山東萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院

天然氣管道專業(yè)監(jiān)測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新

朱建軍 孫曙光

山東萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院

輸送管道是輸送液體的載體，管道泄漏檢測(cè)可使用集中監(jiān)測(cè)的方法，在管道內(nèi)部設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)管道內(nèi)部破裂導(dǎo)致泄漏后會(huì)發(fā)生報(bào)警。配送管道校準(zhǔn)是利用儀器探測(cè)甲烷濃度，要求每臺(tái)儀器所測(cè)甲烷濃度上限為50mg/L，探測(cè)時(shí)使用火焰電離和催化珠探測(cè)器。聲波預(yù)警技術(shù)可以通過天然氣或者汽油泄漏前產(chǎn)生的聲波提前測(cè)試泄漏位置。分布式光纖安全預(yù)警系統(tǒng)可以降低檢測(cè)時(shí)間，當(dāng)發(fā)現(xiàn)因第三方施工等造成管線破損時(shí)可及時(shí)報(bào)警，讓工作人員在最短時(shí)間內(nèi)采取有效措施，降低危險(xiǎn)發(fā)生的幾率并防止天然氣泄漏造成的浪費(fèi)。

監(jiān)測(cè)；預(yù)警；傳感器；泄漏；天然氣管道；檢測(cè)

1 管道分類

（1）輸送管道。輸送管道是輸送液體的載體，其管道泄漏檢測(cè)可使用集中監(jiān)測(cè)的方法，在管道內(nèi)部設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)管道內(nèi)部破裂導(dǎo)致泄漏后會(huì)發(fā)生報(bào)警。這種監(jiān)測(cè)方法對(duì)于管道內(nèi)為液體的情況適用，由于天然氣本身具有高壓縮性，在泄漏時(shí)并不會(huì)引起氣壓下降，因此外部的感應(yīng)可以通過氣壓變化來檢測(cè)泄漏的故障點(diǎn)[1]。這種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)液態(tài)烴監(jiān)測(cè)針對(duì)性強(qiáng)，卻并不適合天然氣。

（2）配送管道。配送管道校準(zhǔn)是利用儀器探測(cè)甲烷濃度，要求每臺(tái)儀器所測(cè)甲烷濃度為上限50mg/L，探測(cè)時(shí)使用火焰電離和催化珠探測(cè)器[2]?；鹧骐婋x是依托于巡檢檢測(cè)器的原理，但是火焰電離探測(cè)器長期用于泄漏監(jiān)測(cè)也體現(xiàn)出一定的局限性?；鹧骐婋x采用的原料為氫氣，其化學(xué)性質(zhì)活潑，易與空氣接觸發(fā)生爆炸，因此增加了危險(xiǎn)性。但氫氣能與多種烷烴類化合物進(jìn)行反應(yīng)，可充分檢測(cè)出石油管道內(nèi)的化學(xué)物質(zhì)。

2 催化燃燒傳感器設(shè)計(jì)

（1）原理。催化燃燒傳感器通常應(yīng)用于感應(yīng)100mg/L（0.2%爆炸下限的甲烷）至爆炸極限下限范圍的天然氣和其他可燃?xì)怏w。當(dāng)甲烷氣體濃度高于5mg/L時(shí)，可使用導(dǎo)熱傳感器和催化珠同步來測(cè)量濃度。燃燒傳感器的測(cè)量下限會(huì)受到很多因素影響，最主要的因素是燃燒傳感器的噪音和漂移鑒別能力[3]，兩者中噪音因素影響最大。噪音會(huì)引起周圍氣體體積的變化，噪音越大，周圍空氣膨脹系數(shù)變得越大，便可產(chǎn)生共振效應(yīng)。此外，燃燒傳感器的測(cè)量下限大小決定了催化儀器的檢測(cè)能力，為更加準(zhǔn)確地檢測(cè)氣體泄漏，燃燒傳感器可以根據(jù)實(shí)際調(diào)整參數(shù)，擴(kuò)大下限。

（2）測(cè)量性能。綜合分析各種催化燃燒傳感器，以Gas—Rover儀器性能最好，當(dāng)甲烷濃度為l mg/L以上時(shí)都可檢測(cè)出泄漏狀況。溫度傳感裝置控制的是溫度浮動(dòng)變化關(guān)系，溫度越高傳感器的感應(yīng)度就越低，這時(shí)因?yàn)槿绻麥囟冗^高，就會(huì)使感應(yīng)裝置的感應(yīng)元件超過了測(cè)量界限，只能選最大的測(cè)量溫度標(biāo)準(zhǔn)作為監(jiān)測(cè)的最終結(jié)果。為了提高傳感器的下限檢測(cè)能力，可以通過催化傳感器珠輔助測(cè)量，該設(shè)備包括一個(gè)活性珠和一個(gè)非活性珠，可以根據(jù)不同環(huán)境條件得出不同的測(cè)量結(jié)果。

3 監(jiān)測(cè)技術(shù)的種類與應(yīng)用

（1）負(fù)壓波法。負(fù)壓波法是一種相對(duì)較成熟的監(jiān)測(cè)技術(shù)。天然氣具有很好的可壓縮性，與原油和成品油相比，天然氣的壓力、密度等物理參數(shù)變化幅度相對(duì)較大[4]。管道傳輸要保證信號(hào)的失真和衰減在一定范圍內(nèi)，如果信號(hào)失真衰減速度過快，則會(huì)造成負(fù)壓波泄漏監(jiān)測(cè)方法在監(jiān)測(cè)工作中失敗，所以負(fù)壓波法主要應(yīng)用于原油和成品油的檢測(cè)。

（2）次聲波法。管道在傳輸過程中常見問題除了信號(hào)失真與衰減外，還會(huì)因天然氣泄漏產(chǎn)生頻率較低的聲波（次聲波）信號(hào)。由于產(chǎn)生次聲波的時(shí)間和強(qiáng)弱有所不同，可以根據(jù)這一特點(diǎn)安插裝置來接收并分析輸送管道兩端的次聲波，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道泄漏進(jìn)行監(jiān)測(cè)和定位。

（3）實(shí)時(shí)瞬態(tài)模型法。很多技術(shù)和產(chǎn)品在開發(fā)和制造過程中需要建立不同的力學(xué)模型。通過建立管道流體力學(xué)和水力學(xué)模型，可以對(duì)管道工作狀態(tài)進(jìn)行仿真。通過對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，可以對(duì)管道的泄漏方位進(jìn)行判斷。雖然這種瞬態(tài)模型法的檢測(cè)準(zhǔn)確度較高，但是也有一定的劣勢(shì)，如成本較高，管道檢測(cè)過程十分復(fù)雜。

4 安全預(yù)警技術(shù)

（1）聲波預(yù)警技術(shù)。聲波預(yù)警技術(shù)可以通過天然氣或者汽油泄漏前產(chǎn)生的聲波提前測(cè)試泄漏位置。具體操作中，把預(yù)測(cè)儀器放在輸送管道兩端進(jìn)行聲波采集監(jiān)控，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控采集到的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析。為了能夠得到更為準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果，需要安裝高精度傳感器，但是又有前期資金投入和后期維護(hù)成本較高的缺點(diǎn)。為了降低成本，只對(duì)重點(diǎn)防護(hù)的管段進(jìn)行預(yù)警儀器安裝。

（2）分布式光纖預(yù)警技術(shù)。分布式光纖安全預(yù)警系統(tǒng)可以降低檢測(cè)時(shí)間，在實(shí)際檢測(cè)中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)因第三方施工等造成管線破損時(shí)，可及時(shí)報(bào)警，讓工作人員在最短時(shí)間內(nèi)采取有效措施，降低危險(xiǎn)發(fā)生的幾率并防止天然氣泄漏造成的浪費(fèi)。此系統(tǒng)采用感光器件，可以使用直埋通信系統(tǒng)光纜進(jìn)行檢測(cè)，降低了資金成本，并且靈敏度較高，能夠區(qū)分信號(hào)噪聲的干擾，降低誤報(bào)率。

（3）其他安全預(yù)警技術(shù)。除了以上兩種預(yù)警技術(shù)，還有其他監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，例如利用光纖光柵傳感與地震波檢測(cè)的管道滑坡預(yù)警技術(shù)也是相對(duì)應(yīng)用較廣的新技術(shù)。但是這些技術(shù)只針對(duì)一些特定目的的管道預(yù)警監(jiān)測(cè)，在工程方面的應(yīng)用相對(duì)較少。

[1]中國石油管道公司．油氣管道安全預(yù)警與泄漏檢測(cè)技術(shù)[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2010.

[2]曹凱，李秋揚(yáng)，王曉東．長輸管道防盜監(jiān)控技術(shù)及其應(yīng)用[J]．油氣儲(chǔ)運(yùn)，2009，28（5）：77-80．

[3]吳海榮，熊新國．液氯生產(chǎn)工藝改進(jìn)[J]．氯堿工業(yè)，2008，12（24）：22-25．

[4]劉會(huì)娟．大慶油田天然氣埋地管道泄漏的防護(hù)[J]．油氣田地面工程，2012，31（2）：69.

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.046