摘要：目前,，基于硬件法和軟件法的埋地鋼質(zhì)管道泄漏檢測技術(shù)得到了快速發(fā)展,，對這些新技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較。這些新技術(shù)具有局限性,，并不適用于城市燃?xì)饫吓f鋼質(zhì)管道泄漏檢測定位,。對人工巡檢法進(jìn)行了改進(jìn)，與埋地燃?xì)夤艿蓝ㄎ幌嘟Y(jié)合進(jìn)行燃?xì)庑孤c(diǎn)檢測定位?，F(xiàn)場實(shí)踐證明對于準(zhǔn)確定位燃?xì)庑孤c(diǎn)具有很好的效果,，同時(shí)具有檢測時(shí)機(jī)靈活，檢測成本低的優(yōu)勢,。

關(guān)鍵詞：城市燃?xì)?；埋地鋼質(zhì)管道；泄漏檢測,；管道檢測,；人工巡檢；管道不開挖檢測技術(shù)

0 引言

管道在輸送石油天然氣等方面具有運(yùn)量大,、損耗小,、經(jīng)濟(jì)性好、適應(yīng)性廣等特點(diǎn),，越來越受到重視,。城市燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道承擔(dān)著燃?xì)廨斉涞闹匾饔茫捎谑艿礁g,、環(huán)境改變等因素的影響,，會發(fā)生管道泄漏事故，處理不當(dāng)就會造成環(huán)境污染,、經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失,，因此查找并準(zhǔn)確定位燃?xì)夤艿赖男孤c(diǎn)是維護(hù)管道安全運(yùn)行的重要環(huán)節(jié),。

1 國內(nèi)外輸油氣管道泄漏檢測技術(shù)方法

目前，國內(nèi)外輸油氣管道泄漏檢測技術(shù)方法總體上可以劃分為三大類：硬件檢測法,；軟件檢測法,；人工巡檢法。

1.1 硬件檢測法

基于硬件的方法是指利用按不同的物理原理設(shè)計(jì)硬件裝置,，將其攜帶或鋪設(shè)在管線上,，以此來檢測管道的泄漏并定位，硬件檢測分為三類：

(1)采用漏磁,、超聲,、聲波、攝像等技術(shù)制造的內(nèi)檢測設(shè)備置于管道內(nèi)部,，利用管道介質(zhì)壓力推動進(jìn)行檢測,，具有定位精確度高和較低的誤報(bào)率的特點(diǎn)，但檢測只能間斷進(jìn)行,，容易發(fā)生堵塞,、停運(yùn)等事故，運(yùn)行成本較高[1],。

(2)利用電纜,、光纖攜帶傳感器敷設(shè)于管道外側(cè)，對管道泄漏進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,。電纜,、光纖與管道平行鋪設(shè)，當(dāng)泄漏的物質(zhì)滲入傳感器后引起報(bào)警對泄漏檢測和定位,，這類方法非常靈敏,，對于微漏和緩慢泄漏有較好的效果，但設(shè)備價(jià)格和施工費(fèi)用較高[2],。

(3)利用聲發(fā)射檢漏技術(shù),，即當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，流體通過管體孔隙向外噴射形成振動聲波,，對這些聲波信號進(jìn)行采集和分析處理，就可以對泄漏及其位置進(jìn)行判斷,，聲發(fā)射技術(shù)具有更高的靈敏度,，對泄漏源的定位也很精確，具有良好的應(yīng)用前景[3],。

1.2 軟件檢測法

基于軟件的方法是利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA系統(tǒng))實(shí)時(shí)采集管道的壓力,、流量、溫度及其他運(yùn)行參數(shù),，通過計(jì)算機(jī)軟件分析對泄漏進(jìn)行檢測和定位,，能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測并發(fā)出報(bào)警信號,，是目前管道泄漏檢測和定位研究的主要方向之一。軟件檢測法分為以下5類：

(1)壓力法,，包括壓力點(diǎn)分析法,、泄漏時(shí)瞬態(tài)壓力波動的負(fù)壓波法和泄漏后的穩(wěn)態(tài)壓力梯度法、小波變換法等,。壓力點(diǎn)分析法是一種有效的檢漏方法,，但不能檢測微滲。負(fù)壓波法靈敏準(zhǔn)確,，原理簡單,，適用性很強(qiáng)；但對微小緩慢泄漏不夠有效,。小波變換法可以進(jìn)行在線實(shí)時(shí)泄漏檢測,，噪聲克服能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生誤報(bào)警,。

(2)質(zhì)量(或體積)平衡法,，原理是管道中流體物質(zhì)流動的質(zhì)量或體積守恒。該方法可以直接利用流量計(jì),、溫度計(jì),、壓力表等測量儀表，可靠性較高,，能連續(xù)監(jiān)測管道,，并發(fā)現(xiàn)微小泄漏，缺點(diǎn)是精度不高,。

(3)基于管道數(shù)學(xué)模型的方法主要有Kalman濾波器法,、狀態(tài)估計(jì)器法和系統(tǒng)辨識法等，利用這些方法建立數(shù)學(xué)模型,，輸入管道運(yùn)行參數(shù),，通過計(jì)算并參考相應(yīng)的準(zhǔn)則進(jìn)行泄漏檢測與定位，特點(diǎn)是投資少,、使用方便,，缺點(diǎn)是檢漏的準(zhǔn)確性和精度較差。

(4)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模式識別的方法是將管道運(yùn)行條件及泄漏信息作為輸入,，分別建立用于檢漏和定位的兩套神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),，其優(yōu)點(diǎn)是抗噪聲干擾能力強(qiáng)、靈敏,、檢測精度高,，能檢測到微小泄漏，誤報(bào)警率低,，但在定位時(shí)只能定位到段,，不能進(jìn)行更精確的定位[4],。

(5)統(tǒng)計(jì)決策法是一種新型的管道泄漏檢測方法，根據(jù)管道出入口的流量和壓力,，連續(xù)計(jì)算壓力和流量之間關(guān)系的變化,，確定泄漏點(diǎn)。該方法具有較高靈敏度和檢測精度,，但定位精度不高,。

2 城市燃?xì)庑孤z測定位技術(shù)

硬件檢測法、軟件檢測法各有優(yōu)缺點(diǎn),，由于城市燃?xì)夤芫W(wǎng)復(fù)雜,，改造成本高，這些方法對于城市燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)老舊管線并不適用,，而城市燃?xì)饫吓f管道大都到了泄漏高發(fā)期,，因此找到合適的檢漏方法至關(guān)重要。

人工巡檢法由技術(shù)人員攜帶檢測儀器設(shè)備對管道進(jìn)行泄漏檢測和定位,，誤報(bào)率較低,，對一些早期建設(shè)未安裝泄漏監(jiān)測設(shè)備的管道尤其適用，但是檢測只能間斷進(jìn)行,，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測,，人力物力耗費(fèi)較大，一般是巡檢人員進(jìn)行日常巡檢時(shí)同時(shí)進(jìn)行,。目前,，大面積泄漏普查因具有效率更高、泄漏定位準(zhǔn)確的特點(diǎn)得到快速發(fā)展,，大面積泄漏普查應(yīng)用激光甲烷遙距檢測儀和燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏檢測車,。激光甲烷遙距檢測儀(RMLD-IS)核心部分采用了先進(jìn)的可變波長 (TDLAS)技術(shù)，該儀器向目標(biāo)發(fā)射激光束,，部分被目標(biāo)反射的光波被探測器接收,，通過分析測定甲烷濃度確定泄漏位置；燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏檢測車?yán)眉t外線技術(shù)探測燃?xì)庑孤?，能快速高效進(jìn)行燃?xì)夤芫W(wǎng)泄漏檢測,。

由于埋地管道泄漏后燃?xì)鈺趲譵的范圍內(nèi)擴(kuò)散，在泄漏點(diǎn)周圍形成濃度場,，人工巡檢法只能確定管道泄漏點(diǎn)的大體位置,，這對管道泄漏點(diǎn)的查找定位帶來一定困難。對埋地燃?xì)夤艿蓝ㄎ豢梢院芎玫貜浹a(bǔ)這一缺陷,，經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐驗(yàn)證，人工巡檢與埋地管道定位相結(jié)合形成城市燃?xì)庑孤z測定位技術(shù),，對燃?xì)庑孤z測定位具有很好的效果,，能極大提高檢測效率,。

采用埋地鋼質(zhì)管道不開挖檢測技術(shù)對管道進(jìn)行定位，同時(shí)利用交流地電位差測量儀查找防腐層破損點(diǎn),，如圖1所示,。

圖1 檢測原理示意圖

在管道上方覆蓋物導(dǎo)電性很差的管段，如位于鋼筋混凝土鋪砌路面,、瀝青路面,、凍土、含有大量巖石回填物下的管段或者管道穿越敷設(shè)于套管之中,，管道定位技術(shù)不再適用,，此時(shí)需要用低頻超聲導(dǎo)波檢測設(shè)備查找疑似泄漏點(diǎn)[5]。

3 城市燃?xì)庑孤z測定位技術(shù)應(yīng)用

危害管道安全,，可能造成城市燃?xì)饴竦劁撡|(zhì)管道泄漏的潛在危險(xiǎn)有以下幾種：

(1)運(yùn)行過程中與時(shí)間無關(guān)的危險(xiǎn),，如第三方破壞、誤操作,、外力機(jī)械損壞及不良地質(zhì)條件等,；

(2)運(yùn)行過程中與時(shí)間有關(guān)的危險(xiǎn)，如內(nèi)腐蝕,、外腐蝕和應(yīng)力腐蝕,；

(3)固有危險(xiǎn)，如制造與安裝,、改造,、維修施工過程中產(chǎn)生的缺陷[6]。

實(shí)踐證明：城市燃?xì)庑孤z測定位技術(shù)能對以上幾種潛在危險(xiǎn)造成的燃?xì)庑孤c(diǎn)進(jìn)行有效檢測,。

3.1 由外力機(jī)械損壞造成的燃?xì)庑孤?/span>

應(yīng)用燃?xì)庑孤z測設(shè)備對青海省某燃?xì)夤韭竦劁撡|(zhì)燃?xì)夤艿肋M(jìn)行檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)疑似燃?xì)庑孤c(diǎn)(如圖2燃?xì)庑孤z測設(shè)備所示),，確定管道位置如圖2中紅漆“P”點(diǎn)所示，燃?xì)庑孤┳畲笾迭c(diǎn)與管道之間約有1 m的間距,。

圖2 燃?xì)庑孤c(diǎn)檢測

對疑似燃?xì)庑孤c(diǎn)進(jìn)行開挖驗(yàn)證,，發(fā)現(xiàn)在燃?xì)夤艿郎戏接兴嘧詠硭艿?如圖3所示，圈中位置為泄漏點(diǎn)),，燃?xì)夤艿烙忻黠@的機(jī)械凹坑(如圖4所示),，同時(shí)在管體機(jī)械凹坑最深處發(fā)現(xiàn)燃?xì)庑孤c(diǎn)(如圖5所示)，應(yīng)該是在進(jìn)行水泥管施工時(shí)對燃?xì)夤艿涝斐闪藱C(jī)械破壞,。

圖3 燃?xì)庑孤c(diǎn)開挖

圖4 管道機(jī)械凹坑

圖5 燃?xì)庑孤c(diǎn)

3.2 由外腐蝕造成的燃?xì)庑孤?/span>

寧夏某燃?xì)夤矩?fù)責(zé)供氣的一居民小區(qū)某單元樓無法正常供氣,，利用城市燃?xì)庑孤z測定位技術(shù)在疑似泄漏管段15 m的范圍內(nèi)共找到3處疑似泄漏點(diǎn)，開挖之后有2處發(fā)現(xiàn)燃?xì)庑孤c(diǎn),，均是因?yàn)楣艿朗艿酵飧g導(dǎo)致管體穿孔所致,，如圖6所示,管道腐蝕穿孔處手感光滑，邊緣較清晰,，判斷為雜散電流干擾,，此處管段未進(jìn)行陰極保護(hù),，造成雜散電流腐蝕穿孔[7]。

(a)

(b)
圖6 外腐蝕燃?xì)庑孤c(diǎn)

3.3 管道施工缺陷造成的燃?xì)庑孤?/span>

對青海某企業(yè)所屬燃?xì)夤艿肋M(jìn)行檢測,，采用城市燃?xì)庑孤z測定位技術(shù)在小區(qū)道路邊發(fā)現(xiàn)燃?xì)庑孤c(diǎn),，位于中壓燃?xì)夤艿李A(yù)留頭末端(如圖7所示)，在管道安裝過程中造成的預(yù)留頭漏氣,，由于長期漏氣造成預(yù)留頭周邊土壤與管道周圍土壤顏色不同,。

圖7 下層中壓管道預(yù)留頭末端漏氣

4 結(jié)論

對于城市燃?xì)饫吓f鋼質(zhì)埋地管道，由于改造成本高以及檢測精度等問題,，基于硬件法和軟件法的管道泄漏技術(shù)等新技術(shù)并不適用,。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)踐檢驗(yàn)，將埋地管道定位與人工巡檢結(jié)合形成城市燃?xì)庑孤z測定位技術(shù),，對于準(zhǔn)確定位燃?xì)庑孤c(diǎn)具有很好的效果,。隨著新技術(shù)的發(fā)展，將各種技術(shù)取長補(bǔ)短,，聯(lián)合應(yīng)用,，能更好地解決城市燃?xì)饴竦劁撝乒艿佬孤z測定位的問題。

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[6] 全國鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.基于風(fēng)險(xiǎn)的埋地管道外損傷檢驗(yàn)與評價(jià)：GB/T 30582—2014[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,，2014：5.

[7] 任峰,，何仁洋.城市燃?xì)夤芫W(wǎng)檢測問題研究[J].管道技術(shù)與設(shè)備，2014(5)：16-17.

Leak Detection Technology of Urban Buried Steel Gas Pipelines

REN Feng,，HE Ren-yang,，LIU Chang-zheng

(China Special Equipment Inspection and Research Institute, Beijing 100029,China)

Abstract： At present, the leak detection technology of buried steel pipeline based on hardware method and software method was developed rapidly. The advantages and disadvantages of these technologies were compared. But these new technologies don’t apply to the urban old gas steel pipeline because of new technology limitations. Confirmed by the field practice, artificial inspection method and buried gas pipeline location technology combined to find gas pipeline leak point has very good effect in accurate leakage location, and has the advantage of flexible testing time and low detection cost at the same time.

Key words： city gas pipeline；buried steel pipeline；leakage detection,； pipeline detection,；artificial inspection；pipeline detection technology without excavation