燃氣管道受損、泄漏的檢測方法與選擇

? 與其它能源運輸方式相比，管道運輸更有效、更安全、對環(huán)境的影響更小。但也正是由于管道埋于地下，對燃氣管道而言，管道受損和泄漏，特別是腐蝕和因此所造成管道泄漏，往往是難以察覺的；一旦導致大面積泄漏，輕則造成經濟損失，重則引發(fā)人員傷亡事故。因此，為了確保燃氣輸氣管道的安全性，必須根據實際情況采用各種有效的管道受損和檢漏技術，以避免或減少事故的發(fā)生。

1?管道受損檢測方法
??? 由于外力等原因對管道可能造成的傷害，或施工不當造成的管道缺陷，一般受損位置比較明確，可以就地開挖進行檢測。而管道腐蝕的位置、程度和面積，其影響因素非常多。因此，燃氣管道受損狀況的檢測主要就是管道腐蝕狀況的檢測。管道腐蝕檢測技術包括管道外腐蝕檢測和管道內腐蝕檢測兩大類。
1.1 管道外腐蝕檢測技術
??? 在燃氣管道上，埋地鋼制管道的外腐蝕保護一般由絕緣層和陰極保護組成的防護系統(tǒng)來承擔，通過對陰極保護系統(tǒng)的檢測，可以判斷防腐層的損壞程度，從而得出管道受腐蝕的情況。基于這一原理而研究出的方法，其檢測參數一般是管/地電位的測量和管內電流的測量。管/地電位的檢測技術包括短間歇電位檢查法、組合電位測試法、直流電壓梯度法等；管內電流檢測技術包括電流梯度分布法、分段管內電流比較法等。雖然這些方法能夠實現不開挖、不影響正常工作的情況下對埋地管道進行檢測，但這些方法都是屬于間接檢測管道腐蝕的方法，有的方法對測量人員的要求十分嚴格，例如用直流電壓梯度法檢測時，為準確判定管道涂層缺陷的位置，要求測量人員垂直于管道方向測量，因此，測量前必須知道管道的確切位置、走向等，對于長距離埋地管道進行檢測，這一要求很難達到。此外，有的管外檢測技術不適合于檢測穿越公路、鐵路和江河海底的管道。
1.2?管道內腐蝕檢測技術
??? 管道發(fā)生腐蝕后，通常表現為管壁變薄，出現局部的凹坑和麻點。管道內腐蝕檢測技術主要是針對管壁的變化來進行測量和分析的。在沒有開挖的情況下進行的管道內腐蝕檢測。一般有漏磁通法、超聲波法、渦流檢測法、激光檢測法和電視測量法等。其中目前國內外使用較廣泛的是漏磁通法和超聲波法，它們可以提供管道沿線的焊縫、支管接口、閥門、管壁厚度變化、防腐層剝離、裂縫等信息。
1.2.1漏磁通法
??? 漏磁通法檢測的基本原理是建立在鐵磁材料的高磁導率這一特性上，鋼管腐蝕缺陷處的磁導率遠小于鋼管的磁導率，鋼管在外加磁場作用下被磁化，當鋼管中無缺陷時，磁力線絕大部分通過鋼管，磁力線分布均勻，當鋼管內部有缺陷時，磁力線發(fā)生彎曲，一部分磁力線泄漏出鋼管表面。檢測被磁化鋼管表面逸出的漏磁量，就可以判斷缺陷是否存在。漏磁通法一般只限于管道表面和近表面的檢測，管壁太厚，抗干擾能力差，空間分辨力低。另外，小而深的管壁缺陷處的漏磁信號要比形狀平滑但很嚴重的缺陷處的信號大得多，所以，往往需要校驗，特別是當管材中混有雜質時，還會得到虛假數據。
1.2.2 超聲波法
??? 超聲波檢測法主要利用超聲波的脈沖反射原理測量管壁腐蝕后的厚度。檢測時將探頭垂直向管道內壁發(fā)射超聲脈沖，探頭首先接收到由管壁內表面反射脈沖，然后超聲探頭又會接收到來自管壁外表面的反射脈沖，這個脈沖與內表面反射脈沖之間的間距反映了管壁的厚度。這種檢測方法是管道腐蝕缺陷深度和位置的直接檢測方法，檢測原理簡單，對管道材料的敏感性小，不受管道雜質的影響，能夠實現對厚壁大口徑管道進行精確檢測，還能分辨管道的內外壁腐蝕、管道的變形、應力腐蝕破裂和管壁內的缺陷，如夾渣等。
??? 目前，國外結合漏磁通法和超聲波法研制出了各種管內智能檢測裝置，一般有兩大類為：有纜型和無纜型。
??? 有纜型管內智能檢測裝置一般由配有各種檢測儀的管內移動部分、設置在管外的遙控裝置、電源、數據記錄處理儀、電纜供給控制裝置以及連接管內移動檢測部分和管外裝置的電纜組成。由于該類管內智能檢測裝置的數據處理與電源部分設在管外，所以管內的移動部分一爬行機結構緊湊，可以應用于中小口徑的管道，但是受到電纜長度的影響，其檢測長度有限，而且多應用于停運管道的檢測。
??? 無纜型管內智能檢測裝置一般由主機、數據處理系統(tǒng)和輔助設備3部分組成。無纜型管內智能檢測裝置的主機指在管內行走的智能檢測爬機部分，國外漏磁檢測爬機的研究始于20世紀70年代中期，而超聲波技術是在20世紀80年代末才引入爬機的。與漏磁檢測爬機相比，超聲波檢測爬機具有不受管道壁厚限制的優(yōu)點，而且實踐也表明，超聲波檢測法提供的檢測數據比漏磁法更為精確?，F在國外的超聲波檢測爬機的軸向判別精度可達3.3mm，管道圓周分辨精度可達8mm，機體外徑從59mm到1504mm，爬機的行程可達50km～200km，行走速度最高可達2m/s。
??? 無纜型管內智能檢測裝置的數據處理系統(tǒng)指安裝在爬機內的，用于管內檢測過程中記錄數據的部分，一般待爬機檢測結束后，由爬機中取出記錄數據，再由計算機進行分析，以供檢測人員對腐蝕狀況進行評估。
??? 無纜型管內智能檢測裝置的輔助設備指用于發(fā)送爬機的裝置和檢測定位的裝置。
??? 無纜型管內智能檢測裝置無論是檢測精度、定位精度、數據儲存、還是數據分析均已達到了較高的水平。特別是隨著電磁聲學傳感器的出現和應用，這類爬機還能檢測管道的應力腐蝕裂紋。
??? 國內地下燃氣管道檢測技術的研究與應用仍處于相對比較落后的狀況，大部分燃氣管道不僅沒有使用網絡系統(tǒng)進行監(jiān)控，而且各種管道腐蝕技術也都是管外檢測，無法對埋地管道的腐蝕情況進行及時準確的檢測，從而可能造成重大損失。目前管道的各種智能檢測爬機仍在研究開發(fā)中，盡管某些科研單位已經研制出了幾種功能樣機，但還難以滿足實際要求。

2?管道泄漏檢測方法
??? 根據燃氣泄漏檢測原理，現有的方法可分為直接檢測法(根據泄漏的介質)和間接檢測法(根據泄漏引起的管道流量、壓力等輸送條件的變化和泄漏引起的聲、光、電等變化)。
2.1?直接檢測法
??? 最常用的直接檢測法有火焰電離檢測法和可燃氣體監(jiān)測法兩種。
??? 火焰電離檢測法的基本工作原理是：在有電場存在的情況下，烴類(氣態(tài))在純氫火焰灼燒下產生帶電碳原子，碳原子被搜集到一個電極板上并計數，當碳原子的數量超過預設定值時，則表明周圍空氣中存在超過了警戒濃度的可燃氣體，檢測器即報警。該檢測器的優(yōu)點是靈敏度高，只要1m³空氣中含有1.8×10^-6m³的可燃氣體就可檢測到；響應快，典型的響應時間為2s；定位精確度高；抗干擾能力強；可檢測濃度范圍大；具有較快的檢測速度。缺點是不能長距離連續(xù)檢測，對密閉空間內的管道泄漏檢測時易引起燃燒或爆炸事故。
??? 可燃氣體監(jiān)測法的基本工作原理是：通過擴散作用從空氣中取樣，利用催化氧化原理產生一種與可燃氣體濃度成比例的信號，一旦可燃氣體濃度超過爆炸下限的20％，繼電器驅動信號便可傳送到遠方控制板上的報警器報警。
2.2?間接檢測法
??? 管道的泄漏會引起管道流量、壓力和溫度等運行條件發(fā)生變化，據此可對泄漏進行判斷。主要有以下4種形式。
??? (1)流量/壓力變化
??? 在管道的出口或入口設置壓力和流量設備，如果所測壓力或流量的變化幅度大于預設值，則發(fā)出泄漏報警。這種方式雖然簡單，但不能精確定位，而且誤報警率較高。
??? (2)質量/體積平衡
??? 質量或體積平衡法的基礎也是對體積進行測量，不同點是將流量的變化歸納為質量或體積平衡圖，可根據壓力/溫度的波動和變化對流量進行校正。在質量或體積平衡圖上，泄漏引起的流量變化可以得到較清楚地顯示，能比第一種形式檢測到更小的泄漏量。
??? (3)動態(tài)模型分析
??? 動態(tài)模型法用數學模型模擬管道中流體的流動，依據模型的計算值和測量值的差值判斷泄漏。模型采用的方程包括質量平衡、動態(tài)平衡、能量平衡和流體狀態(tài)方程等，動態(tài)模型法需要在管道的出入口和管道沿線測量流量及壓力，測量點越多，效果越好。動態(tài)模型法的突出特點是對泄漏的敏感性好，可對泄漏點定位，并可對管道進行連續(xù)監(jiān)測，但誤報警率高。
??? (4)壓力點分析法(PPA)
??? 管道在正常運行時，其壓力值呈現連續(xù)變化的穩(wěn)定狀態(tài)。當管道發(fā)生泄漏時，泄漏點由于物質損失發(fā)生壓力驟降，破壞了原有的穩(wěn)態(tài)，因此管道開始向新的穩(wěn)定狀態(tài)過渡。在此過程中產生了一種沿管道以聲速傳播的擴張波，這種擴張波會引起管道沿線各點的壓力變化，并將失穩(wěn)的瞬態(tài)向前傳播。在管道沿線設點檢測壓力，采用統(tǒng)計的方法分析檢測值，提取出數據變化曲線，并與管道處于正常運行狀態(tài)時的曲線作比較。如果現行狀態(tài)曲線脫離其特有形式，則表明有泄漏發(fā)生。該方法可檢測流量超過3.17%的泄漏。
??? 在以上4種形式中，流量/壓力變化、質量/體積平衡和壓力點分析法易于維護，費用低，但不能確定泄漏位置，也不能適應發(fā)生變化的運行條件；動態(tài)模擬法可進行泄漏點定位，也能夠適應發(fā)生變化的運行條件，但費用高，操作人員需要較高的專業(yè)知識。
為此，近年已開始對其進行改進。
??? 管道的泄漏除了會引起流量、壓力、溫度等運行條件變化外，也會產生噪聲，引起環(huán)境溫度和土壤電性質的變化。根據這類變化進行泄漏檢測，主要有以下方法。
??? (1)聲學檢漏法
??? 當管道因腐蝕或破壞發(fā)生泄漏時，將產生頻率大于20kHz的頻率的振蕩，這一頻率在超聲波范圍內，可由相應的傳感器檢測到。檢測器通過記錄信號強度對泄漏源進行精確定位。
??? 另一種聲學檢漏法為負壓法，也稱聲波報警檢測法。其主要部件是壓力傳感器，通過檢測管道中泄漏或斷裂引起的擴張波來判斷泄漏；負壓法直接檢測擴張波，檢測器內裝有同步觸發(fā)系統(tǒng)，接收到擴張波后報警，然后依據管道內經驗聲速計算泄漏位置。由于該瞬時波在氣體中的傳播速度約為0.32km/s，因此在危險地區(qū)內以3.2km～5.2km的間隔安裝檢測器，幾秒內可檢測到破裂。但檢測時需要消除管道的背景噪聲。這種方法在檢測大的破裂時十分有效，對于小的破裂，因噪聲的影響則誤報警率顯著升高。負壓法在每一管段一般需要兩個或多個傳感器以幫助定位和消除噪聲。