復(fù)雜環(huán)境下消防水管道泄漏綜合檢測(cè)技術(shù)研究

廖兵兵 田 利 包榮才 李 琪

（機(jī)械工業(yè)上海藍(lán)亞石化設(shè)備檢測(cè)所有限公司 上海 201518）

消防水管道在化工企業(yè)生產(chǎn)廠區(qū)內(nèi)一般以埋地、環(huán)線方式敷設(shè)，材質(zhì)多為普通碳鋼，壓力維持在1.0 MPa左右，化工企業(yè)大多存在易燃易爆、高溫高壓的危險(xiǎn)化學(xué)品，火災(zāi)、爆炸事故又有其突發(fā)性，所以在正常生產(chǎn)過程中不允許消防水管線被切斷或停止運(yùn)行，又因消防水長(zhǎng)時(shí)間不流動(dòng)，水質(zhì)易受到污染，其中的化學(xué)成分與管道的內(nèi)壁發(fā)生一系列的化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)會(huì)造成管道內(nèi)壁的腐蝕，久而久之即引起穿孔腐蝕泄漏，同時(shí)，也存在施工中焊接質(zhì)量問題、管道自身缺陷及外力影響下的機(jī)械損傷等導(dǎo)致的泄漏情況。一旦泄漏，其安全隱患很大，解決起來也很棘手。查閱大量的國內(nèi)外水管線泄漏檢測(cè)技術(shù)研究，檢測(cè)方法可分為被動(dòng)檢測(cè)法、直接檢測(cè)法和間接檢測(cè)法，直接檢測(cè)法有4種，分別為檢漏電纜系統(tǒng)法、導(dǎo)電高聚物檢漏法、機(jī)載紅外線法和封入氣體壓力檢測(cè)法等，間接檢測(cè)法有5種，分別為質(zhì)量平衡檢漏法、水力坡降線法、泄漏音頻檢漏法、聲信號(hào)分析法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢漏方法[1-6]，常規(guī)的檢測(cè)設(shè)備有聽音桿、測(cè)漏儀、相關(guān)儀、管線儀（PCM）等。上述方法在單一、特定、理論的環(huán)境下可以精確有效的得到應(yīng)用，在應(yīng)對(duì)復(fù)雜的實(shí)際情況時(shí)，很難滿足實(shí)際要求。因此，充分考慮各種情況，形成一套完整、系統(tǒng)的檢測(cè)思路、方法和策略具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。下面結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用主要介紹煉油廠各種綜合、交織環(huán)境條件。

1 煉油廠復(fù)雜的泄漏檢測(cè)環(huán)境

根據(jù)煉油廠生產(chǎn)實(shí)際情況和現(xiàn)場(chǎng)勘查，泄漏檢測(cè)作業(yè)環(huán)境通常是以下6種情況的交織和綜合，給檢測(cè)作業(yè)帶來極大的難度和挑戰(zhàn)。

1）嘈雜的環(huán)境。泄漏區(qū)域兩旁數(shù)米遠(yuǎn)處即為蠟油加氫裂化裝置和焦化硫磺裝置，其動(dòng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和工藝管線內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)產(chǎn)生的噪音非常大，雖然消防水管線上有消防栓及閥門井，但聽音桿、測(cè)漏儀無法有效使用，現(xiàn)場(chǎng)平面布置圖，如圖1所示。

圖1 泄漏區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)平面布置圖

2）地下縱橫交錯(cuò)的管線布置。根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管線資料調(diào)查，包括煉油廠總圖布置、地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)表、工藝人員現(xiàn)場(chǎng)描述、管線儀檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)“三樁一牌”、地面裝置及閥門井的確認(rèn)，泄漏區(qū)域有6條管線干線及部分支線分布，根據(jù)泄漏附近滲水情況無法判斷泄漏管線及具體泄漏位置。其中生活水為非鋼質(zhì)管線，管線儀無法探測(cè)其精確位置及走向，給開挖帶來難度，如圖1所示，另外，經(jīng)管線儀檢測(cè)得知，有一條電纜線在地下70 cm處與上述管線并列。

3）管線埋地深。利用管線儀盲掃（有位置和深度偏差），所在區(qū)域埋深最淺的管線為2.5 m，埋深最深的管線達(dá)4.5 m，聽音桿無法觸及管線，化驗(yàn)漏水的化學(xué)成分，與各指標(biāo)對(duì)比效果也不佳。

4）裸露點(diǎn)少。這些管線當(dāng)中，生活水、循環(huán)水來水、循環(huán)水回水、生產(chǎn)水管線在此區(qū)域均無裸露點(diǎn)、地上閥門及閥門井，涉及需要施加信號(hào)的儀器設(shè)備在此處均無法有效使用。

5）管線均不能切出和停用。因各裝置運(yùn)行及安全需要，無法通過切出懷疑管線來確定泄漏管線，或者在容許的切除和停用時(shí)間內(nèi)，因埋地太深，也無法進(jìn)行有效判斷，生產(chǎn)廠區(qū)較大，工況時(shí)刻變化，循環(huán)水、生活水、生產(chǎn)水的用量不能準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)，所以上述管線是否泄漏也不能從中控流量、壓力變化趨勢(shì)圖線等數(shù)據(jù)判斷，消防水管線為環(huán)線，系統(tǒng)壓力通過DCS（分布式控制系統(tǒng)）泵出口壓力PID（化工流程比例積分微分控制系統(tǒng)）回路自動(dòng)調(diào)節(jié)來維持，所以也不能通過水力坡降線法、壓力波檢漏技術(shù)、壓力點(diǎn)分析（PPA）檢測(cè)法進(jìn)行判斷。

6）土層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。現(xiàn)場(chǎng)土層結(jié)構(gòu)從上到下依次為硬化瀝青（消防通道）、砂石、黏土，黏土層吸水后質(zhì)密而不過水且對(duì)泄漏點(diǎn)漏水聲的衰減作用很大，所以從管線泄漏的水是經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間滲透作用從黏土層滲出的，然后沿著相對(duì)疏松的砂石層無定向外溢，地面濕潤(rùn)出水處并非泄漏點(diǎn)。沒有專業(yè)的檢漏，公用工程部采取被動(dòng)檢漏法，盲目開挖，最終也未找到漏點(diǎn)，延長(zhǎng)檢修、安全隱患時(shí)間，浪費(fèi)大量人力、財(cái)力、水資源。

2 檢測(cè)思路、方法和策略

管道的泄漏檢測(cè)常見于城市生活用水、長(zhǎng)輸管道油管線等，在環(huán)境條件單一、簡(jiǎn)單情況下經(jīng)驗(yàn)豐富的檢驗(yàn)人員一般只通過聽音桿就能確定泄漏管線、漏點(diǎn)大致位置，然后再附加相關(guān)儀、測(cè)漏儀就能找到漏點(diǎn)，誤差范圍可控制在±0.5 m內(nèi)，在復(fù)雜環(huán)境下很難滿足實(shí)際需求。

目前管道的泄漏檢測(cè)技術(shù)主要有被動(dòng)檢測(cè)法、直接檢測(cè)法和間接檢測(cè)法，這些方法的對(duì)比研究見表1。

表1 管道的泄漏檢測(cè)技術(shù)對(duì)比

通過大量理論研究與實(shí)踐對(duì)比經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于復(fù)雜環(huán)境下的泄漏檢測(cè)，本文提出如下檢測(cè)方法、思路和檢測(cè)程序，如圖2所示。即常規(guī)的泄漏檢測(cè)手段，聽音桿、管線儀（PCM）、測(cè)漏儀、相關(guān)儀相結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，另外引入磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)單向施加信號(hào)，解決管線因裸露點(diǎn)少導(dǎo)致的管線儀無法在管道兩端施加信號(hào)的情況。

圖2 檢測(cè)方法、思路和檢測(cè)程序

3 工程應(yīng)用驗(yàn)證

2017年3月，某石油化工廠區(qū)內(nèi)公用工程部巡檢人員在巡檢途中發(fā)現(xiàn)埋地管線出現(xiàn)明漏，且漏水量較大，影響整個(gè)廠區(qū)用水安全，經(jīng)總公司相關(guān)部門及領(lǐng)導(dǎo)批示同意后，對(duì)地面濕潤(rùn)出水處進(jìn)行被動(dòng)開挖尋找漏點(diǎn)，但未能找到漏點(diǎn)。因地下管網(wǎng)縱橫、情況復(fù)雜，若繼續(xù)盲目挖掘，將嚴(yán)重影響人員、設(shè)備以及裝置的安全，因此停止盲目開挖。與筆者單位技術(shù)人員溝通后，筆者單位安排經(jīng)驗(yàn)豐富的檢測(cè)人員，投入先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行了泄漏檢測(cè)。

檢測(cè)的基本步驟是：1）收集了與泄漏區(qū)域相關(guān)的所有技術(shù)資料，包括泄漏區(qū)域總圖布置、管網(wǎng)數(shù)據(jù)表、中控參數(shù)等；2）對(duì)泄漏區(qū)域進(jìn)行環(huán)境調(diào)查，包括泄漏面積、地面裝置、閥門、閥門井、地質(zhì)條件等；3）對(duì)泄漏區(qū)域供水進(jìn)行普查，包括壓力、流量、溫度、化驗(yàn)、打鉆等，采用排除法，排除非泄漏管線；4）技術(shù)對(duì)比分析，確定開挖點(diǎn)，進(jìn)一步排除，用相關(guān)儀進(jìn)行定位，最后采用磁致伸縮導(dǎo)波技術(shù)對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行精確校核。

3.1 打鉆進(jìn)行分析檢測(cè)

根據(jù)管線儀測(cè)得的管線位置、走向、深度，在其正上方進(jìn)行打鉆，加大探測(cè)深度，使聽音桿盡可能靠近埋地管線，泄漏點(diǎn)附近打鉆情況如圖3所示。通過打鉆情況、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、此前盲挖依據(jù)及聽音桿聽音結(jié)果綜合分析后，筆者排除循環(huán)水泄漏可能性。

圖3 泄漏點(diǎn)附近打鉆情況

在消防水三通處及生產(chǎn)水管線上方區(qū)域進(jìn)行開挖，使三通及生產(chǎn)水管線裸露，此時(shí)因?yàn)樵胍舻挠绊戄^小，通過聽音桿排除附近其他管線泄漏的可能性，泄漏管線確定為消防水管線，采用相關(guān)儀法進(jìn)行定位。相關(guān)儀的原理如圖4所示，管線泄漏時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生漏水聲，漏水聲傳到兩頭的傳感器，會(huì)有一個(gè)時(shí)間差Δt，測(cè)定兩傳感器之間距離L，可根據(jù)式（1）計(jì)算泄漏點(diǎn)位置[7]。

圖4 相關(guān)儀原理圖

式中：

N——漏點(diǎn)距紅色傳感器A的距離，m；

L——紅色傳感器A與藍(lán)色傳感器B的間距，m；

v——聲音傳播速率，m/s；

Δt——信號(hào)到達(dá)兩傳感器的時(shí)間差，s。

通過檢測(cè)得到的相關(guān)儀信號(hào)圖像如圖5所示，觀察顯示圖像，可以看出該管線上有2處明顯信號(hào)異常點(diǎn)，一處距離B傳感器8.32 m處，另一處距A傳感器3.87 m處，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量檢查，確認(rèn)距B傳感器8.32 m處異常信號(hào)點(diǎn)為圖4中消防管線三通點(diǎn)，則確認(rèn)距A傳感器3.87 m處為泄漏點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及漏點(diǎn)見圖6、圖7。通過實(shí)際開挖、測(cè)量得知，A傳感器距泄漏點(diǎn)距離為4.0 m，距三通位置7.5 m，誤差在±0.5 m內(nèi)，滿足要求，達(dá)到泄漏檢測(cè)目的。

圖5 相關(guān)儀檢測(cè)結(jié)果圖

圖6 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)圖

圖7 管道漏點(diǎn)

3.2 引入磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)對(duì)相關(guān)儀檢測(cè)驗(yàn)證

磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)通常用在集輸管線、長(zhǎng)輸管線的內(nèi)腐蝕檢測(cè)上[8-9]，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)有信號(hào)單向可加性，所以在本次泄漏檢測(cè)中加以利用，檢測(cè)信號(hào)圖像如圖8所示。

圖8 磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)結(jié)果圖

與實(shí)際情況和相關(guān)儀檢測(cè)信號(hào)基本吻合，兩種方法檢測(cè)結(jié)果對(duì)比見表2，所以也就驗(yàn)證了這項(xiàng)技術(shù)的準(zhǔn)確性、可行性，同時(shí)解決了埋地管線裸露點(diǎn)少，雙向信號(hào)無法施加的難點(diǎn)。

表2 兩種檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論

1）在煉油廠及化工生產(chǎn)廠區(qū)埋地管線通常是如下6種環(huán)境條件的交叉和綜合：噪聲干擾、地下縱橫交錯(cuò)的管線布置、管線埋地深、裸露點(diǎn)少、管線均不能切出和停用及土層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。一旦發(fā)生泄漏，給正常生產(chǎn)和安全都將帶來嚴(yán)重影響，解決起來將異常困難。

2）通過大量理論研究與實(shí)踐對(duì)比經(jīng)驗(yàn)，本文提出了一套對(duì)于復(fù)雜環(huán)境下消防水管線泄漏檢測(cè)的方法、思路和檢測(cè)程序及一種新的磁致伸縮導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)。

3）該套方法、思路和檢測(cè)程序通過現(xiàn)場(chǎng)工程應(yīng)用，完全驗(yàn)證了管道泄漏檢測(cè)的準(zhǔn)確性、可靠性、可行性。為復(fù)雜環(huán)境條件下埋地水管線及其他介質(zhì)埋地管線泄漏的檢測(cè)提供了參考依據(jù)，奠定了一定的基礎(chǔ)。