检漏仪设计原理及其在燃气管线运维工作中的应用

张永昌

（山西华新定襄燃气有限公司，山西 忻州 035400）

引言

天然气作为人们生产生活必须的能源之一，在我国国民经济中具有重要的战略位置[1]。燃气输送基本采用管道输送，一些管道裸露于自然环境当中，一些管道被埋藏于地下，管线运行维护工作较为复杂[2]。泄漏作为天然气输送管道较为常见的故障，至今未能得到彻底有效的解决，仅仅通过频繁的检漏工作严格控制天然气的泄漏量[3-4]。天然气作为一种易燃易爆气体，当其泄漏量超过一定数值时，存在较大概率的爆炸危险，不仅危及周围人群的生命财产安全，还会给天然气企业带来不可估量的损失[5]。检漏仪作为燃气运行维护较为常用的仪器，要想更好地增强其应用效果，应熟悉掌握其设计原理，正确有效运用检漏仪[6]。

1 燃气管道泄漏危害

燃气输送管道系统服役环境较为复杂，不管是埋地管道还是露天管道，均存在燃气泄漏的可能，因此燃气管道检漏及其维护工作至关重要。随着人们生产生活对于燃气需求的增长，燃气输送工作越来越繁重，给燃气管道及其泄漏量标准提出了更高的要求。燃气泄漏不可避免，但是一旦超出规定的泄漏量，极易引起爆炸、火灾等事故。2007 年3 月份，我国某市发生了燃气爆炸，主要原因是地下燃气管道断裂，出现了燃气泄漏，事故伤及整栋楼多达16 人，所幸未出现人员伤亡，但财产损失巨大。类似事件出现在比利时，相关报道显示，事故伤及多达138 人，其中死亡15 人、失踪3 人、受伤120 人，对社会造成了极大的恐慌，损失惨重。燃气管道泄漏，除了殃及个人之外，还会造成大气污染，危及生态环境平衡。

2 燃气输送管网检漏现状

燃气泄漏不可避免，一旦发生事故后果不堪设想。近年来，燃气管道运维人员加强了对输送管道的检漏与维修工作频率，以便及时排除燃气管道泄漏的隐患。但是，运维人员发现，用常规的检漏仪检测到管道位置存在燃气泄漏问题，但是在开挖维修过程中管道并未出现泄漏，只能回填继续使用。该情况给管道运维人员增加了较大的无用工作量。后来发现，出现上述问题的原因是沼气干扰，因为天然气和沼气的主要成分均为甲烷，只要检测到甲烷气体，检漏仪就会给出天然气泄漏报警，因此如何区分天然气泄漏还是存在甲烷气体已成为燃气行业关注的焦点。由二者的气体成分出发，分析得到天然气中存在乙烷气体，而沼气中没有该成分。以此为切入点设计检漏仪能够区分天然气和甲烷气体，解决目前燃气管道运维人员的困惑。

3 检漏仪选型及其原理

3.1 选型

针对燃气输送管网运行维护人员存在的问题，结合全面的市场调研，确定更换检测原理先进、检测效果优良的便携式综合检漏仪，具体实物如图1 所示。检漏仪的型号为EX-TEC HS680，产于德国竖威公司，属于目前较为先进的燃气现场分析仪器，可以以较快的速度准确分析现场是出现燃气泄漏还是甲烷气体，具有较强的数据分析处理功能。这种综合检漏仪具有如下特点：结构尺寸小，操作简便，总质量仅约1 kg；能耗低；工作环境温度适应范围广，处于-10～40 ℃；工作环境压力适应性强，处于95～110 kPa。

图1 便携式综合检漏仪

3.2 工作原理

HS6S0 燃气管网综合检漏仪的设计初衷是服务燃气管网及设施的检漏工作，配置的专业采样探头非常适合燃气公司进行野外环境进行检漏作业。检漏仪内置气相色谱仪，现场快速区分沼气及天然气，是燃气管网检测维护的革命性突破，可以解决燃气管网维护检测的所有问题。

HS6S0 燃气管网综合检漏仪的设计，应用了气相色谱分析原理，利用气体组分理化性质的差异，对多组分混合物分离、分析，确定各组分的含量。色谱分析法的分离检测原理并不复杂，利用检测气体中不同组分之间流动性能不同的特点，即气体在监测室内的保留时间存在一定的差异，会按照一定的先后顺序依次流出撞击检测仪内部的色谱柱，之后借助半导体检测器、氢火焰检测器、电子捕获检测器或火焰光度检测器等实现混合物中各组分的分离与检测。在进行燃气管网泄漏检测中，当检测得到乙烷气体时，证明天然气存在泄漏，如果仅仅存在甲烷气体，基本可以确定是沼气干扰，不必进行管线开挖检测处理，成功解决了当前燃气管线运维工作中受沼气干扰增加工作量的问题。

4 燃气管线运维工作应用

为了验证HS6S0 燃气管网综合检漏仪的选型效果，将其应用于燃气管线运行维护工作当中。选择某管网中两段不同的燃气输送管路进行泄漏检测，试验段管路长度为10 m。原检测方法的检测结果显示，燃气体积含量（体积分数）最大值为1.2%，波动较大。虽然检测得到的燃气含量较低，但是位置处于繁华都市，又不能确定是甲烷还是燃气泄漏问题，至今未进行根治处理，仅增加了燃气管网的检测频率。通过HS6S0 燃气管网综合检漏仪检测上述两个位置，得出了对应的气相色谱图，分别如图2、图3所示。

由图2 和图3 可以看出，试验燃气管路1 段和试验燃气管路2 段的气体气相色谱图差异较大。前者气体的组分中不存在乙烷气体，主要成分为甲烷，可以判定为沼气成分；后者气体的组分中存在乙烷气体，可以判定为天然气成分。HS6S0型燃气管网综合检漏仪在检测过程中首先检测到甲烷气体，体现在图3 中的第一个波峰，随着气体的分离处理，乙烷被检测到并形成图3 中的第二个波峰，因此可以断定试验燃气管路2 段存在燃气泄漏问题。经过运维人员开挖，完成燃气管路的修复处理，回填之后再次进行泄漏检测，未出现燃气成分，解决了困扰运维人员多年的难题，取得了很好的应用效果。

图2 试验燃气管路1 段的气相色谱图

图3 试验燃气管路2 段的气相色谱图

5 结论

运维工作作为燃气输送管网企业主要工作的一部分，其工作效率及质量的高低直接关系着人们的生命财产安全，因此运用先进的检测技术和检测仪至关重要。德国HS6S0型燃气管网综合检漏仪检测原理先进、检测数据可靠，在燃气输送管网运维工作中效果较为明显，能够很好地识别燃气和甲烷气体，降低了运维人员近12%因甲烷干扰产生的开挖工作量，为燃气公司节约了近8%的燃气管网运维费用，降低了燃气输送成本，具有很好的应用前景。