燃气管道泄漏定位处理方案——以甘肃省兰州市为例

燃气管道泄漏定位处理方案——以甘肃省兰州市为例

郑平平

中国市政工程西北设计研究院有限公司甘肃兰州730000

【摘要】燃气管道属于城市基础设施，在城市的地下均匀分布，如果城市燃气管道发生了泄漏，就会造成巨大的经济损失，同时也会严重威胁社会群众的生命财产安全。因此对于燃气管道的有效管理，及时发现燃气管道的泄漏点是燃气管道运营的关键，同时也是减低燃气泄漏风险的直接手段，对于燃气管道泄漏的检测是压力管道泄漏检测的重要内容，随着科学技术的不断发展，泄漏检测技术也得到了不断的改善与创新，但是在实际的研究中，我发现对燃气管道泄漏的检测与定位的研究较少。因此本文通过对燃气管道泄漏定位处理方案进行了分析，仅供广大同行参考。

【关键词】燃气管道；泄漏定位；处理方案；检测方法

1引言

2015年12月23日在兰州市城关区广武门十字发生了一起DN150中压天然气管道泄漏事件，幸好及时疏散人群，在事故中并没有发生人员伤亡的事件。随后由技术人员对泄漏事故点进行查看，初步判断发生此次事件的主要原因为重型车辆碾压致使阀井盖破损，从而破坏阀井内燃气设施，导致了燃气管道漏气。

城市燃气管道在地下铺设的地理环境比较复杂，使得对于管道泄漏的检测以及定位工作难度较大，同时也不利于工作的有效开展。目前在实际的工作中对于管道的检测与定位的工作方法都很多，但是基本工作原理主要还是基于硬件的泄露检测方案和基于软件的泄露检测方案。

2基于硬件的泄漏检测方案

2.1基于分布式光纤传感器检测泄漏的方法

管道出现破损泄漏的主要原因就是由于管道老化腐蚀或在管道附近的施工行为造成的管道受损。燃气管道一旦发生泄露会使得管道内的压力、温度产生一定的改变。基于以上变化，分布式光纤传感器检测泄漏的方法主要应用的是光纤布里渊散射的光时域发射技术（简称：BOTDR）。此项技术主要发挥光纤出中向布里渊散射的作用，扩大在温度、振动压力的测量的范围，根据传感器检测的光纤分布的温度以及压力变化，使得光纤的输出的功率也发生变化。从而确定管道泄漏点的位置。

分布式光纤传感器主要有振动传感器和温度传感器。检测泄漏原理见图1。

2.2基于准分布式光纤传感器检测泄漏的方法

光纤布拉格光栅（FBG）传感器是主要是应用与普遍准分布式光纤传感器，通过对波长的具体调制，确定燃气管道泄漏点的位置。具体的工作步骤是在燃气管道周围铺设一条光纤。同时在燃气管道两端分别安装上声发射传感器，运用声发射传感器对燃气管道的泄漏情况进行有效的分析。通过FBG传感器可以对管道气体的具体数据进行有效的分析，从而计算出燃气管道的具体泄漏点。因为当燃气管道发生泄漏时，温度、压力会产生相应的变化，使得光纤的数据也产生变化，发射波就会造成漂移现象，从而有效的计算出管道泄漏情况。图2为FBG封装示意图。

3、基于软件的泄漏检测方法

3.1压力梯度法

压力梯度法的工作步骤是在燃气管道安装压力传感器，使得压力传感器能够对一段管道距离内的将压力值进行有效的分析和比较，通过对燃气管道内压力变化情况的分析，确定燃气管道泄漏点的位置。

在燃气管道发生泄漏时，压力会产生变化，通过与正常状态下的压力值分析和比较，就能够确定管道的泄露的情况。压力的变化会产生一个交点，即燃气泄漏点，通过数学计算就可以得出泄漏点的位置信息。而当压力处于稳定状态时，则会呈现出梯形分布，公式为：

3.2负压波法

燃气管道的泄漏使得管道内外压力的变化，容易导致流体的快速消失。但是随着时间的变化，管道泄露出的压力会逐渐降低，但是产生的能量会逐渐向管道外蔓延，我们将这种情况称之为负压波。

其中：t1、t2分别为负压波到达到P1、P2点所用的时间，L为管道的距离，a为负压波传播速度。r0=t1-t2=（2X-L）la，泄漏点到达P2点距离为：X=（L+ar0）l2

负压波法也是通过安装压力传感器，传感器作用于燃气管道中压力的检测工作中。同时根据负压波到达传感器时间以及传播速度，通过数学计算可以的得出燃气泄漏的位置信息，从而达到定位的工作目的。

3.3实时模型法

压力梯度法和负压力梯度法的工作原理是对于信号的采集再分析，这种工作方法不需要数学模型，在实际的工作中，由于只有基于数据较大的变化才能够分析出结论，因此存在一定的局限性，但是利用实时模型法能够可以有效的提高压力梯度法与负压力梯度法的使用率。

如果所示：P1、PN分别为燃气管道两端的压力值，Q1为上游端估计值，QN为下游估计值。根据上述的工作原理，压力的变化，Q1会增大而QN会减小，利用分析法将采集的数据与在正常状态下的数据进行分析比较，再通过数学计算，可以得出压力变化的交点，就可以确定出燃气泄漏的具体位置。实时模型法中的估计器的输入和输即为管道进口和出口的压力和流量[2-5]。

4、方案对比分析

对以上4种检测定位方法性能从7个方面进行分析与比较。如表1所示。

（1）利用光纤检测的方法分布式光纤传感器及准分布式光纤传感器检测技术的灵敏能力以及检测定位的精准度较高，但是对于泄露评估的能力较差，同时也极容易产生错误，受环境的影响较大，不仅是因为管道在地下的地理环境复杂，还因为，由于装置的灵敏度较强，使得地表环境的影响成分过大，车辆的通行以及施工行为都会引发装置的响应，使得分布式光纤传感器检测可靠性较差。

（2）利用负压波法检测的方法灵敏度及检测定位能力都很强，但是对于管道泄露的评估能力需要矫正，利用压力梯度法，由于工作原理是将采集的信号进行二次的分析与比较，在实际的工作中，也只能适用于数据变化较大的泄漏事故处理中，尽管检测所需要的时间较小，但是在工作性能方面，利用负压波的检测方法还存在很大的提升空间。

（3）根据上述的表中数据分析我们可以明显看出，实施模型法的数据较为客观，对燃气泄漏能力以及泄漏量有比较准确地判断，并且适应能力较强，在面对复杂的管道分布地下情况时，也能保证稳定的数据分析。尽管需要建立相应的数据模型，但是由于精准度的提升可以有效的降低误错率，使得在实际的检测定位工作中可以有着广泛的应用。

5、结论

综上所述，单一的检测方法存在多种形式上的缺陷，只有将检测定位方法融合到一起，将优点集中，同时能够有效弥补在实际工作中的弊端，就能够实现对燃气管道的泄露进行有效管理和及时定位。这就要求了在实际的燃气管道的检测与定位工作中，不能仅依靠与一种工作方法以及工作模式，要在实际的工作中，勇于创新，这不仅可以最大程度的保证社会群众的生命财产安全，同时也能加快我国管道检测与定位的发展，助力于国家的建设。

参考文献：

[1]毛小虎，郝永梅，严欣明，邢志祥.基于离散小波分析的城市燃气管道泄漏检测定位[J].化工设备与管道.2014（03）

[2]李佩铭，赵春阳，刘翔，侯庆民.基于硬件的燃气管道泄漏检测技术发展趋势[J].煤气与热力.2012（09）

[3]孙立国，周玉文.埋地燃气管网泄漏规律及其次生灾害预防研究[J].煤气与热力.2010（01）

[4]任峰，何仁洋，孟涛，杨永.城市燃气管网检测技术研究[J].管道技术与设备.2014（05）

[5]吴志强，金建波.城镇燃气埋地钢质管道外防腐完整性工艺与检测参数选择[J].中国石油和化工标准与质量.2013（02）

作者简介：郑平平（1983年—），男，工程师，毕业于兰州交通大学，建筑设备与环境工程专业，主要从事城镇燃气设计咨询相关工作。