城市燃?xì)庑孤z測(cè)新方法及其應(yīng)用

梁耀方(重慶梁平天然氣有限責(zé)任公司，重慶 405200)

城市燃?xì)庑孤z測(cè)新方法及其應(yīng)用

梁耀方(重慶梁平天然氣有限責(zé)任公司，重慶 405200)

伴隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)于能源的需求迅速擴(kuò)大。天然氣正逐漸成為我國(guó)城鎮(zhèn)居民日常生活的主要能源需求之一。城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的大量新建、運(yùn)營(yíng)，也使得城市燃?xì)庑孤╋L(fēng)險(xiǎn)日益增加。如何有效檢測(cè)城市燃?xì)庑孤瑢?duì)于確保安全供氣，提高燃?xì)馄髽I(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，促進(jìn)社會(huì)的和諧發(fā)展具有重要意義。為此，本文分析了城鎮(zhèn)天然氣管道泄漏的特點(diǎn)和燃?xì)庑孤┑臋z測(cè)技術(shù)，相關(guān)研究成果對(duì)于提高城市燃?xì)庑孤z測(cè)技術(shù)與管理水平具有一定的理論和實(shí)踐參考價(jià)值。

城鎮(zhèn)燃?xì)馄髽I(yè)；泄漏檢測(cè)；新技術(shù)簡(jiǎn)介

全球范圍內(nèi)的石油資源正逐漸枯竭，難以適應(yīng)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。石油資源嚴(yán)重短缺現(xiàn)象在我國(guó)表現(xiàn)得更加嚴(yán)峻，而與石油資源的短缺現(xiàn)象相反，我國(guó)的天然氣儲(chǔ)量卻相當(dāng)豐富。根據(jù)前人[1]的初步估計(jì)，我國(guó)目前已探明的可采天然氣儲(chǔ)量大約為14萬(wàn)億立方米，并主要集中在西南地區(qū)。此外，天然氣與其他化石燃料相比，具有熱值高（氫含量高）、天然氣燃燒后不存在固體污染物，燃燒產(chǎn)物中的氮氧化物以及二氧化硫含量很少。因此，天然氣在我國(guó)的工業(yè)、民生中有著廣闊的應(yīng)用前景。在我國(guó)，天然氣的輸送主要采用的是管道技術(shù)。目前，我國(guó)由西向東，從南至北已經(jīng)建成長(zhǎng)約4萬(wàn)千米的天然氣干線管道。城鎮(zhèn)居民的燃?xì)夤┙o業(yè)務(wù)主要由城鎮(zhèn)燃?xì)夥?wù)企業(yè)配套完成[2]。城鎮(zhèn)燃?xì)夥?wù)企業(yè)主要通過城市內(nèi)的天然氣支管網(wǎng)，將干線管道中的天然氣輸送到當(dāng)?shù)氐拿恳粋€(gè)天然氣用戶家中,常見的燃?xì)夤艿兰捌鋬?nèi)壓與干線相比均較小，通常不超過4MPa。城市燃?xì)夤芫W(wǎng)因其地理位置特殊，出現(xiàn)泄漏的可能性以及泄漏的危害均較大。為此，本文擬就“城市燃?xì)庑孤z測(cè)新方法”課題展開一定層次的理論研究，試圖有效降低城市燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏的可能性以及城市燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏的危害。

1 天然氣管道泄漏的特點(diǎn)

采用管道輸送的化石燃料主要有石油和天然氣這兩種。石油的泄漏相對(duì)明顯，而且人為故意破壞的可能性最大。而天然氣在管道中泄漏則具有強(qiáng)烈的“隱蔽性”[3]。一方面是由于天然氣這種氣體在官網(wǎng)中極易出現(xiàn)微小滲漏的現(xiàn)象；另一方面則是由于天然氣管網(wǎng)那個(gè)的人為破壞較少。雖然天然氣管道泄漏通常為“微小滲漏”而難以被發(fā)現(xiàn)，但天然氣泄漏事故相較于石油泄漏的危害更加嚴(yán)重。根據(jù)筆者多年的工作經(jīng)驗(yàn)，泄漏的天然氣氣體通常都會(huì)沿著某種特定的“泄漏路徑”持續(xù)流動(dòng)、富集。這些“泄漏路徑”一般是燃?xì)夤芫W(wǎng)由于城市中各種復(fù)雜地下管網(wǎng)、地質(zhì)條件而產(chǎn)生的管網(wǎng)裂縫。

另外，天然氣管道泄漏還具有明顯的延時(shí)特征。這種延時(shí)特征主要是指燃?xì)鈴墓芫W(wǎng)泄漏到滲透至地面，再到可能的富集爆炸，都需要一定的時(shí)間。不同的天然氣種類，不同的泄漏環(huán)境，不同的擴(kuò)散條件，其延時(shí)特征也是不同的。

2 國(guó)內(nèi)的燃?xì)庑孤z測(cè)技術(shù)

國(guó)內(nèi)的燃?xì)庑孤z測(cè)技術(shù)主要有直接檢測(cè)法、間接檢測(cè)法兩大類。其中，直接檢測(cè)法主要是采用加臭等方法檢測(cè)，已經(jīng)獲得了較多的應(yīng)用，這里不做贅述。

間接檢測(cè)法[4]用于燃?xì)夤艿佬孤z測(cè)，主要通過對(duì)天然氣的流量、壓力等參數(shù)的實(shí)施監(jiān)控，通過甄別這些特征參數(shù)的實(shí)施變化來判斷管道是否存在泄漏、在哪兒泄漏、泄漏量是多少。

（1）流量法：檢測(cè)人員通過對(duì)比燃?xì)夤艿肋M(jìn)出口截面的流體的流量差就可以判斷是否有發(fā)生泄漏了。但是，這種技術(shù)無法適用于地下條件復(fù)雜、管線較長(zhǎng)等情況。該方法的最大缺點(diǎn)在于難以通過一次檢測(cè)就可以較為準(zhǔn)確的判斷泄漏點(diǎn)位置，往往需要多次檢測(cè)才能判斷在哪根管上出現(xiàn)泄漏事故。

（2）建模檢測(cè)法：該方法目前仍在實(shí)驗(yàn)室階段，現(xiàn)場(chǎng)大型實(shí)踐較少。建模檢測(cè)法主要是通過建立輸氣管道的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模型，并對(duì)輸氣管道系統(tǒng)的各種特征參數(shù)進(jìn)行在線估算，通過比較估算值和實(shí)地測(cè)量值來診斷泄漏故障。

（3）信號(hào)處理方法：該方法與建模檢測(cè)法截然不同，無需建立相關(guān)管道數(shù)學(xué)模型，更不需要實(shí)地檢測(cè)，僅僅通過對(duì)信號(hào)的分解變換，提取特征參量既可以獲得燃?xì)夤芫W(wǎng)的泄漏信息，因此該方法在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。

（4）管壁參數(shù)變化檢測(cè)法：這是一種較新的檢測(cè)方法。它主要是通過檢測(cè)管壁缺陷來判斷是否有泄漏。他可以為檢測(cè)人員提供整個(gè)管線的所有的信息。但其缺點(diǎn)也十分明顯：設(shè)備過于昂貴，檢測(cè)費(fèi)用通常是流量法的10倍以上，通常只適用于干線大修檢測(cè)。

3 國(guó)外最新的燃?xì)庑孤z測(cè)方法簡(jiǎn)介

伴隨著城市天然氣管道的發(fā)展，燃?xì)庑孤z測(cè)技術(shù)也取得了較大進(jìn)步。ASI公司(坐落于美國(guó)德克薩斯州，ASI在燃?xì)狻⑹托孤z測(cè)領(lǐng)域具有較大的影響力，其監(jiān)測(cè)設(shè)備和監(jiān)測(cè)方法均處于世界領(lǐng)先地位。ASI公司開發(fā)的燃?xì)庑孤z測(cè)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱ASI系統(tǒng)）的原理[5]主要是基于瞬時(shí)聲波的檢測(cè)的，集體而言，ASI系統(tǒng)可以較好的捕捉管線在爆裂瞬間產(chǎn)生的管道壓力失穩(wěn)而引起瞬時(shí)聲波振蕩。通過收集、反演這個(gè)瞬時(shí)聲波振蕩就可以準(zhǔn)確、快速的確定泄漏點(diǎn)的位置。根據(jù)ASI公司的介紹，其系統(tǒng)對(duì)于燃?xì)夤芫W(wǎng)微小破裂響應(yīng)時(shí)間一般不超過55秒，定位精度通常不低于30m，特別適用于天然氣干線管網(wǎng)的檢測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文就“城市燃?xì)庑孤z測(cè)新方法”課題展開一定層次的理論研究，首先筆者總結(jié)了城鎮(zhèn)天然氣管道泄漏的兩個(gè)主要特點(diǎn)，即隱蔽性和延時(shí)性；然后，筆者重點(diǎn)介紹了燃?xì)庑孤┑拈g接檢測(cè)技術(shù)，詳細(xì)梳理了流量法、建模檢測(cè)法、信號(hào)處理方法以及管壁參數(shù)變化檢測(cè)法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)；最后，以ASI技術(shù)為代表介紹了國(guó)外燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏檢測(cè)新技術(shù)。本文的研究成果對(duì)于提高城市燃?xì)獍踩\(yùn)營(yíng)水平，提供了一定理論指導(dǎo)和實(shí)踐參考。

[1]吳曉南,胡鎂林,商博軍,黃睿.城市燃?xì)庑孤z測(cè)新方法及其應(yīng)用[J].天然氣工業(yè),2011,09:98-101+142.

[2]鄧巖.城市燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏檢測(cè)技術(shù)與定位方法研究[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2012,07:78-79.

[3]馬輝.燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏檢測(cè)及其安全防護(hù)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用[J].科技與企業(yè),2012,23:358.

[4]曹琳,趙金輝,譚羽非.泄漏檢測(cè)及定位方法在燃?xì)夤芫W(wǎng)應(yīng)用的可行性[J].煤氣與熱力,2008,01:51-54.

[5]韓朱旸,翁文國(guó).燃?xì)夤芫W(wǎng)定量風(fēng)險(xiǎn)分析方法綜述[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2009,07:154-164+177.