城镇燃气埋地管道泄漏探测方法研究_郭胜兰.pdf

上海煤气上海煤气 2023 年第 1 期 1313 城镇燃气埋地管道泄漏探测方法研究 广州燃气集团有限公司 郭胜兰 摘要：城镇燃气埋地管道因腐蚀等原因泄漏后，燃气经地下各类孔隙溢出至地面，很难准确定位到实际泄漏点。针对城镇燃气埋地管道泄漏问题，提出了一种快速定位管道泄漏点的探测方法，可有效避免燃气泄漏造成的次生灾害，也可节约燃气运营公司的经营成本。关键词：城镇燃气 埋地管道 泄漏定位 探测方法 出于安全和美观的角度考虑，城镇燃气管道常以埋地的形式存在。埋地燃气管道由于被土壤覆盖于地下，管道的运行状态很难被观测。城镇燃气埋地管道由于第三方破坏、腐蚀、动物啃噬等原因破损后会导致燃气泄漏，泄漏的燃气随时间的流逝将由地下扩散到地面。泄漏被察觉后，城镇燃气运营企业需要快速组织人力抢险控险，一方面以最快的速度关闭相关阀门，以避免泄漏的燃气浓度达到爆炸极限进而爆炸而造成次生灾害；另一方面，需要快速定位到管道的泄漏点并进行修复，尽快恢复各类用户的正常用气。1 埋地燃气管道泄漏探测方法 1.1 常用泄漏探测方法 当前在实际生产中应用较为普遍的城镇燃气埋地管道泄漏探测方法主要有人工巡检法和激光检漏车巡检法两种。人工巡检法是检测人员利用推车式或探杆式检测仪沿着管道走向的探测方法，需要定期巡查管道沿线，判断管道是否存在泄露问题，并对其泄露位置准确定位，适用于狭窄的道路或街区的燃气管网；激光检漏车巡检法是利用高精度车载泄漏检测系统对道路沿线进行可燃气体检测，适用于城市快速路、主干路等不适于人工巡检的燃气管网。1.2 泄漏探测方法国内研究成果 城镇燃气埋地管道泄漏探测方法的研究对维护城市安全、保障人民的幸福感有着重要意义。苏日提等1提出了车犬联动方案，认为通过对车载检测系统和燃气嗅探犬的检测精度均可达到 109级；任峰等2提出了将人工巡检法与其他方法相结合，即将人工巡检法与埋地钢质燃气管道定位技术相结合(适用于准确定位钢管燃气泄漏点)，将人工巡检法与气相色谱分析技术相结合(适用于准确定位聚乙烯燃气管道泄漏点)；周中伟等3提出了利用北斗精准定位技术获得供管网压力、精准坐标、燃气浓度等相关数据，根据这些信息可以准确推断出燃气泄漏位置；严荣松等4综述各种泄漏检测方法的原理、优点、局限性，提出了保障城镇燃气管道安全运行未来的研究方向在于对气体泄漏成像检测技术、数据驱动的自动识别和泄漏点自动判断预警技术、检漏装置系统性能评价等关键技术的研究。刘瑶等5以氖气为示踪剂利用 Fluent 软件建立了埋地燃气管道泄漏扩散模型，并根据建模结果建议打孔深度为 0.5 m 时可迅速定位泄漏点。在燃气管道的日常抢险抢修过程中，城镇燃气运营单位为了尽快修复破损管道，通常会在闻到和探测到“煤气味”的附近区域进行大面积开挖作业。但是，由于地层的原因，地面上燃气“冒出点”很可能并不在埋地管道破损点附近，有时甚至距离破损点很远，有时还会出现这个开挖范围内的管道并未破损，最终在耗费大量人力、物力、时间和进行大面积开挖后才能找出管道破损点。本文从城镇埋地燃气管道泄漏后的实际操作角度出发，提出了一种能够快速定位到泄漏点的方法，从而有效减少路面开挖作业面积、保障城镇燃气安全运行。 1414 2023 年第 1 期 上海煤气上海煤气 2 埋地燃气管道泄漏探测装置及布孔方式 本文提出的城镇埋地燃气管道泄漏探测方法所需的装置为非整体、非成套设备，仅由几个仪器设备组合而成即可使用，具有操作简单、设备易得等优点。由于本方法所涉及的装置是用于泄漏燃气探测和检测，所以全部设备应符合相关防爆要求。2.1 探测仪器设备 快速定位埋地燃气管道泄漏点所需的主要仪器设备有空气压缩机、可燃气体浓度分析仪、注气棒、探测棒等，整体装置连接示意如图 1 所示。其中：空气压缩机及可燃气体浓度分析仪置于地面，探测棒及注气棒(探测棒底部要高于注气棒)置于地面下的钻孔孔洞内。图 1 整体装置连接示意 在某一地下剖面注气棒和探测棒之间的气体流线，如图 2 所示。图 2 注气棒、探测棒气体流线示意 两个注气棒底部的气体相遇后气体流线向上弯曲，那么可以认为在任一剖面上“注气棒-探测棒-注气棒”之间形成了一个“封闭区域”，即探测区域为一个封闭区域，此时探测区域与非探测区域就无燃气的相对扩散过程。由于注气棒和探测棒需要伸入至地下钻孔孔洞中，需要其具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，因此注气棒和探测棒的最外层可由致密的网状结构材料(如耐磨损的高分子聚乙烯、不锈钢金属材料等)制成。2.2 钻孔分布方式 图 2 中的注气棒需放置于注气孔内、探测棒需放置于探测孔内，常根据地层实际情况选择合适的注气孔和探测孔钻孔分布方式。可供选择的钻孔分布示意如图 3 所示。(a)(b)(c)(d)探测孔 注气孔 图 3 钻孔分布示意 如果地层为砂岩地层，因其地层孔隙度和渗透率较大，可以选择图 3 中(a)或(b)这类较为稀疏的钻孔分布方式；如果地层为泥岩地层，因其孔隙度和渗透率较小，可以选择图 3 中(c)或(d)这类较为稠密的钻孔分布方式；如果遇到致密地层，甚至可以加密注气孔。3 埋地燃气管道泄漏探测工作流程 避免城镇燃气管道泄漏事件造成次生灾害并尽快恢复燃气正常供应的最根本着眼点在于快速找到并处置燃气管道泄漏点。本文提供了一种城镇埋地燃气管道泄漏点探测方法。应用该方法的工作步骤如下：(1)先根据分析地层特点(如根据地层类型初步判断地层孔隙度和渗透率的大小)，选择合适的钻 上海煤气上海煤气 2023 年第 1 期 1515 孔分布方式。(2)根据布孔方式进行各个注气孔和探测孔的定位，然后用钻孔机械向地下钻孔。(3)用防爆风机连接注气棒，并将注气棒放置于注气孔中；燃气浓度分析仪连接探测棒，并将探测棒放置于探测孔中。(4)同时启动空气压缩机和燃气浓度分析仪。(5)分析可燃气体浓度分析仪。探测结果若为下文 4.2 所示的情况(1)，则找到漏点，结束探测；否则，重新确定探测区域，重复步骤(1)。4 埋地燃气管道泄漏探测结果及分析 4.1 燃气浓度-时间曲线绘制 利用该套装置进行探测时，可燃气体浓度分析仪系统即可绘制出燃气浓度-时间曲线。燃气浓度-时间曲线绘制的逻辑过程如下：(1)以开始探测的时间点为原点，获得时间 t=0时刻的初始燃气浓度。(2)连续测定燃气浓度，每固定时间间隔(如 10 s)记录一次此时的燃气浓度。(3)以燃气浓度为纵坐标、时间为横坐标绘制燃气浓度随时间变化的曲线。(4)当燃气浓度连续 5 min 以上保持不变时，停止探测。4.2 探测结果分析 根据上文 3 中所述的探测方法，对探测结果进行分析后发现有以下 3 种情况。(1)探测区域地层中扩散有燃气，管道破损点在区域内(I 型)。当管道破损点在探测区域内，燃气浓度-时间曲线会呈先上升再下降的趋势，并且最终有一非零的平台，如图 4 所示。这是因为当注气棒开始注入空气时，地层中留存的燃气(即泄漏点扩散到周围地层中的燃气)以及破损点的泄漏燃气，共同被驱赶至探测孔，燃气浓度随时间增加并达到一个峰值 A；随时间的增加，地层中留存的燃气逐渐被全部驱赶出，只余管道破损点泄漏的燃气在不断流出，所以后期燃气浓度-时间曲线在峰值 A 后会呈现一非零的平台。此时可以判断出该探测区域选择正确，应立即在探测区域内开挖工作坑进行管道修复。图 4 I 型燃气浓度-时间曲线(2)探测区域地层中扩散有燃气，管道破损点在区域外(II 型)。当管道破损点在探测区域外，燃气浓度-时间曲线会呈先上升再下降的趋势，并且最终有一趋于零的平台，如图 5 所示。这是因为此区域无管道破损点持续不断地泄漏燃气，地层中留存的燃气很快被驱散，所以地层中燃气最终为零。此状况表明该探测区域地层中扩散有燃气，管道破损点在区域外，即该探测区域选择错误，应该重新选择探测区域。图 5 II 型燃气浓度-时间曲线(3)探测区域地层中扩散无燃气，管道破损点在区域外(III 型)。在该种情况下，燃气浓度始终为零，燃气浓度-时间曲线为浓度=0 的直线，如图 6所示。此状况表明该探测区域地层中扩散无燃气，管道破损点在区域外，即该探测区域选择错误，应该重新选择探测区域。图 6 III 型燃气浓度-时间曲线 1616 2023 年第 1 期 上海煤气上海煤气 5 结语 城镇燃气埋地管道一旦发生泄漏必须要对泄漏点进行快速定位、快速处理，尤其是距离学校、医院、体育场馆、大型商业综合体等人员密集的建筑物较近的情况下，因为一旦泄漏的燃气进入到这些建筑物内后果将极其严重6。本文提供了一种快速确定埋地燃气管道泄漏点的方法。该方法当埋地燃气管道破损导致燃气泄漏至地面时，能避免对路面的大面积开挖，迅速定位到燃气管道的破损位置并进行修复，大大减少了埋地管道泄漏的开挖面积、减小事件对交通的影响，减少了人力成本、挖掘成本和路面修复成本，节约了燃气运营企业的经营成本，避免燃气泄漏对城镇安全的不利影响。同时，本文提供的方法除了针对埋地燃气管道泄漏点外，对其他气体输送管道只需更换气体分析仪也可借鉴使用。参考文献：1 苏日提,刘鑫,陈泂杉.燃气管道高效泄漏检测及定位方法探讨与实践J.煤气与热力,2023,43(1):33-36,43.2 任峰,何仁洋,石秀山.城市燃气埋地管道泄漏现场精确定位技术J.中国特种设备安全,2017,33(12):36-39.3 周中伟,龚小飞,黄强,等.基于北斗精准定位技术的城市燃 气 管 道 泄 漏 检 测 方 法 J.石 油 化 工 腐 蚀 与 防护,2022,39(6):50-53.4 严荣松,赵自军,高文学,等.城镇燃气管道泄漏检测技术现状与展望J.煤气与热力,2021,41(10):27-29,37,46.5 刘瑶,荣广新,左熠,等.基于氖气示踪剂的埋地燃气管道泄漏扩散研究J.煤气与热力,2023,43(1):17-21,25.6 于燕平,雷素敏.城镇燃气管网泄漏评估技术规程解读J.煤气与热力,2023,43(1):9-12.Research on Leakage Detection Method of Buried Gas Pipeline Guangzhou Gas Group Co.,Ltd.GUO Shenglan Abstract:Whenever the urban buried gas pipeline leaked due to corrosion and other reasons,the gas overflowed to the ground through various pores,which was difficult to accurately locate the actual leakage position.Aiming at the leakage problem of buried pipeline,a detection method was put forward for quickly locating the leakage point of pipeline in this paper.This proposal could not only effectively avoid the secondary disasters caused by gas leakage,but also save the total operating cost of urban gas companies.Keywords:urban gas,buried gas pipeline,leakage location,detection method (上接第 8 页)Application of U-shaped Folded Lining Method in Gas Pipeline Repair and Renewal Shanghai Lianchuang Gas Technology Development Co.,Ltd.YANG Bo Abstract:This paper introduces the constructi