市政燃氣管道泄漏檢測技術的現狀及發展

摘要：管道運輸目前在城市中的運用十分廣泛，與其他的能源運輸方式相比較而言，管道運輸更為安全和有效，而且對周圍環境的影響幾乎可以忽略不計。但是由于市政燃氣管道絕大部分都埋于地下，燃氣管道出現受損甚至泄漏問題，尤其是那些因為慢性的腐蝕而造成管道泄漏，往往不容易被察覺。而一旦燃氣管道發生大面積的泄漏，不但會帶來經濟損失，甚至有可能引發安全事故。鑒于此，保證市政燃氣輸氣管道的安全使用十分必要，各地應當根據自己的具體情況對燃氣管道進行檢測，以減少甚至避免泄漏事故的發生。本文簡要介紹目前市政燃氣管道泄漏檢測中比較常用的技術，進而探討在管道泄漏檢測中開始得到應用的一些新興技術。

關鍵詞：市政燃氣管道；泄露檢測技術；發展

做好市政燃氣管道泄漏的檢測工作關系到城市居民的日常生產生活以及生命財產安全，任何時候都不能掉以輕心。有關部門和從業人員必須緊跟時代潮流，不斷改進檢測技術，避免市政燃氣管道泄漏事故的發生。

一、燃氣管道腐蝕的原因和分類

燃氣管道主要是由于金屬的腐蝕而造成的，而金屬的腐蝕是金屬和周圍的介質發生化學、電化學或者是物理作用而成為金屬化合物，使得金屬的特性受到破壞的一種現象。因此，燃氣管道的腐蝕一般可以分為電腐蝕和自然腐蝕兩種情況。其中，電腐蝕是管道金屬與電解質發生電化學反應而對金屬造成破壞的一種現象，這往往是由于直流帶電體或者是帶電防腐設備所泄漏的電流而造成的腐蝕。自然腐蝕是指除電腐蝕之外而發生的其他形式的腐蝕。

1.電腐蝕。電腐蝕的形式往往表現為縫隙腐蝕和點腐蝕兩種情況。由于燃氣管道通常都是采用螺栓、焊接等幾種方式來進行連接的，而在這些連接件和焊接接頭的缺陷處都存在著狹窄的縫隙，而且縫寬大多在 0.025mm-0.1mm之間，這個寬度足夠使得電解質溶液滲入其中，使得縫內的金屬和縫外的金屬構成短接的原電池，在縫隙內發生強烈的局部腐蝕現象，消耗大量的金屬。而點腐蝕是指腐蝕集中在金屬的表面局部區域中，在深入到金屬內部的孔狀縫隙之后形成的一種腐蝕的形態，它主要容易造成管道的穿孔。

2.自然腐蝕。燃氣管道的自然腐蝕主要包括化學腐蝕、應力腐蝕和細菌腐蝕等幾種情況。給管道造成的破壞主要是使得管道產生比較均勻的大面積的銹斑和腐蝕坑。

二、市政燃氣管道泄露檢測技術現狀

根據市政燃氣管道泄漏檢測的原理不同，目前使用的檢測方法可以分成直 接檢測法與間接檢測法，前者是根據市政燃氣泄漏的介質而定，后者則是根據市政燃氣管道出現泄漏而導致的管道壓力、流量等條件的變化以及燃氣泄漏所導致的光、聲、電等變化。

圖1 天然氣泄漏示意圖

1.直接檢測法。目前，在市政管道泄漏檢測中使用最為廣泛的直接檢測法是可燃氣體監測法和火焰電離檢測法。可燃氣體監測法的工作原理是通過利用燃氣的擴散作用而從空氣中進行取樣，然后使用催化氧化的原理產生與燃氣的濃度成比例的信號，當燃氣的濃度高于爆炸下限的1/5，繼電器驅動信號就傳遞到控制面板上的報警器進行報警。火焰電離檢測法的工作原理則是存在電場的條件下，烴類氣體在純氫火焰的灼燒之下會產生帶電碳原子，有專門的電極板搜集此類碳原子并進行計數，當電極板檢測到的碳原子數量超過了預定的警戒值的時候就證明空氣中彌散的燃氣高于警戒濃度，檢測器會立刻報警。采用此種該檢方法有著高靈敏度的特點，一旦1m3空氣中含有的燃氣超過1.8×10-6m3就能夠檢測到，并且檢測濃度的方位比較大，而且定位精準，系統反應時間也較快。與此同時，火焰電離檢測法的缺點是對長距離的連續檢測無能為力，而且在檢測密閉空間的燃氣管道泄漏時有引起燃燒甚至爆炸的潛在隱患。

2.間接檢測法。由于市政燃氣管道出現泄漏的話會導致管道的壓力、流量以及溫度等方面發生顯著的變化，因此可以依照這些參數對市政燃氣管道的泄漏進行檢測。比較常見的間接檢測法有下列幾種方式：第一，壓力點分析法。市政燃氣管道在正常運行的過程當中，它的壓力值是一種連續的穩定的狀態。而當管道出現泄漏的時候，發生泄漏的地方因為燃氣的損失而導致壓力驟降，這樣一來就打破了之前的穩定狀態。燃氣管道就會過渡到新的穩定狀態，在過渡的過程當中則會產生以聲速沿著管道傳播的擴張波。擴張波會導致燃氣管道沿線的壓力發生變化，并將失穩的狀態向前后傳播。鑒于此，檢測人員就可以在市政燃氣管道的沿線設置檢測點檢測管道內部的壓力，然后采用統計學方法分析檢測到的數值，計算出數據變化的曲線，進而與燃氣管道正常運行時的曲線進行比較。如果檢測到的狀態曲線與正常狀態下有較大差異就說明燃氣管道存在泄漏問題；第二，流量/ 壓力變化法。通過在市政燃氣管道到入口以及出口處設置檢測流量和壓力的裝置，如果檢測到的流量或者壓力的變化大于規定的數值，那么檢測裝置就會發出泄漏警報。這種檢測方法十分簡單，但是經常會發生誤報現象，而且即便發生泄漏也無法準確進行定位；第三，動態模型分析發。所謂動態模型法是數學模型來模擬市政燃氣管道中燃氣的流動，然后根據模型的預算值與實際的檢測值進行比較以判斷是否發生泄漏。模型使用的方程涉及到動態平衡、質量平衡、能量平衡以及流體狀態方程等等。動態模型法要在市政燃氣管道的出入口以及管道沿線測量管道內的流量以及壓力，并且設置的測量點越多，檢測的效果就越好。

三、管道泄露檢測技術的發展

隨著燃氣管道工業的不斷發展，燃氣管道泄漏檢測技術也在不斷提高。研制和開發新型高效的燃氣管道泄漏檢測系統可以有效地提高泄漏檢測及定位的靈敏度、精確度和可靠性，其經濟效益和社會效益決定這一難點技術仍將是研究的熱點。事實上近10年來，燃氣管道泄漏檢測技術不僅繼續在理論、模型方面探索，更朝著工程實踐、實用技術方向發展，預計今后該領域的發展趨勢如下。

1.管內智能檢測器。近幾年來，智能清管器已經開始廣泛運用于市政燃氣管道內部情況的實時檢測，泄漏檢測器只是其中的一種。它的工作原理是聲輻射原理或者壓差法。聲輻射原理可以探測管道泄漏導致的在20kHz-40kHz范圍之內的聲音，然后使用標定系統和里程表來對定位泄漏地點。壓差法則使用帶有測壓裝置的儀器，通過檢測泄漏處在燃氣管道內產生的最低壓力區來確定泄漏，檢測的管道要單獨進行操作，所以檢測過程中管道不能繼續運行。智能清管器泄漏檢測的敏感性好，定位精準，缺點是難以進行連續的檢測。

2.目前基于硬件的泄漏檢測技術發展很快，并顯現出良好的勢頭和許多優勢，同時也帶來新的理論問題需要研究，而且都或多或少地與管道水力研究相關聯，同時各種方法都有不同的適應性和局限性。如果再考慮到管道內氣、液不同介質的差異，那么泄漏檢測技術無疑是非常廣泛、復雜的研究領域，必然是多學科的交叉技術。

3.檢測燃氣管道泄漏的方法有很多，具體到某條管道要使用哪種檢測方法就應當綜合考慮管道傳輸介質的參數、設計參數以及數據通訊能力等因素來進行選擇。在燃氣管道的泄漏檢測中氣體敏感法運用的比較廣泛，但是此方法難以精準地定位泄漏點，所以能夠精確定位的聲波檢測法在市政燃氣管道泄漏檢測中有著廣闊的發展前景。

燃氣管道的檢測技術關系到燃氣的正常輸送，直接關系到居民的正常生活，但是，由于管道埋于地下，對燃氣管道而言，因腐蝕破壞存在非常大的危險性，其安全問題越來越受到重視。管道受損和泄漏，往往是難以察覺的；因此，為了確保燃氣輸氣管道的安全性，必須在檢測過程中要對管道的腐蝕和泄露情況進行認真作業，緊跟技術改革的方向，確保燃氣的正常輸送。

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