检测的新技术——气体示踪检测技术.doc

地下无压和无料管道泄漏检测的新技术气体示踪检测技术吴金年（保定市金马漏水检测有限公司）目前，由于社会经济的快速发展，水、油、气、热力等资源的供需矛盾日益突出，已成为当前我国乃至全世界所面临的突出问题。我国石化系统、自来水系统等大部分企业的地下管道已接近老龄，有的甚至超期服役，造成了不少区域、地段的管网存在泄漏现象，有的存在严重的泄漏现象。这种状况，不但造成了资源浪费，有的还造成了严重的环境污染，影响了企业的建设步伐和创新发展，给国家、集体和个人造成了巨大的损失。因此，改革创新使用安全、便捷、高效的检测方法，加大泄漏检测力度是我们的必然选择。1 管道泄漏的原因在生产中，造成管道泄漏的原因主要有以下几个方面：1 . 1 规划设计问题由于规划设计的不合理，其它设施压在管道上，交通运输对管道也会形成一定的压力，尤其是车辆行驶较多的地方，更容易造成泄漏。另外，管道互相贯穿交叉，其它管道的腐蚀可在短期内引起管道泄漏。管道施工不良，容易造成管道泄漏。1 . 2 外界因素问题地质变动、地面沉降等原因引起管道接口松动造成管道泄漏；酸、碱土壤腐蚀造成管道泄漏：介质的温差起伏大，引起管道受热不均匀而造成泄漏；外界压力造成管道的破损而造成泄漏。1 . 3 管道自身问题管道历经多年的风风雨雨，由于腐蚀、锈化等原因，早已是千疮百孔；管道的超期服役；管道材质和阀门质量的影响都会造成管道泄漏。1 . 4 其它原因管道铺设年代太久，管网图纸资料不全，不明、未知或已报废管道引起“泄漏”。由于以上造成泄漏的原因会长期存在，所以，泄漏现象将会反复发生，因此有必要进行泄漏检测工作。2 管道泄漏造成的危害2 . 1 资源浪费当前，水、油、气、热力等资源的供需矛盾日益突出，已成为我国乃至全世界所面临的突出问题。水、油、气、热力等管道的泄漏，大大造成了这些资源的流失和浪费。2 . 2 环境污染如果水、油、气、热力等管道存在泄漏，泄漏的水、油、气及有关有机物质会严重污染附近地下水及地面上的设施，导致资源的加速消耗，并且造成生态破坏、环境污染。目前，环境污染所造成的后果和对社会发展的反作用已日渐被人们所感受，并逐渐形成共识。保护环境，保护我们人类共同的家园地球，是我们不可推卸的责任。2 . 3 安全隐患另外，泄漏的油、气及有机物质，存在大量的安全隐患，容易发生火灾、爆炸、毒害等公共安全事件，给人民的生产、生活带来不利影响。3 气体示踪检测技术泄漏检测技术方法是一项综合性较强的技术方法，包括声波检测技术、压力测量技术、流量监测技术、相关检测技术、气体示踪检测技术、管线探测专业技术等。但是，由于地下输油、输气、输有机物质管道特有的工作环境和工作条件，有些检测技术在生产实践中使用起来不太理想，尤其是对无压、无料管道泄漏检测中不实用。综合各种因素，并结合笔者多年的工作实践，目前无压、无料管道泄漏检测中比较安全、便捷、高效的检测技术是一气体示踪检测技术。3 . 1 工作原理气体示踪检测主要选用氢气示踪，氢气示踪检测仪采用进口原装电化学传感器，通常由浸没在电解液中的三个电极构成。工作电极是用具有催化活性的金属，将其涂覆在透气但憎水的膜上做成。被测量气体经扩散透过多孔的膜，在其上进行电化学氧化或还原反应，其反应的性质依工作电极的热力学电位和分析气体的电化学（氧化或还原）性质而定。电化学反应中参加反应的电子流入（还原）或流出（氧化）工作电极。工作电极的工作信号经运放U2放大成为仪器的输出信号。电路同时保持工作电极的电压使之处于其偏压VBIAS之值。基准电极则为电解液中的工作电极提供一个稳定的电位。基准电极电位与VBIAS比较后，在运放U1 输出电压信号，其大小正好是产生一个与工作电极相等相反的电流信号。同时电路使工作电极与参比电极间保持恒定的电位差。测量电极只是一个完整的电化学传感器所需要的第二电极，其主要作用是允许电子进入或流出电解液。氢气示踪检测有别于其它方式，它在有噪音干扰的情况下，通过收集氢气扩散的数值来判定泄漏点，能进行无人为误差的泄漏检测作业，在无法听音的复杂地段氢气微量检测可发挥更大的作用。3 . 2 工作特点这种检测方法经济实用，最大优势在于注入的气体既不易燃也无毒害，因此使用非常安全。其原理主要利用氢气比重远小于空气的特性，通过压缩机在管道中充入稳定气体（5%氢气95%氮气混合气），氢气从泄漏点逸出，垂直冒出地面（可穿透土壤，混凝土路面等），再通过铃型探头对泄漏点进行定位，在地面氢气示踪检测仪能探测到lPPm的示踪气体，将更容易确定泄漏点的位置。3 . 3 适用范围气体示踪检测技术可检测燃气、热力、水、排污、物料等管道微小的泄漏点。又可用于重要（重点）管段的定期监测，还可做为管道建设竣工后的质量验收评价手段。3 . 4 技术应用受中国石油化工股份有限公司洛阳分公司（以下简称洛阳石化）的委托，金马公司运用气体示踪检测技术对洛阳石化的芳烃车间PX装置、抽提装置的地下排油管道、输水管道进行全面的泄漏检测。本次泄漏检测工作，共确认泄漏点10处（排油管道6处、输水管道4处），对泄漏点的开挖、修复、泄漏点确认准确率100 %，定位精度1.0m ，同时对泄漏状况进行了评价、分析了泄漏原因、提出了管道维护建议。结果表明，本次排油管道、输水管道泄漏检测工作采用气体示踪检测技术是适当的、有效的。本次检测结果得到了洛阳石化的充分肯定，保证了洛阳石化管网的长期、稳定、健康运行；节约了资源，降低了成本，提高了经济效益；排除了由于泄漏原因对附近道路、建筑设施及装置造成的安全隐患；保护了环境，防止了水体污染：不仅产生了巨大的经济效益，社会效益、生态效益也非常显著。附：芳烃车间PX 装置内ADR 管网泄漏点开挖照片： 芳烃车间抽提装置内PDR 管网泄漏点开挖照片：4 建议根据生产中存在的问题和笔者多年的泄漏检测工作经验，提出如下工作建议：(1)泄漏原因有些是防腐施工质量不过关，管道腐蚀严重造成的，建议以后铺设管道时，加强施工质量管理，尽量避免因施工不良而引起管道泄漏(2)建议在以后的施工过程中要注意回填物，在管道上方不要填埋石头等硬物，以避免重车压坏管道(3)加强管道施工设计与竣工管理，建立完整、准确的管道图，以便于日后的管理。(4)管道图部分不准确，厂区没有数字化管道图，这种状况不利于企业建立快速、高效、信息化的现代管理制度。建议公司做一份完整的数字化管道图，实现管道的动态管理。(5)管道泄漏是周而复始不断发生的，建议定期进行泄漏检测工作，以达到降低损失，排除安全隐患的目的地下无压和无料管道泄漏检侧的新技术 气体示踪检侧技术作者：吴金年作者单位：保定市金马漏水检测有限公司1.会议论文李永年 李晓松 地下管道腐蚀检测工作中的几个问题2001 陈述了埋地管道腐蚀检测的主要内容；对当前常用的几种评价防腐层性能方法的应用条件做了初步分析；提出了地下管道腐蚀与防护状况地面调查检测工作的新建议2.会议论文P . Hayward 马孝春 机器人技术、检测技术及地下调查技术2000 本文介绍国外发达国家的一些知名公司在非开挖管道检测、修复、维护方面的新产品和机器人技术3.学位论文 马永超 埋地钢质管道管中交流电流检测技术研究2008 管道作为输送石油、燃气等能源的安全经济的手段在世界各国得到广泛应用。由于管道自然寿命的下降和人为因素的破坏，一旦发生泄漏事故，将给国家和人民财产造成重大损失以及人员伤亡和环境污染。及时准确地检测和了解管道运行的状况，掌握长输管道整体与局部失效模式，对提高管道腐蚀及防护状况评价的有效性、准确性和科学性都是十分重要的。埋地钢质管道管中交流电流检测方法是一种应用电磁方法探测管体腐蚀清况及外防腐层破损状况，能实现埋地管道的不停输、非开挖检测，维护长输管道运行的连续性和可靠性。但在检测过程中，管中电流的传输容易受到管体本身及外界环境等因素的影响，增加了对管道整体运行状况评价的复杂性。因此，研究和掌握埋地钢质管道管中交流电流的传输规律，有效排除相关干扰因素的影响，对提高管道检测的精度和可靠性具有重要的意义在研究国内外大量文献基础上，建立了管地回路系统的数学模型，提出了埋地钢质管道管中交流电流的线传输理论公式，研究了交流电流在埋地钢质管道中的传输规律，确定了影响管地系统的基本参数。在依托中国特种设备检测研究院压力管道部工程实践与现场试验的基础上，验证了该传输规律的正确性，并研究了不同管径、管道外防腐层、土壤电阻率（管道途径地区）对于管中交流电流传输的影响规律研究了地下金属构筑物和高压输电线路等常见典型的影响交流电流信号在地表采集的规律，通过对最先进的管中交流电流信号衰减防腐层检测技术分析，综合运用信号处理技术、去噪技术及统计分析技术，并结合小波函数的特点和Matlab 工具箱，研究了管中交流电流信号检测量的有效分离和提取技术，还原了真实信号数据，并对管体缺陷进行了准确定位，工程实践表明，效果良好最后，在上述研究基础上，开发了埋地钢质管道覆盖层质量状况评价系统软件，实现了对检测管道基本信急的管理和查询，实现了信号的处理和缺陷定位以及管道外覆盖层电阻率（Rg ）的计算功能并通过工程应用验证了软件的正确性、适用性和可靠性4.会议论文陈书旺 王明时 地下管道的红外成像检测法2004 输油管道或暖气管道埋在地下，其泄漏和定位检测是比较困难的。由于管道内流体具有一定的温度，并且可以通过红外热辐射的形式传导到地面上，因此可以采用红外探测器来对地表温度进行测量，从而根据温度差来判断出管线的走向与泄漏部位。红外热像仪是红外线探测器和光学系统的完美组合，它可以检测到物体所发出的红外线并以热图的方式显示出来。热图可以提供人眼所不能看到的热量信急及其细节。红外热成像法为地下管道的维护提供了一种可行的方法。5.会议论文黄金钊 汪海波 杨鑫 魏兆成 张波 陈学政 化工区复杂地下管道腐蚀检测技术探讨2007 本文对化工厂区地下管道腐蚀状况进行了全面的检测根据检测的结果和存在的问题对复杂地下管道的检测提出了建设性意见6.学位论文 黄洪程 基于GIS 的地下管道安全管理系统的研究2003 地下管道是一个地区、城市或大型石化企业重要的基础设施，担负着供热、供气、供水等功能由于影响地下管道安全运行的因素很多，管理十分困难，地下管道安全事故时有发生如何建立科学的地下管道安全管理模式，研究开发相应的信急系统，准确、决速地查询地下管道各种技术信急，为科学管理与事故紧急处理提供决策依据，是急需解决的重大工程问题该文采用地理信急系统（GIS, Geographical Information system ）技术研究开发了地下管道安全管理信急系统，包括：1 ）在研究分析地下管道主要失效模式的基础上，建立了地下管道的故障树模型，并以此模型为基础开发了地下管道可能失效模式分析器，用户可根据某一地下管道检测检查结果定量或定性地推理出该地下管道的主要失效模式和管理的重点内容与部位2 ）研究分析了地下管道管理模式，并根据地下管道信急管理要求进行了基于Gls 的地下管道安全管理系统的需求分析、总体结构设计和子系统功能设计3 ）设计了地下管道空间数据概念模型和组织模型，建立了合理、高效的空间数据库；并研究了地下管道空间数据库与安全管理信急属性数据库之间的接口，使地理信急能无缝的与地下管道安全管理数据库进行系统集成4 ）以ARCGIS 提供的M 即objeot 组件为二次开发工具，开发实现了地下管道安全管理系统系统图文联动，能基本满足了地下管道管理部门综合查询与维护要求7.会议论文 李晓松 综合参数异常评价法和管壁厚度TEM评价技术在油田地下管道腐蚀检测中的综合应用2007本文介绍了综合参数异常评价法和管壁厚度TEM 评价技术的检测原理和综合应用方法，并对综合参数异常评价法和管壁厚度TEM 评价技术在油田地下管道腐蚀检测工作中的综合应用效果加以总结8.学位论文 袁少杰 基于空间方向角的非开挖地下管道测量方法研究2006 地下管线非开挖铺设施工技术是当今地下管道铺设中的一项重要技术。而传统的物探测量技术对基于此方法施工的地下管道的形状与位置信急的获得有诸多限制，如地质条件埋置深度限制等。其测量精度受环境影响较大“非开挖地下管道测量系统关键技术研究”是针对以上传统物探方法的不足之处而提出的，旨在通过对关键技术的研究来实现保证一定精度的测量，且受环境影响较小的非开挖地下管道测量系统。本项目得到了国家自然基金、上海市重大科技攻关项目及上海市第二期重点学科的资助作为“非开挖地下管道测量系统关键技术研究”项目的重要内容之一，本硕士论文的主要内容是管道内传感头系统的设计，以及基于空间方向角的地下管道形状位置重建技术。围绕这一主要内容，本文介绍了管道内传感头的各个部分的系统设计及管道形状位置的重建的关键技术研究。其中，第一章介绍了国内外在非开挖地下管道探测方面的研究清况。在第二章中介绍了整个系统的设计方案，并着重论述了作为重要部分的管道内传感头子系统的组成与系统设计。在第三章中，对基于曲线离散点空间方向角的管道形状的重建技术进行了研究，并使用典型管道形状对重建方法进行初步验证。第四章中，设计了管道内定心装置，介绍了其工作原理与控制方法，给出了实验结果。在第五章中，设计了管道内水平平台的机构及其控制方法研究，进行了试验获得了满意的结果。在第六章中，设计了整个管道内传感头的控制系统，以及其控制软件，实现了在上位机控制下的管道内传感。最后在第七章中介绍了本课题所研究的“基于空间方向角的非开挖地下管道探测方法研究”的结果。实际证明本系统在非开外地下管道检测方面取得了良好的效果9.期刊论文李田 郑瑞东 朱军 Ll Tian ZHENG Rui-dong ZHU Jun 排水管道检测技术的发展现状中国给水排水2006 , 22 ( 12