DirectCurrentVoltageGradient)和密间隔测试技术CIPS(CloseIntervalPotentialSurvey)相结合的检测方法，需要阴极保护的一些历史数据，如土壤电阻率、控制点电位等，该方法适用于各种技术特性的燃气管道7。由于地下燃气管道周围还常敷设有给排水管道、通信电缆等其他管线，因此燃气管道遇到的最大威胁是第三方破坏。为此，日本Toho燃气公司开发了一种便携式第三方破坏远程监控系统8，实时地监测第三方对周围燃气管道的损坏情况，从而保证了燃气管道很少因第三方破坏而发生事故。当系统监测到重型机械与燃气管道相接触时，会立即发出报警声来约束第三方的工作行为，并将报警信号远传到调度中心，使调度中心迅速采取有效措施，从而使事故发生率降到最低。该远程监控系统采用声学原理，利用振动检测法作为与第三方联络的基本方法，它通过安装一个对比传感器来克服外界噪声干扰的振动，通过监测传感器来辨别燃气管道的振动。由于该系统并没有采用频率分析法去噪，克服了传统声学检测方法中采用频率分析进行信噪分离所导致的造价高、安装复杂等缺点，因此成本低廉，安装简便。间接检测新技术德国学者SiebretH和IsermannR提出将管道首、末端的流量和压力信号经过处理后进行相关分析的泄漏检测方法。该方法能够有效地检测出较小的泄漏，提高了检测的灵敏度和准确度，并在实I示应用中取得了满意的结果，对以后的研究具有较大的启发意义，但这种方法计算量较大，检测的实时胜较差9。荷兰壳牌(Shell)公司的ZhangxJ提出了一种气体和液体管道的统计检漏法10。它通过采用模式识别和序列概率比的方法，构造两种状况(正常状况、泄漏状况)下的假设检验，利用统计分析技术对实测的压力、流量问的关系进行分析，以此来检测泄漏，并采用最小二乘法对泄漏进行定位。该方法已成功应用于石油、天然气、化工等多种管道运输中。其优点是不需要复杂的数学模型，可连续进行检测，并且具有记忆功能，适应性强，误报率低，安装方便，易于维护，缺点是检漏精度受仪表精度影响大，定位精度欠佳。美国的MarcoFerrante提出了采用小波分析的方法11，利用小波技术对管道的压力信号进行奇异性分析，由此来检测泄漏。20世纪80年代以来，我国从事管道泄漏检测技术的科研人员在应力波法、负压力波法、管道实时模型法等方面进行了研究。国内输油管道实时监测技术目前总体上处于引进吸收、研制开发的阶段。国内一些高校如天津大学、清华大学、石油大学及大型国有企业如中原油田、大庆油田、辽河油田等均在此方面进行过一定的研究，并将其应用在实际的输油管道上1214。目前也有少数单位开始着力于燃气管道泄漏检测的理论与实验研究1517，但对于燃气管道泄漏检测实际应用方面的研究比较罕见。3结语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。而目前的泄漏间接检测技术还不很成熟，尤其对小的泄漏不敏感，国内仅在部分输油管道上使用，其目的也主要是防止一些不法分子在原油管道上钻孔盗油，而在输气管道的应用中还存在一些问题。因此在今后一定时期内直接检测法还是燃气管道泄漏检测的主要手段。由于直接检测法只能间断进行，易使管道发生堵塞、停运事故，造价较高，因此间接检测法将会引起越来越多研究者的重视。随着我国管道技术的进步，特别是燃气管道SCADA(SupervisoryControlandDataAcquisition)技术的逐步推广，与SCADA、GPS(GlobalPositionSystem)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。参考文献：1WaymanM，BellJ.Aneconomicapproachtodeterminingtheperformancecapabilityofgasdistributionpipe1inesA.InternationalGasUnion.23rdWorldGasConferenceC.Amsterdam(TheNetherlands)：InternationalGasUnion，2006.1063-1074.2RagulaJ.NewtechnologyoftheremotemethaneleakdetectorA.InternationalGasUnion.23rdworldGasConferenceC.Amsterdam(TheNetherlands)：InternationalGasUnion，2006.1175-1179.3SchwenglerP.Gascamera-mobileimagingsystemforvisualisingmethaneplumesatdistancesbetween0-mand100-mandmoreA.InternationalGasUnion.23rdWorldGasConferenceC.Amsterdam(TheNe-ther-lands)：InternationalGasUnion，2006.899-915.4SalyukovVV.DiagnosticssystemofJSCGAZPROMsgasmainsA.InternationalGasUnion.23rdWorldGasConferenceC.Amsterdam(TheNetherlands)：InternationalGasUnion，2006.961-969.5MandayamS，UdpaL，LordW.Wavelet-basedpermeabilitycompensationtechniqueforcharacterizingmagneticfluxleakageimagesJ.NDTEIntemational.1997.(5)：297-303.6ChaburkinVF.Providingreliabilityoftrunkgaspipelinesoperationonthebasisofin-1ineinspectionresultsA.InternationalGasUnion.23rdWorldGasConferenceC.Amsterdam(TheNetherlands)：InternationalGasUnion，2006.752-763.7TaberkoktA.C.P.data，CIPSDCVGtechniques：anotherwaytopredictcorrosionongaspipelineA.InternationalGasUnion.23rdWorldGasConferenceC.Amsterdam(TheNetherlands)：InternationalGasUnion.2006.882-898.8KiyoshiM.Developmentofaportableremotemonitoringsystemforthird-partydamageA.InternationalGasUnion-23rdWorldGasConferenceC.Amsterdam(TheNetherlands)：InternationalGasUnion.2006.1111-1121.9SiebretH，IsermannR.MethodforthedetectionandlocalizationofsmallleaksingaspipelineJ.ComputerApplicationsinShippin