氢气示踪法在检验埋地燃气管道中应用

陈天熙

摘要：目前，正在建设西气东输和川气东输等几条重要的长输天然气管道建设，我国能源结构将做重大的调整。越来越多的东、西部城市将用上清洁、环保、安全的天然气替代污染严重的煤炭和液化石油气：因此，近几年内，我国城市将新铺设大量的燃气管网。新铺设的管网均为中压天然气管道，而新铺设的压力管道在投入使用前必须经过严格的验收证明其无泄漏，以确保管网运行安全。随着城市的扩建、人口密度的增加以及不断涌现出的县级城市，人们的供气管网在这种特殊条件下新建、改建、扩建。因为目前国内普遍采用“打压试验法”来进行气密性检验，然而，用此方法虽然能判断管网中是否有漏，但却不能确定漏点的准确位置，也不能在施工过程及时回填土方，给城市的交通和人们的生活，施工队伍施工带来不便，采用一种新的查漏技术——氢气示踪法。可以解决这个难题。新的查漏技术埋地管道定期检验中也可以采用，这种新的查漏技术施行起来并不困难、复杂，只比打压试验法多一种检测示踪气体的设备一氢气检测仪。

关键词：氢气示踪法检验埋地燃气管

1新建管道泄漏检测技术现状

目前，然气管道按GB50028-2006《城镇燃气设计规范》以气体进行气压试验和严密性试验。其方法是向管道中注入压缩空气，压力一般应高于工作压力。经过一段温度、压力的平衡时间后，对压力及温度进行监测。若管道压力没有衰减或压力衰减是在允许的范围内，则系统中没有漏气，否则就有漏气。在发现管道有漏气时，一般采用“抹肥皂水”的方法来查找漏气点。这种陈旧的传统方法，只能适用于管道在未回填土之前，且很难发现管道底部以及微小的漏气，查找范围也是有限的，一般只在管接头处查找，对整条管道很难施行。若漏气不是在管接头处，而是发生在管身，“抹肥皂水”的方法将花费很大的气力或许才能找到，但该方法在管道回填土之后无能为力。

2氢气示踪法检测新建管道泄漏技术

通过上述打压试验法的介绍不难看出，打压试验法虽能知道管道有漏，但无法确定漏点的准确位置。在实际工作中，有些新建管道建成后，不是立刻投入使用，而是预埋的或备用的。在运行使用时，还必须再次进行“打压试验”，如果管道有漏，此时管道上已经盖土，若管道埋在路面上，其管道上面已经铺上了沥青、水泥等。“抹肥皂水”和“目视”的方法均已失效。因此，必须找到一种新的查漏方法才能解决管道泄漏问题，氢气示踪法便是要讨论的新的查漏方法。

2.1氢气示踪法技术氢气示踪法是将5％氢气和95％氨气混合气，即所谓的“示踪气体”，代换或溶入试压介质(压缩空气)。氢气的可燃极限为5.7％，因此，5％氢气和95％氨气混合气是绝对安全的气体。这种示踪气体无毒、无味、无腐蚀性、不可燃，是工业焊接作业中用来保护不锈钢避免氧化的常用气体。而且，这种气体非常便宜，容易获得。这种气体的成本不会比氮气高很多，一般在制气厂就能得到。如果条件允许，这种气体还可以作为打压试验的试压介质，一次就能完成试验一查漏一维修整个过程，从而减少整体成本。当然氢气示踪检漏法也可以单独使用，当用其他试压介质完成并确认管道有泄漏时，才采用氢气示踪技术进行泄漏部位的查找。新建压力管道泄漏分两种情况：①管道在未回填土之前的泄漏。这种情况用氢气示踪法技术查起来非常容易，只是用氢气检漏仪的手持探头沿管道移动，便能找到全部泄漏点，不作为重点讨论。②管道在回填土之后的泄漏。因为“抹肥皂水”和“目视“的方法均已失效，在用氢气检漏仪查找管道泄漏之前，必须探明管道的准确走向。如果是新施工的管道，走向当然很清楚，不需要管线探测仪帮助定位：如果是旧管路系统，走向可能不清楚或地面未标记管道的埋设走向，这时必然用管线探测仪探明管道的走向。因为示踪气体在升至地面过程中横向扩散很小，如果管道走向不准确，很可能检测不到示踪气体而误认为管道无泄漏。管道上面的掩埋介质直接影响着示踪气体升至地面的时间。一般新竣工的管道，其管道上面的掩埋物较松散且干燥，这种情况下只要注入气体1h后就可以开始检测示踪气体。检测旧管网定期检验需要等待较长时间，因为管路上掩埋层经过长时间的沉积和外力挤压，变得密实坚硬。

2.2埋地压力管道氢气示踪法查漏技术氢气是一种理想的示踪气体，是所有气体中比重最轻(比空气轻14倍)和粘度最小的，能够快速由泄漏处渗透到地面而被仪器检测到。氢气在地表面的横向扩散很小，埋深1m的管道，其扩散直径范围仅为1.5m，这时用高灵敏度氢气检漏仪确定泄漏部位的误差也仅在半米之内，即使是埋深3.4m的管道，其定位精度事实上是很高的，一般在1m之内。氢气示踪法的基本原理是将5％氢气和95％氨气混合气注入管道中，然后用氢气检漏仪在管道上方搜索，检测示踪气体。通过检测泄漏处冒出到地面的示踪气体，便可准确查到泄漏部位。埋设层上层为混凝土时，等待时间因混凝土形态而异，机械强度越高的混凝土需要等待时间越长。新铺设的混凝土和铺设很久的混凝土等待的时间相差很大，因为新铺设的混凝土透气性很好，气体很容易透过它而被检测到，而铺设很久的混凝土结构中充满了泥土，透气性很差，需要等待的时间长得多，一般需要等待24h以上才能有足够量的气体渗透到地面。地面的干湿程度也影响着透气性。因此，在检测时不防现场钻几个孔，透过混凝土层或沥青层先取得经验，这样有助于提高检测泄漏的效率和取得满意的结果。

3氢气示踪法检测步骤

3.1注入示踪气体在打压试验完成并确认有泄漏的管段，将5％氢气和95％氨气注入管道，气压按有关规定，一般应达到工作压力以上。这点很重要，因为管道泄漏与压力有关，一定压力下可能不漏，而超出该压力后就有漏。在向管道系统中注入示踪气体时，用氢气检测仪手持探头先检查注入设备本身有无漏气，如法兰、阀门、压力表等的周围。这些部位的泄漏通常很小，但加起来也会成为相当量的泄漏。如果条件允许，打开系统远端的阀门让空气排出，用仪器检查示踪气体是否到达萄专部，确定示踪气体到达后再关闭阀门。

3.2标记出管路走向示踪气体不会有很大的横向扩散，因此，准确知道管道的走向是非常重要的。如果管路走向不清楚，则使用管线探测仪标记出管路走向。

3.3等待示踪气体到达地表面根据不同埋深层／掩埋介质确定等待时间，干沙约1，4小时、干沙／湿土约1小时、湿土／干粘土约4小时、湿粘土约12小时、沥青5cm／加1-2小时、沥青20cm／加12小时。

3.4用氢气检测仪沿管路走向检测示踪气体①用手推车探头检测。手推车探头下面有穹形胶垫，与地面接触时拢集气体，仪器的真空泵把气体抽至内置传感器。手推车可推位移动，在管道上方以步行速度前进，最快速度可达3km／h。②用地面探头(或钟型探头)检测。在障碍物较多或潮湿地面上，手推车不适用于这种环境，这时可用地面探头检测示踪气体。先打开仪器吸泵，地面探头的喇叭口处与地面之间形成的小真空区能够将地面下的气体吸出来，每隔lm抽一个气样，每次抽样时间约3-5s。

3.5开挖泄漏部位。维修处理氢气检测仪查到泄漏点后，进行现场开挖。在开挖暴露出的管道上用手持探头准确找到泄漏点，维修处理。

4仪器设备的选择

管道的泄漏情况非常复杂，形式多种多样，从微漏到大漏，管道的掩埋介质及现场环境也千变万化，这对氢气检测仪的选择具有较高的要求，必须适用于各种情况下检测功能的仪器才能当此重任。现在仪具有以下技术特点：仪器响应迅速灵敏：对极微量的氢气泄漏也能作出分析判断；仪器采样方便，具备吸泵功能以及装卸方便的手持探头、地面探头(钟型吸盘式探头)、手推车式探头；传感器稳定性好，使用寿命要长；检测灵敏度高，达1ppm：量程大，典型测试范围0～1000ppm，最大量程0-100Vol％，即使检测高浓度的泄漏点也不会发生传感器中毒现象；量程转换方便，具自动转换功能：可读性好，具备声、光、数字、模拟报警功能；便于携带到现场使用；仪器操作简单，使用方便。