城市天然气管网泄漏检测及定位方法分析

杜硕

摘 要：天然气现在已经成为城市生产生活重要能源，这样就使得天然气管网建设日益完善，规模也更大。但是因为管网施工方式的特殊性，后期运行管理将要面临更大的挑战，如果在运行过程中出现泄露，不仅会产生重大经济损失，甚至会出现安全事故。想要提高管网运行管理效率，需要建立完善的管网泄露检测系统，通过专业技术来降低各项因素的影响，获取各项精确信息，为管理工作的实施提供依据。本文对城市天然气管网泄露检测与定位技术进行了简要分析。

关键词：天然气 泄露检测 定位

城市天然气管网施工环境复杂性高，具有压力低、分支多与附件多特点，运行管理难度大，一旦出现泄露问题，很难在短时间内确定故障位置，影响十分严重。为解决此问题，需要结合城市天然气管网建设特点进行分析，选择有效的技术，并建立完善诊断系统，自动完成管网运行状态信息的收集，利用广义声发射理论，及时捕捉管网泄露信号，提高泄漏检测与定位效率。

一、天然气管网泄露特点分析

与介质为液体的管网相比，天然气管网泄漏时，更难被察觉，具有隐蔽性特点，尤其是微小的渗漏，更难被发现，但是因为天然气具有易燃易爆特点，一旦发生泄漏，将会存在巨大的风险隐患，轻则会造成经济损失，重则会产生人身伤亡。受燃气成分差异与密度差异因素影响，从地下管道泄漏后，会随着周边环境特点进行特定方向的流动。例如成分主要为CH4的天然气，密度小于空气，泄漏后气体上浮；液化石油气要重于空气，泄漏后会滞留或者向低洼位置流动[1]。对于天然气来说，在渗漏后就往往会沿着某种特定的通道流动，如排水管道、地下裂缝、暖气沟等。且地下管道渗漏后，天然气从地下渗漏到里面需要一定时间，具有延时性特点，这样也增大了对泄露部位检测定位的难度。

二、天然气管网泄露检测技术

1.直接检测法。第一，加臭法。对于存在异味的气体，人体敏感度比较大，针对此就可以对天然气添加适量的泄露识别气体，可以通过异味来判断是否存在泄露问题。燃气经营单位可以利用仪器设备来对附近管线进行检测，确定泄露点，在实际应用中比较广泛。第二，可燃性气体检测。在天然气泄露后，可以采取人工巡查的方式对周围电缆沟道、地表等存在的可燃性气体进行检查，判断是否存在泄露问题。常用检测设备如激光气体探测仪、气敏仪等。第三，排水量探测。天然气管网需要定期进行排水，针对此可以对比排放水量来判断是否存在泄露问题。在发现排水异常后，需要考虑地下水渗入的可能性，进而可以初步判断管道存在破损泄露问题。另外，还可以选择用光纤传感技术、机载红外线法、观测植物法等方式进行泄露点检测。

2.间接检测法。第一，听音法。主要应用于埋深比较浅的管道，增大其内部压力，然后利用听音仪确定管道运行声音，来确定管网内存在泄露问题的部位。此种技术在应用上简单易操作，但是实施效果主要受操作人员经验水平限制。第二，压力法。对被检测段管网进行加压，并将两端阀门关闭，观察管道内压力变化，如果压力下降则证明存在泄露问题。但是如果想要选择此种技术检测，必须将管线停运。第三，流量法。对比管道进出口流体流量差，如果流量差超出限值，则判断其存在泄露问题。但是流量大小会受流体温度、压力等参数影响，进而会使得测量准确度降低。第四，相关法。将相关仪两只传感器，设置在待查管道两端，按照专业要求对其进行处理，来确定泄露部位。

三、天然气管网泄露信号检测技术分析

1.混沌理论分析。城市燃气管网规模不断增大，内部压力低，且存在众多附件与分支，且运行环境噪声复杂，这样就决定了在管道发生泄露后，信号信噪过低很难被检测，进而会延误故障处理最佳时机，降低管道运行安全性。想要实现管道泄露有效检测，需要有效检测泄露信号，混沌理论的提出，可以有效解决此类问题。利用混沌性质检测与提取强噪声背景下微弱有效的信号，本质上就是通过混沌系统对小信号没感性与噪声免疫力特点，准确检测出强噪声中被淹没的弱信号，在天然气管网泄露检测中具有良好应用效果。

2.天然气管网泄露检测。

2.1选择传感器。利用混沌理论系统来对管网泄露点进行检测，首先需要保证所选传感器具有良好性能，能够准确检测到泄露信号，常用的如位移、速度、加速度三种。其中，位移传感器输出与位移成正比，速度传感器输出与速度正比，加速度传感器则输出与加速度成正比。雖然理论上三种特性间可以相互转换，但是转换会降低检测准确性，因此要根据实际需求来选择传感器类型。一般位移传感器多应用于振动频率与加速度小的情况；速度传感器多应用于振动频率在10Hz～1000Hz范围内情况；加速度传感器多被用于振动频率在0.1Hz或者几千赫兹加速度情况。

2.2采集数据。城市燃气管网泄露检测系统主要包括待检测管道、声发射传感器、示波器以及前置放大器等组成，利用传感器检测泄露信号，然后利用示波器对各项信号进行记录。搭建实验检测装置如图1所示，在管道出口端设置压力表测量管内气体压力，并对实验管道设置可调节大小的泄露孔，将两套检测系统安装在泄漏点两侧。然后向管道内充气，利用声发射传感器检测泄露信号，并对检测到的信号进行分析处理。

2.3泄露检测。在不确定待测信号频率且频率范围较大的情况下，利用混沌算法进行处理，需要从信号预制和混沌振子实现两个方面来进行。其中，信号预制即处于1～10rad/s频率外的泄露信号压缩到此范围内，并将压缩信号作为混沌振子阵列输入，整个过程需要利用专业软件来完成。在对大频率范围信号进行检测时，需要将被测信号乘以10n（n为整数），使其频率压缩到1～10rad/s范围内，然后将压缩信号引入设计好的预制公比为q=1.013振子阵列内，确定是否存在相邻振子间间歇混沌现象[4]。以此来确定所测周期信号频率数值，然后得到的频率乘以10-n（n为整数），最终得到被检测周期信号实际频率。

四、天然气管网泄露定位技术分析

在准确检测管网泄露信号后，需要及时进行泄露点定位，这对提高城市天然气管网运行安全性具有重要意义，不仅可以降低经济损失，同时可以有效消除存在的安全隐患，降低安全事故发生概率。就管网泄露特点进行分析，可以确定在发生泄露时会伴随着振动情况，沿着管壁逐渐向两端传递，这样在泄露点两端安装振动传感器对振动信号进行检测，可以为定位提供依据。如现在经常用的互双谱法，可分为常规互双谱法与参数互双谱法，就其实际应用效果来看，高阶累积量在处理非高斯信号与压制高斯噪声方面有着更大优势，因此在估计被高斯噪声污染的非高斯信号延时时，具有良好效果。能够被有效应用于不敏感于油色高斯观测噪声以及确定性信号与随机信号内。

五、结语

为满足城市生产生活需求，天然气管网建设日益完善，规模更大，这样就决定了其在发生泄露问题后，不能及时检测并定位，存在较大的安全隐患，很容易发生安全事故。为提高管网运行安全性与稳定性，必须要针对其建设与运行特点，重点分析泄露信号检测以及泄漏点定位技术，确保能够及时发现泄露问题，并采取措施进行处理，将安全隐患消除在萌芽状态。

参考文献：

[1]胡菊丽.城市天然气管网泄漏检测与定位技术研究[D].上海师范大学，2014.

[2]高华.城市地下燃气管网泄漏监测关键技术研究[D].天津大学，2009.

[3]刘永波.城市供水管网泄漏检测定位系统研究[D].燕山大学，2010.

[4]邓岩.城市燃气管网泄漏检测技术与定位方法研究[J].中国高新技术企业，2012，07：78-79.