燃?xì)夤艿朗軗p、泄漏的檢測方法與選擇

1、燃?xì)夤艿朗軗p、泄漏的檢測方法與選擇 與其它能源運輸方式相比，管道運輸更有效、更安全、對環(huán)境的影響更小。但也正是由于管道埋于地下，對燃?xì)夤艿蓝裕艿朗軗p和泄漏，特別是腐蝕和因此所造成管道泄漏，往往是難以察覺的；一旦導(dǎo)致大面積泄漏，輕則造成經(jīng)濟(jì)損失，重則引發(fā)人員傷亡事故。因此，為了確保燃?xì)廨敋夤艿赖陌踩裕仨毟鶕?jù)實際情況采用各種有效的管道受損和檢漏技術(shù)，以避免或減少事故的發(fā)生。1管道受損檢測方法 由于外力等原因?qū)艿揽赡茉斐傻膫Γ蚴┕げ划?dāng)造成的管道缺陷，一般受損位置比較明確，可以就地開挖進(jìn)行檢測。而管道腐蝕的位置、程度和面積，其影響因素非常多。因此，燃?xì)夤艿朗軗p狀況的檢測主要就是管道腐蝕狀

2、況的檢測。管道腐蝕檢測技術(shù)包括管道外腐蝕檢測和管道內(nèi)腐蝕檢測兩大類。1.1 管道外腐蝕檢測技術(shù) 在燃?xì)夤艿郎?，埋地鋼制管道的外腐蝕保護(hù)一般由絕緣層和陰極保護(hù)組成的防護(hù)系統(tǒng)來承擔(dān)，通過對陰極保護(hù)系統(tǒng)的檢測，可以判斷防腐層的損壞程度，從而得出管道受腐蝕的情況。基于這一原理而研究出的方法，其檢測參數(shù)一般是管/地電位的測量和管內(nèi)電流的測量。管/地電位的檢測技術(shù)包括短間歇電位檢查法、組合電位測試法、直流電壓梯度法等；管內(nèi)電流檢測技術(shù)包括電流梯度分布法、分段管內(nèi)電流比較法等。雖然這些方法能夠?qū)崿F(xiàn)不開挖、不影響正常工作的情況下對埋地管道進(jìn)行檢測，但這些方法都是屬于間接檢測管道腐蝕的方法，有的方法對測量人員的

3、要求十分嚴(yán)格，例如用直流電壓梯度法檢測時，為準(zhǔn)確判定管道涂層缺陷的位置，要求測量人員垂直于管道方向測量，因此，測量前必須知道管道的確切位置、走向等，對于長距離埋地管道進(jìn)行檢測，這一要求很難達(dá)到。此外，有的管外檢測技術(shù)不適合于檢測穿越公路、鐵路和江河海底的管道。1.2管道內(nèi)腐蝕檢測技術(shù) 管道發(fā)生腐蝕后，通常表現(xiàn)為管壁變薄，出現(xiàn)局部的凹坑和麻點。管道內(nèi)腐蝕檢測技術(shù)主要是針對管壁的變化來進(jìn)行測量和分析的。在沒有開挖的情況下進(jìn)行的管道內(nèi)腐蝕檢測。一般有漏磁通法、超聲波法、渦流檢測法、激光檢測法和電視測量法等。其中目前國內(nèi)外使用較廣泛的是漏磁通法和超聲波法，它們可以提供管道沿線的焊縫、支管接口、閥門、管

4、壁厚度變化、防腐層剝離、裂縫等信息。1.2.1漏磁通法 漏磁通法檢測的基本原理是建立在鐵磁材料的高磁導(dǎo)率這一特性上，鋼管腐蝕缺陷處的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)小于鋼管的磁導(dǎo)率，鋼管在外加磁場作用下被磁化，當(dāng)鋼管中無缺陷時，磁力線絕大部分通過鋼管，磁力線分布均勻，當(dāng)鋼管內(nèi)部有缺陷時，磁力線發(fā)生彎曲，一部分磁力線泄漏出鋼管表面。檢測被磁化鋼管表面逸出的漏磁量，就可以判斷缺陷是否存在。漏磁通法一般只限于管道表面和近表面的檢測，管壁太厚，抗干擾能力差，空間分辨力低。另外，小而深的管壁缺陷處的漏磁信號要比形狀平滑但很嚴(yán)重的缺陷處的信號大得多，所以，往往需要校驗，特別是當(dāng)管材中混有雜質(zhì)時，還會得到虛假數(shù)據(jù)。1.2.2 超聲

5、波法 超聲波檢測法主要利用超聲波的脈沖反射原理測量管壁腐蝕后的厚度。檢測時將探頭垂直向管道內(nèi)壁發(fā)射超聲脈沖，探頭首先接收到由管壁內(nèi)表面反射脈沖，然后超聲探頭又會接收到來自管壁外表面的反射脈沖，這個脈沖與內(nèi)表面反射脈沖之間的間距反映了管壁的厚度。這種檢測方法是管道腐蝕缺陷深度和位置的直接檢測方法，檢測原理簡單，對管道材料的敏感性小，不受管道雜質(zhì)的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)對厚壁大口徑管道進(jìn)行精確檢測，還能分辨管道的內(nèi)外壁腐蝕、管道的變形、應(yīng)力腐蝕破裂和管壁內(nèi)的缺陷，如夾渣等。 目前，國外結(jié)合漏磁通法和超聲波法研制出了各種管內(nèi)智能檢測裝置，一般有兩大類為：有纜型和無纜型。 有纜型管內(nèi)智能檢測裝置一般由配有各種

6、檢測儀的管內(nèi)移動部分、設(shè)置在管外的遙控裝置、電源、數(shù)據(jù)記錄處理儀、電纜供給控制裝置以及連接管內(nèi)移動檢測部分和管外裝置的電纜組成。由于該類管內(nèi)智能檢測裝置的數(shù)據(jù)處理與電源部分設(shè)在管外，所以管內(nèi)的移動部分一爬行機結(jié)構(gòu)緊湊，可以應(yīng)用于中小口徑的管道，但是受到電纜長度的影響，其檢測長度有限，而且多應(yīng)用于停運管道的檢測。 無纜型管內(nèi)智能檢測裝置一般由主機、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和輔助設(shè)備3部分組成。無纜型管內(nèi)智能檢測裝置的主機指在管內(nèi)行走的智能檢測爬機部分，國外漏磁檢測爬機的研究始于20世紀(jì)70年代中期，而超聲波技術(shù)是在20世紀(jì)80年代末才引入爬機的。與漏磁檢測爬機相比，超聲波檢測爬機具有不受管道壁厚限制的優(yōu)點，

7、而且實踐也表明，超聲波檢測法提供的檢測數(shù)據(jù)比漏磁法更為精確?，F(xiàn)在國外的超聲波檢測爬機的軸向判別精度可達(dá)3.3mm，管道圓周分辨精度可達(dá)8mm，機體外徑從59mm到1504mm，爬機的行程可達(dá)50km200km，行走速度最高可達(dá)2m/s。 無纜型管內(nèi)智能檢測裝置的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)指安裝在爬機內(nèi)的，用于管內(nèi)檢測過程中記錄數(shù)據(jù)的部分，一般待爬機檢測結(jié)束后，由爬機中取出記錄數(shù)據(jù)，再由計算機進(jìn)行分析，以供檢測人員對腐蝕狀況進(jìn)行評估。 無纜型管內(nèi)智能檢測裝置的輔助設(shè)備指用于發(fā)送爬機的裝置和檢測定位的裝置。 無纜型管內(nèi)智能檢測裝置無論是檢測精度、定位精度、數(shù)據(jù)儲存、還是數(shù)據(jù)分析均已達(dá)到了較高的水平。特別是隨著電

8、磁聲學(xué)傳感器的出現(xiàn)和應(yīng)用，這類爬機還能檢測管道的應(yīng)力腐蝕裂紋。 國內(nèi)地下燃?xì)夤艿罊z測技術(shù)的研究與應(yīng)用仍處于相對比較落后的狀況，大部分燃?xì)夤艿啦粌H沒有使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，而且各種管道腐蝕技術(shù)也都是管外檢測，無法對埋地管道的腐蝕情況進(jìn)行及時準(zhǔn)確的檢測，從而可能造成重大損失。目前管道的各種智能檢測爬機仍在研究開發(fā)中，盡管某些科研單位已經(jīng)研制出了幾種功能樣機，但還難以滿足實際要求。2管道泄漏檢測方法 根據(jù)燃?xì)庑孤z測原理，現(xiàn)有的方法可分為直接檢測法(根據(jù)泄漏的介質(zhì))和間接檢測法(根據(jù)泄漏引起的管道流量、壓力等輸送條件的變化和泄漏引起的聲、光、電等變化)。2.1直接檢測法 最常用的直接檢測法有火焰電離

9、檢測法和可燃?xì)怏w監(jiān)測法兩種。 火焰電離檢測法的基本工作原理是：在有電場存在的情況下，烴類(氣態(tài))在純氫火焰灼燒下產(chǎn)生帶電碳原子，碳原子被搜集到一個電極板上并計數(shù)，當(dāng)碳原子的數(shù)量超過預(yù)設(shè)定值時，則表明周圍空氣中存在超過了警戒濃度的可燃?xì)怏w，檢測器即報警。該檢測器的優(yōu)點是靈敏度高，只要1m3空氣中含有1.810-6m3的可燃?xì)怏w就可檢測到；響應(yīng)快，典型的響應(yīng)時間為2s；定位精確度高；抗干擾能力強；可檢測濃度范圍大；具有較快的檢測速度。缺點是不能長距離連續(xù)檢測，對密閉空間內(nèi)的管道泄漏檢測時易引起燃燒或爆炸事故。 可燃?xì)怏w監(jiān)測法的基本工作原理是：通過擴(kuò)散作用從空氣中取樣，利用催化氧化原理產(chǎn)生一種與可燃

10、氣體濃度成比例的信號，一旦可燃?xì)怏w濃度超過爆炸下限的20，繼電器驅(qū)動信號便可傳送到遠(yuǎn)方控制板上的報警器報警。2.2間接檢測法 管道的泄漏會引起管道流量、壓力和溫度等運行條件發(fā)生變化，據(jù)此可對泄漏進(jìn)行判斷。主要有以下4種形式。 (1)流量/壓力變化 在管道的出口或入口設(shè)置壓力和流量設(shè)備，如果所測壓力或流量的變化幅度大于預(yù)設(shè)值，則發(fā)出泄漏報警。這種方式雖然簡單，但不能精確定位，而且誤報警率較高。 (2)質(zhì)量/體積平衡 質(zhì)量或體積平衡法的基礎(chǔ)也是對體積進(jìn)行測量，不同點是將流量的變化歸納為質(zhì)量或體積平衡圖，可根據(jù)壓力/溫度的波動和變化對流量進(jìn)行校正。在質(zhì)量或體積平衡圖上，泄漏引起的流量變化可以得到較清

11、楚地顯示，能比第一種形式檢測到更小的泄漏量。 (3)動態(tài)模型分析 動態(tài)模型法用數(shù)學(xué)模型模擬管道中流體的流動，依據(jù)模型的計算值和測量值的差值判斷泄漏。模型采用的方程包括質(zhì)量平衡、動態(tài)平衡、能量平衡和流體狀態(tài)方程等，動態(tài)模型法需要在管道的出入口和管道沿線測量流量及壓力，測量點越多，效果越好。動態(tài)模型法的突出特點是對泄漏的敏感性好，可對泄漏點定位，并可對管道進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，但誤報警率高。 (4)壓力點分析法(ppa) 管道在正常運行時，其壓力值呈現(xiàn)連續(xù)變化的穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)管道發(fā)生泄漏時，泄漏點由于物質(zhì)損失發(fā)生壓力驟降，破壞了原有的穩(wěn)態(tài)，因此管道開始向新的穩(wěn)定狀態(tài)過渡。在此過程中產(chǎn)生了一種沿管道以聲速傳播

12、的擴(kuò)張波，這種擴(kuò)張波會引起管道沿線各點的壓力變化，并將失穩(wěn)的瞬態(tài)向前傳播。在管道沿線設(shè)點檢測壓力，采用統(tǒng)計的方法分析檢測值，提取出數(shù)據(jù)變化曲線，并與管道處于正常運行狀態(tài)時的曲線作比較。如果現(xiàn)行狀態(tài)曲線脫離其特有形式，則表明有泄漏發(fā)生。該方法可檢測流量超過3.17%的泄漏。 在以上4種形式中，流量/壓力變化、質(zhì)量/體積平衡和壓力點分析法易于維護(hù)，費用低，但不能確定泄漏位置，也不能適應(yīng)發(fā)生變化的運行條件；動態(tài)模擬法可進(jìn)行泄漏點定位，也能夠適應(yīng)發(fā)生變化的運行條件，但費用高，操作人員需要較高的專業(yè)知識。為此，近年已開始對其進(jìn)行改進(jìn)。 管道的泄漏除了會引起流量、壓力、溫度等運行條件變化外，也會產(chǎn)生噪聲，

13、引起環(huán)境溫度和土壤電性質(zhì)的變化。根據(jù)這類變化進(jìn)行泄漏檢測，主要有以下方法。 (1)聲學(xué)檢漏法 當(dāng)管道因腐蝕或破壞發(fā)生泄漏時，將產(chǎn)生頻率大于20khz的頻率的振蕩，這一頻率在超聲波范圍內(nèi)，可由相應(yīng)的傳感器檢測到。檢測器通過記錄信號強度對泄漏源進(jìn)行精確定位。 另一種聲學(xué)檢漏法為負(fù)壓法，也稱聲波報警檢測法。其主要部件是壓力傳感器，通過檢測管道中泄漏或斷裂引起的擴(kuò)張波來判斷泄漏；負(fù)壓法直接檢測擴(kuò)張波，檢測器內(nèi)裝有同步觸發(fā)系統(tǒng)，接收到擴(kuò)張波后報警，然后依據(jù)管道內(nèi)經(jīng)驗聲速計算泄漏位置。由于該瞬時波在氣體中的傳播速度約為0.32km/s，因此在危險地區(qū)內(nèi)以3.2km5.2km的間隔安裝檢測器，幾秒內(nèi)可檢測到

14、破裂。但檢測時需要消除管道的背景噪聲。這種方法在檢測大的破裂時十分有效，對于小的破裂，因噪聲的影響則誤報警率顯著升高。負(fù)壓法在每一管段一般需要兩個或多個傳感器以幫助定位和消除噪聲。 (2)光學(xué)檢漏法 泄漏會引起管道周圍環(huán)境的溫度變化。采用搭載在車輛、直升機上的光譜檢測和分析設(shè)備或者便攜式設(shè)備.可通過檢測泄漏引起的熱點檢漏。 (3)土壤電參數(shù)檢測法 泄漏會引起管道周圍土壤電參數(shù)的變化，采用雷達(dá)系統(tǒng)(發(fā)射器和接收器)可通過檢測土壤電參數(shù)準(zhǔn)確定位地下管道的泄漏。 (4)管內(nèi)智能檢測器 近年來，智能清管器越來越廣泛地應(yīng)用于管道內(nèi)部狀況的在線檢測，泄漏檢測清管器只是其中的一種。它是依據(jù)壓差法或聲輻射原理

15、工作的。前者由一個帶測壓裝置的儀器組成，檢測泄漏處在管道內(nèi)形成的最低壓力區(qū)以確定泄漏，被檢測的管道或管段需要單獨操作，因此管道不能保持繼續(xù)運行；后者探測泄漏引起的在20khz40khz范圍內(nèi)的特有聲音，因此管道可保持運行，泄漏定位是利用里程表和標(biāo)定系統(tǒng)。智能清管器檢漏的優(yōu)點是敏感性好，定位精度高，缺點是無法進(jìn)行連續(xù)檢測。3管道檢測方法的選擇3.1 管道受損檢測方法的選擇 對于由于外力或施工不當(dāng)?shù)仍蚩赡茉斐晒艿朗軗p的檢測，首先應(yīng)該嚴(yán)格遵循燃?xì)夤艿朗┕ひ?guī)范，發(fā)現(xiàn)施工質(zhì)量問題，及時糾正；其次，密切注意其他地下工程在燃?xì)夤艿乐車氖┕で闆r，加強與對方單位的聯(lián)系，對可能造成的燃?xì)夤艿罁p害，及時開挖檢測

16、。 對于采用陰極保護(hù)的管道定期檢測其管地電位或電流變化是一種非常簡便的方法。通過對檢測數(shù)據(jù)的分析，可以掌握管道的腐蝕情況，據(jù)此制定相應(yīng)的對策。對于需要更加全面地檢測管道內(nèi)部腐蝕狀況或管道厚度因腐蝕而減薄的程度時，應(yīng)該采用管內(nèi)智能探測爬機。 由英國雷迪公司生產(chǎn)的埋地管道防腐層檢測儀(rd400pcm)，見圖1。雷迪公司的rd400pcm克服了傳統(tǒng)防腐檢測技術(shù)的缺點，提高了陰極保護(hù)的效果，在非開挖的狀況下，輕松對埋地管道外防腐層破損狀況進(jìn)行評估和定位。rd400pcm由發(fā)射機和接收機兩部分組成。發(fā)射機是一個獨立的0.1a3a的探測信號輸出設(shè)備，手持式接收機用于管道路由的追蹤和電流測量。通過測量和繪

17、制管道電流的的大小和方向，可以很方便地找到管道的破損點和與外部物體的接觸點，并通過分析電流的衰減和損失情況，對管道防腐狀況作出評估。當(dāng)確定所有破損點得到修復(fù)和外部接觸物體均已清除后，可以采用rd400pcm對管道重新進(jìn)行檢測，并保存所繪制的電流分布圖以供今后對該管道評估的參考。實測中對管道防腐層狀況評估及其對應(yīng)的典型電流變化曲線見圖2。rd400pcm具有下面一些技術(shù)特點：大功率發(fā)射機，一次連接探測距離可達(dá)30km；采用近似直流的4hz測繪電流，128hz/640hz定位電流；具有管線定位、測深、電流測量(cm)和電流方向(cd)功能； 任意長度管道防腐層狀況評估；接收機可存儲100個記錄，并

18、可下載到電腦上打印成圖形；非接觸式探測和評估，無需開挖；發(fā)射機有過壓、過載和過熱保護(hù)；發(fā)射機可使用20v一50v直流電源，也可使用220v交流電；可與全球定位系統(tǒng)(gps)兼容。 3.2管道泄漏檢測方法的選擇 如前所述，管道泄漏檢測的方法很多，我們當(dāng)然希望選擇那種能夠迅速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)泄漏、確定泄漏位置和估計泄漏量，并且能夠不間斷地對整個管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測的方法，不過投資和運行成本顯然也是非常高的。應(yīng)該根據(jù)實際情況，綜合考慮管道的重要性、管道的周邊環(huán)境、管道的保護(hù)措施等因素，根據(jù)下列指標(biāo)選擇合適的檢漏方法： (1)靈敏性：能檢測到多小的泄漏； (2)定位精度：能否精確指出泄漏位置； (3)評估能力

19、：估計泄漏量能力如何； (4)響應(yīng)時間：需要多長時間能檢測出泄漏； (5)有效性：是否能連續(xù)監(jiān)測整條管道； (6)適應(yīng)能力：管道運行條件發(fā)生變化時能否適應(yīng)； (7)誤報警率：誤報警率是否較低； (8)使用和維護(hù)要求：系統(tǒng)的使用和維護(hù)是否簡單、易學(xué)； (9)費用：固定投資和運行費用。 對于前面所提到過的各種泄漏檢測方法，根據(jù)上述指標(biāo)其性能對比結(jié)果如表l所示。 可將表1中的方法分為兩大類，即連續(xù)管道檢漏方法和間斷性管道檢漏方法。管道泄漏的危險隨時都存在，對于重要的晝夜運行的輸氣管道，應(yīng)該選擇連續(xù)管道檢漏方法以進(jìn)行不間斷管道泄漏監(jiān)測，可供選擇的方法有流量/壓力變化分析法、質(zhì)量/體積平衡法、動態(tài)平衡法

20、、壓力點分析法、聲學(xué)傳感檢測法、統(tǒng)計檢測法和負(fù)壓檢測法等。從表1可以看出，沒有一種泄漏檢測方法的所有指標(biāo)都達(dá)到最佳。一般而言，間斷性檢漏方法敏感性好，定位精度高，誤報警率低，但不能連續(xù)監(jiān)測管道，對管道進(jìn)行一次完整的檢測需要較長的時間；連續(xù)管道檢漏方法敏感性和定位精度相對較低，誤報警也較高，但可實現(xiàn)對管道的實時監(jiān)測。表 1 不同檢測方法特點的對比 檢測方法敏感性定位精度評估能力響應(yīng)時間適應(yīng)能力有效性誤報率使用維護(hù)要求費用人或狗巡視好好強不確定能不能低中等高取樣分析最好最好強不確定能不能低中等高流量/壓力變化分析法差差弱較快不能能高低低質(zhì)量/體積平衡法差差弱較快不能能高低低動態(tài)模擬法較好較好較強較

21、快能能高高高壓力點分析法較好差弱較快不能能高中等中等統(tǒng)計撿漏法較好較好較強中等能能較低較低較低光學(xué)檢測法較好較好弱不確定能不能中等高高聲學(xué)傳感檢測法較好較好弱較快不能能高中等中等負(fù)壓檢測法較好較好弱快不能能高中等中等管內(nèi)爬行檢測器好較好弱不確定能不能低中等高實際工作中，燃?xì)夤艿佬孤z測中往往多種方法同時使用。隨著監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(scada)的不斷完善和計算機泄漏檢測計算機軟件的開發(fā)，檢漏技術(shù)逐漸成為scada系統(tǒng)的一部分，如美國目前正在開發(fā)的在線動態(tài)模型simsuite pipeline作為scada系統(tǒng)的組成部分，為了保證該動態(tài)模型檢漏分析的可靠性，同時應(yīng)用了壓力波分析、壓力流量分析和質(zhì)量體積平衡3種方法。這3種方法都基于各自的原理進(jìn)行泄漏檢查和定位，并且相互補充以降低誤報警率。 下面介紹一種國內(nèi)正在使用的利用負(fù)壓檢查法進(jìn)行燃?xì)夤艿佬孤z測的系統(tǒng)。該系統(tǒng)由管線首末兩個站的兩套檢測裝置和一個中心調(diào)度室的控制微機組成，見圖3。 檢測裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)儲存和數(shù)據(jù)的微波傳送。當(dāng)管道發(fā)生泄漏時，系統(tǒng)自動報警，兩站互傳數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)傳至中心調(diào)度室，自動或人工計算出泄漏點的位置，顯示在電子地圖上。檢測裝置包括信號采集器、監(jiān)視主機、調(diào)制解調(diào)器打印機四個部分。該系統(tǒng)技術(shù)指