檢漏儀設計原理及其在燃氣管線運維工作中的應用

張永昌

（山西華新定襄燃氣有限公司，山西 忻州 035400）

引言

天然氣作為人們生產生活必須的能源之一，在我國國民經濟中具有重要的戰略位置[1]。燃氣輸送基本采用管道輸送，一些管道裸露于自然環境當中，一些管道被埋藏于地下，管線運行維護工作較為復雜[2]。泄漏作為天然氣輸送管道較為常見的故障，至今未能得到徹底有效的解決，僅僅通過頻繁的檢漏工作嚴格控制天然氣的泄漏量[3-4]。天然氣作為一種易燃易爆氣體，當其泄漏量超過一定數值時，存在較大概率的爆炸危險，不僅危及周圍人群的生命財產安全，還會給天然氣企業帶來不可估量的損失[5]。檢漏儀作為燃氣運行維護較為常用的儀器，要想更好地增強其應用效果，應熟悉掌握其設計原理，正確有效運用檢漏儀[6]。

1 燃氣管道泄漏危害

燃氣輸送管道系統服役環境較為復雜，不管是埋地管道還是露天管道，均存在燃氣泄漏的可能，因此燃氣管道檢漏及其維護工作至關重要。隨著人們生產生活對于燃氣需求的增長，燃氣輸送工作越來越繁重，給燃氣管道及其泄漏量標準提出了更高的要求。燃氣泄漏不可避免，但是一旦超出規定的泄漏量，極易引起爆炸、火災等事故。2007 年3 月份，我國某市發生了燃氣爆炸，主要原因是地下燃氣管道斷裂，出現了燃氣泄漏，事故傷及整棟樓多達16 人，所幸未出現人員傷亡，但財產損失巨大。類似事件出現在比利時，相關報道顯示，事故傷及多達138 人，其中死亡15 人、失蹤3 人、受傷120 人，對社會造成了極大的恐慌，損失慘重。燃氣管道泄漏，除了殃及個人之外，還會造成大氣污染，危及生態環境平衡。

2 燃氣輸送管網檢漏現狀

燃氣泄漏不可避免，一旦發生事故后果不堪設想。近年來，燃氣管道運維人員加強了對輸送管道的檢漏與維修工作頻率，以便及時排除燃氣管道泄漏的隱患。但是，運維人員發現，用常規的檢漏儀檢測到管道位置存在燃氣泄漏問題，但是在開挖維修過程中管道并未出現泄漏，只能回填繼續使用。該情況給管道運維人員增加了較大的無用工作量。后來發現，出現上述問題的原因是沼氣干擾，因為天然氣和沼氣的主要成分均為甲烷，只要檢測到甲烷氣體，檢漏儀就會給出天然氣泄漏報警，因此如何區分天然氣泄漏還是存在甲烷氣體已成為燃氣行業關注的焦點。由二者的氣體成分出發，分析得到天然氣中存在乙烷氣體，而沼氣中沒有該成分。以此為切入點設計檢漏儀能夠區分天然氣和甲烷氣體，解決目前燃氣管道運維人員的困惑。

3 檢漏儀選型及其原理

3.1 選型

針對燃氣輸送管網運行維護人員存在的問題，結合全面的市場調研，確定更換檢測原理先進、檢測效果優良的便攜式綜合檢漏儀，具體實物如圖1 所示。檢漏儀的型號為EX-TEC HS680，產于德國豎威公司，屬于目前較為先進的燃氣現場分析儀器，可以以較快的速度準確分析現場是出現燃氣泄漏還是甲烷氣體，具有較強的數據分析處理功能。這種綜合檢漏儀具有如下特點：結構尺寸小，操作簡便，總質量僅約1 kg；能耗低；工作環境溫度適應范圍廣，處于-10～40 ℃；工作環境壓力適應性強，處于95～110 kPa。

圖1 便攜式綜合檢漏儀

3.2 工作原理

HS6S0 燃氣管網綜合檢漏儀的設計初衷是服務燃氣管網及設施的檢漏工作，配置的專業采樣探頭非常適合燃氣公司進行野外環境進行檢漏作業。檢漏儀內置氣相色譜儀，現場快速區分沼氣及天然氣，是燃氣管網檢測維護的革命性突破，可以解決燃氣管網維護檢測的所有問題。

HS6S0 燃氣管網綜合檢漏儀的設計，應用了氣相色譜分析原理，利用氣體組分理化性質的差異，對多組分混合物分離、分析，確定各組分的含量。色譜分析法的分離檢測原理并不復雜，利用檢測氣體中不同組分之間流動性能不同的特點，即氣體在監測室內的保留時間存在一定的差異，會按照一定的先后順序依次流出撞擊檢測儀內部的色譜柱，之后借助半導體檢測器、氫火焰檢測器、電子捕獲檢測器或火焰光度檢測器等實現混合物中各組分的分離與檢測。在進行燃氣管網泄漏檢測中，當檢測得到乙烷氣體時，證明天然氣存在泄漏，如果僅僅存在甲烷氣體，基本可以確定是沼氣干擾，不必進行管線開挖檢測處理，成功解決了當前燃氣管線運維工作中受沼氣干擾增加工作量的問題。

4 燃氣管線運維工作應用

為了驗證HS6S0 燃氣管網綜合檢漏儀的選型效果，將其應用于燃氣管線運行維護工作當中。選擇某管網中兩段不同的燃氣輸送管路進行泄漏檢測，試驗段管路長度為10 m。原檢測方法的檢測結果顯示，燃氣體積含量（體積分數）最大值為1.2%，波動較大。雖然檢測得到的燃氣含量較低，但是位置處于繁華都市，又不能確定是甲烷還是燃氣泄漏問題，至今未進行根治處理，僅增加了燃氣管網的檢測頻率。通過HS6S0 燃氣管網綜合檢漏儀檢測上述兩個位置，得出了對應的氣相色譜圖，分別如圖2、圖3所示。

由圖2 和圖3 可以看出，試驗燃氣管路1 段和試驗燃氣管路2 段的氣體氣相色譜圖差異較大。前者氣體的組分中不存在乙烷氣體，主要成分為甲烷，可以判定為沼氣成分；后者氣體的組分中存在乙烷氣體，可以判定為天然氣成分。HS6S0型燃氣管網綜合檢漏儀在檢測過程中首先檢測到甲烷氣體，體現在圖3 中的第一個波峰，隨著氣體的分離處理，乙烷被檢測到并形成圖3 中的第二個波峰，因此可以斷定試驗燃氣管路2 段存在燃氣泄漏問題。經過運維人員開挖，完成燃氣管路的修復處理，回填之后再次進行泄漏檢測，未出現燃氣成分，解決了困擾運維人員多年的難題，取得了很好的應用效果。

圖2 試驗燃氣管路1 段的氣相色譜圖

圖3 試驗燃氣管路2 段的氣相色譜圖

5 結論

運維工作作為燃氣輸送管網企業主要工作的一部分，其工作效率及質量的高低直接關系著人們的生命財產安全，因此運用先進的檢測技術和檢測儀至關重要。德國HS6S0型燃氣管網綜合檢漏儀檢測原理先進、檢測數據可靠，在燃氣輸送管網運維工作中效果較為明顯，能夠很好地識別燃氣和甲烷氣體，降低了運維人員近12%因甲烷干擾產生的開挖工作量，為燃氣公司節約了近8%的燃氣管網運維費用，降低了燃氣輸送成本，具有很好的應用前景。