氫氣示蹤法在檢驗埋地燃氣管道中應用

摘要：目前，正在建設西氣東輸和川氣東輸等幾條重要的長輸天然氣管道建設，我國能源結構將做重大的調整。越來越多的東、西部城市將用上清潔、環保、安全的天然氣替代污染嚴重的煤炭和液化石油氣：因此，近幾年內，我國城市將新鋪設大量的燃氣管網。新鋪設的管網均為中壓天然氣管道，而新鋪設的壓力管道在投入使用前必須經過嚴格的驗收證明其無泄漏，以確保管網運行安全。隨著城市的擴建、人口密度的增加以及不斷涌現出的縣級城市，人們的供氣管網在這種特殊條件下新建、改建、擴建。因為目前國內普遍采用“打壓試驗法”來進行氣密性檢驗，然而，用此方法雖然能判斷管網中是否有漏，但卻不能確定漏點的準確位置，也不能在施工過程及時回填土方，給城市的交通和人們的生活，施工隊伍施工帶來不便，采用一種新的查漏技術——氫氣示蹤法。可以解決這個難題。新的查漏技術埋地管道定期檢驗中也可以采用，這種新的查漏技術施行起來并不困難、復雜，只比打壓試驗法多一種檢測示蹤氣體的設備一氫氣檢測儀。

關鍵詞：氫氣示蹤法 檢驗 埋地燃氣管

1 新建管道泄漏檢測技術現狀

目前，然氣管道按GB50028-2006《城鎮燃氣設計規范》以氣體進行氣壓試驗和嚴密性試驗。其方法是向管道中注入壓縮空氣，壓力一般應高于工作壓力。經過一段溫度、壓力的平衡時間后，對壓力及溫度進行監測。若管道壓力沒有衰減或壓力衰減是在允許的范圍內，則系統中沒有漏氣，否則就有漏氣。在發現管道有漏氣時，一般采用“抹肥皂水”的方法來查找漏氣點。這種陳舊的傳統方法，只能適用于管道在未回填土之前，且很難發現管道底部以及微小的漏氣，查找范圍也是有限的，一般只在管接頭處查找，對整條管道很難施行。若漏氣不是在管接頭處，而是發生在管身，“抹肥皂水”的方法將花費很大的氣力或許才能找到，但該方法在管道回填土之后無能為力。

2 氫氣示蹤法檢測新建管道泄漏技術

通過上述打壓試驗法的介紹不難看出，打壓試驗法雖能知道管道有漏，但無法確定漏點的準確位置。在實際工作中，有些新建管道建成后，不是立刻投入使用，而是預埋的或備用的。在運行使用時，還必須再次進行“打壓試驗”，如果管道有漏，此時管道上已經蓋土，若管道埋在路面上，其管道上面已經鋪上了瀝青、水泥等?！澳ǚ试硭焙汀澳恳暋钡姆椒ň咽?。因此，必須找到一種新的查漏方法才能解決管道泄漏問題，氫氣示蹤法便是要討論的新的查漏方法。

2.1氫氣示蹤法技術氫氣示蹤法是將5％氫氣和95％氨氣混合氣，即所謂的“示蹤氣體”，代換或溶入試壓介質(壓縮空氣)。氫氣的可燃極限為5.7％，因此，5％氫氣和95％氨氣混合氣是絕對安全的氣體。這種示蹤氣體無毒、無味、無腐蝕性、不可燃，是工業焊接作業中用來保護不銹鋼避免氧化的常用氣體。而且，這種氣體非常便宜，容易獲得。這種氣體的成本不會比氮氣高很多，一般在制氣廠就能得到。如果條件允許，這種氣體還可以作為打壓試驗的試壓介質，一次就能完成試驗一查漏一維修整個過程，從而減少整體成本。當然氫氣示蹤檢漏法也可以單獨使用，當用其他試壓介質完成并確認管道有泄漏時，才采用氫氣示蹤技術進行泄漏部位的查找。新建壓力管道泄漏分兩種情況：①管道在未回填土之前的泄漏。這種情況用氫氣示蹤法技術查起來非常容易，只是用氫氣檢漏儀的手持探頭沿管道移動，便能找到全部泄漏點，不作為重點討論。②管道在回填土之后的泄漏。因為“抹肥皂水”和“目視“的方法均已失效，在用氫氣檢漏儀查找管道泄漏之前，必須探明管道的準確走向。如果是新施工的管道，走向當然很清楚，不需要管線探測儀幫助定位：如果是舊管路系統，走向可能不清楚或地面未標記管道的埋設走向，這時必然用管線探測儀探明管道的走向。因為示蹤氣體在升至地面過程中橫向擴散很小，如果管道走向不準確，很可能檢測不到示蹤氣體而誤認為管道無泄漏。管道上面的掩埋介質直接影響著示蹤氣體升至地面的時間。一般新竣工的管道，其管道上面的掩埋物較松散且干燥，這種情況下只要注入氣體1h后就可以開始檢測示蹤氣體。檢測舊管網定期檢驗需要等待較長時間，因為管路上掩埋層經過長時間的沉積和外力擠壓，變得密實堅硬。

2.2埋地壓力管道氫氣示蹤法查漏技術氫氣是一種理想的示蹤氣體，是所有氣體中比重最輕(比空氣輕14倍)和粘度最小的，能夠快速由泄漏處滲透到地面而被儀器檢測到。氫氣在地表面的橫向擴散很小，埋深1m的管道，其擴散直徑范圍僅為1.5m，這時用高靈敏度氫氣檢漏儀確定泄漏部位的誤差也僅在半米之內，即使是埋深3.4m的管道，其定位精度事實上是很高的，一般在1m之內。氫氣示蹤法的基本原理是將5％氫氣和95％氨氣混合氣注入管道中，然后用氫氣檢漏儀在管道上方搜索，檢測示蹤氣體。通過檢測泄漏處冒出到地面的示蹤氣體，便可準確查到泄漏部位。埋設層上層為混凝土時，等待時間因混凝土形態而異，機械強度越高的混凝土需要等待時間越長。新鋪設的混凝土和鋪設很久的混凝土等待的時間相差很大，因為新鋪設的混凝土透氣性很好，氣體很容易透過它而被檢測到，而鋪設很久的混凝土結構中充滿了泥土，透氣性很差，需要等待的時間長得多，一般需要等待24h以上才能有足夠量的氣體滲透到地面。地面的干濕程度也影響著透氣性。因此，在檢測時不防現場鉆幾個孔，透過混凝土層或瀝青層先取得經驗，這樣有助于提高檢測泄漏的效率和取得滿意的結果。

3 氫氣示蹤法檢測步驟

3.1注入示蹤氣體在打壓試驗完成并確認有泄漏的管段，將5％氫氣和95％氨氣注入管道，氣壓按有關規定，一般應達到工作壓力以上。這點很重要，因為管道泄漏與壓力有關，一定壓力下可能不漏，而超出該壓力后就有漏。在向管道系統中注入示蹤氣體時，用氫氣檢測儀手持探頭先檢查注入設備本身有無漏氣，如法蘭、閥門、壓力表等的周圍。這些部位的泄漏通常很小，但加起來也會成為相當量的泄漏。如果條件允許，打開系統遠端的閥門讓空氣排出，用儀器檢查示蹤氣體是否到達萄專部，確定示蹤氣體到達后再關閉閥門。

3.2標記出管路走向示蹤氣體不會有很大的橫向擴散，因此，準確知道管道的走向是非常重要的。如果管路走向不清楚，則使用管線探測儀標記出管路走向。

3.3等待示蹤氣體到達地表面根據不同埋深層／掩埋介質確定等待時間，干沙約1，4小時、干沙／濕土約1小時、濕土／干粘土約4小時、濕粘土約12小時、瀝青5cm／加1-2小時、瀝青20cm／加12小時。

3.4用氫氣檢測儀沿管路走向檢測示蹤氣體①用手推車探頭檢測。手推車探頭下面有穹形膠墊，與地面接觸時攏集氣體，儀器的真空泵把氣體抽至內置傳感器。手推車可推位移動，在管道上方以步行速度前進，最快速度可達3km／h。②用地面探頭(或鐘型探頭)檢測。在障礙物較多或潮濕地面上，手推車不適用于這種環境，這時可用地面探頭檢測示蹤氣體。先打開儀器吸泵，地面探頭的喇叭口處與地面之間形成的小真空區能夠將地面下的氣體吸出來，每隔lm抽一個氣樣，每次抽樣時間約3-5s。

3.5開挖泄漏部位。維修處理氫氣檢測儀查到泄漏點后，進行現場開挖。在開挖暴露出的管道上用手持探頭準確找到泄漏點，維修處理。

4 儀器設備的選擇

管道的泄漏情況非常復雜，形式多種多樣，從微漏到大漏，管道的掩埋介質及現場環境也千變萬化，這對氫氣檢測儀的選擇具有較高的要求，必須適用于各種情況下檢測功能的儀器才能當此重任。現在儀具有以下技術特點：儀器響應迅速靈敏：對極微量的氫氣泄漏也能作出分析判斷；儀器采樣方便，具備吸泵功能以及裝卸方便的手持探頭、地面探頭(鐘型吸盤式探頭)、手推車式探頭；傳感器穩定性好，使用壽命要長；檢測靈敏度高，達1ppm：量程大，典型測試范圍0～1000ppm，最大量程0-100Vol％，即使檢測高濃度的泄漏點也不會發生傳感器中毒現象；量程轉換方便，具自動轉換功能：可讀性好，具備聲、光、數字、模擬報警功能；便于攜帶到現場使用；儀器操作簡單，使用方便。