探析超高压燃气管道探测技术

＊韩 冰

（太原燃气集团有限公司 山西 030006）

管线建设工程需要结合多方面影响因素开展，首先，政府的相关标准作为建设的基础依据，其次，测绘单位对管线施工方案进行提出，最后，结合实际情况对方案进行调整，从而形成完善的竣工测量系统。竣工测量系统中的数据包含管线相关信息及竣工验收的标准数据，是今后对地下管线不动产登记的主要依据，具有法律作用。超高压燃气管道一般情况下是指压力在4MPa之上的燃气管道，超高压燃气管道也是目前城市能源的主要供给设备，是城市正常运行的主要结构，与人们的生活和生产息息相关，对城市的建设和发展产生深远的影响。超高压燃气管道探测技术是对燃气管道维护工作顺利进行的保障，是城市正常运行的保障，下面对超高压燃气管道探测原理进行分析，分析探测技术和方法，找到探测工作中的各种重要因素，结合目前发展的现状，对加强超高压燃气管道的探测效率进行深入探究。

1.燃气管线的基本特征

燃气管线一般埋于地下1.8m以内的位置，在地上位置主要是为了连接到终端用户之中。个别地区的燃气管线埋设较深，主要是根据地下地质环境、土层和路面等等因素影响进行决定的，甚至会有更多其他的影响因素。埋在地下的燃气管线主要可分为两个类型：

金属管材类型：钢结构燃气管线为主要的形式。钢结构有着良好的导电性特征，对于周围其他材质的土层和覆盖层之间有着明显的差异，二维线性特征比较明显，运用这种探测方法比较容易操作和识别。在超高压燃气管线的探测中有着广泛的应用。

非金属管材类型：以PVC材质管线为主要形式。PVC材质的外壳有着高阻性特征，对于PVC材质管线探测常规的方法并不能有效地识别，其他外部的干扰源对于管线探测的精准性也会产生很大的影响。主要的干扰源有路面的钢筋混凝土结构，路边的路网，广告牌及电力线等等，甚至是往来穿梭的人群车辆也会对其产生干扰。所以，地下燃气管线的探测工作难度高，周围环境也较为复杂，不仅仅需要高性能的探测仪器，还需高精度的探测方法，两者结合运用，相辅相成。

2.燃气管道的主要探测影响因素

（1）燃气管道自身的特殊性分析。燃气管道自身的特殊性主要通过四个方面体现。首先，燃气管道具有多样性，从材质方面可分为次高压、高压、超高压钢管，低压、中压燃聚乙烯管、机械接口球墨铸铁管、钢管或钢骨架聚乙烯塑料复合管等等。管径口规格包含DN15～DN1050等等。其次，燃气管道的管内介质有着易燃易爆的属性，需要对其进行特殊的保护。禁止对管道进行挤压、外力作用等等，与建筑物之间需要保持距离，在不能保持上述条件时候，可运用管套、盖板等方法对燃气管道进行保护。再次，覆土厚度是变化的。在燃气管道刚刚建设完成后进行直埋的时候，管顶到地面的覆土厚度有明确的规定。如在机动车行使路面之下，钢质管道需大于0.3m，聚乙烯管道需大于0.5m。随着相关工艺的不断完善，管道埋深也逐渐加深，普遍情况下为3～20m之间，过江管道一般为30m左右。除此之外，管道的线路也从原来的直线可根据实际情况转变为平面曲线。最后，钢质管道需要对其进行防腐处理，处理所运用的材料、方法也逐渐趋于多元化。钢质燃气管道外层进行防腐涂层设计，针对具体现状，对材料进行选择。在进行涂层保护后的敷设工作时，需要运用强制电流法和牺牲阳极法等方法结合进行阴极保护，需注意两种方法同时结合使用。

（2）对探测精度产生影响的因素。燃气管道的特殊性不仅对管道检测方法的运用和选择产生了限制，并且对危险源附近的检测精度产生了不良的影响。对燃气管道检测精度产生影响的因素主要包含：管道敷设的深度、覆土的厚度、管道的材料、规格及涂层材料和防腐方法。除此之外，管道周围的磁场、自然环境、地面固化物和地下水位等等因素都会对燃气管道检测精度产生一定的影响。

3.探测技术

超高压燃气管道的材料是运用钢材料制成的，有着较高的导电性。管道外壁有防腐涂层、绝缘涂层等等，主要的作用是对超高压燃气管道进行保护。超高压燃气管道周围的涂层与自身的物理性质有着强大的差异，对电磁法检测发挥着便利的作用。所以，电磁法检测是目前超高压燃气管道检测的主要技术手段，基于管道的原理，当管道的深度在导体直径之上时，超高压燃气管道可以被看做是均匀的介质导体，交流电进入到输气管道中，管道的总电磁场强度及分布规律符合下述公式：

式中，H：磁感强度；

I0：电流幅值；

r：到导线中心的垂直长度。

除上述内容之外，磁场的水平分量，垂直分量，都可以得出结果。具体公式如下：

假设在超高压燃气管道后卫的电导率和磁导率稳定的情况之下，电磁场衰减系数会随着频率平方根的增加而增加，两者之间是正比例关系。简而言之，在管线工作频率上升的情况下，电磁场的衰减程度随之上升，衰减速度也会随之提升，传播距离变短。

4.探测方法及参数的选择

(1)管线运行内外探测法

对燃气管道的影响因素有很多，可大致分为内部影响因素和外部影响因素，在不同因素的作用下进行管线探测工作开展需要对影响因素进行深入的分析，从而保证探测结果的完善和准确。首先，在超高压燃气管道外部都会有一层防腐涂层的设计，主要的目的是对管线自身的材质进行保护的同时，提升管线的密闭性。但在长时间的使用过程中，管线外部的涂层也会出现老化、脱落等情况，会对管线局部的探测信息准确性产生影响。所以，在进行管线探测工作之前，需要对外部的涂层进行检查，及时地发现问题所在。其次，超高压燃气管线内侧的检查也不能忽略，在检测的过程中能够发现存在的问题，便于及时地解决，其目的也是为了保证管线探测数据的真实性和准确性。在探测工作开展中，一般都会采用直接开挖的方式，以此来保证结构的准确性和对应性。最后，在管线内侧数据收集之后，可以对材料的特殊性及管线检测等数据进行共同探测，保证结果的科学性和合理性，对于燃气管线中探测定位及运行有所帮助。在受到外部多个影响因素的共同作用下，会对探测结果的准确性产生影响，这也是内外探测法的局限性，所以，想要提升内外探测法的使用效率，需要保证管线探测定位的准确性，以此作为指导进行外检测数据的运用。

(2)燃气管线快速定位法

随着城市中燃气管线的完善，新建的燃气管道数量不断增加，但同时废弃的管道数量也逐渐变多。超高压燃气管线多数的材质是钢结构，在日常的维护中会出现一些问题，快速定位法在对于管道位置的检查中有着独有的优势。首先，燃气地下管线的建设主要是服务于地上的建筑物，与地上建筑物之间相互参照。但近些年在城市化建设下，很多的建筑物被拆除，并且拆除的数量逐渐增多，马路越来越宽，绿化带越来越多，这样的情况下根据建筑物进行管线位置的查找方法存在不准确性，需要快速定位法的参与。其次，地下管线并非只有燃气管线一种，供水、供电、通信等管道也存在很多埋设系统。所以，运用快速定位法对管道位置进行定位，确定哪一条是燃气管线，从目前的实践应用中来看，具有高度的可行性。最后，声波被用来定位管道。传统的探测仪器会受到地质环境、地下水等因素的影响，导致检测精度较低。尤其是雷达探测方法，如遇到电缆干扰等问题会出现谎报情况。所以，很多的探测仪器在使用过程中，需要通过图像显示进行位置的判断，工作人员在使用之前也需要进行系统的培训，提升对快速定位法的运用。

(3)物理特性探测法

物理特性探测法以管道的物理性质为基础，结合工作的环境进行探测实施。物理特性探测法也是目前探测方法中常用的方法。运用信号检测的方法对信号源进行查找，能够有效地排除干扰信号，提高检测定位的精准度，基于天然气管道的管道总布置和测量，它可以实现管道的垂直分布趋势，通过检测管道表面的金属物体和地质结构，将干扰降至最低，并将其显示在图像中以产生回声。

5.电磁法的其他技术措施

对一次场在地下金属管道中进行二次场的感应是电磁探测法的主要原理。一次场也就是交变电磁场，二次场是二次交变电磁场。一次场中，空气的传播距离变短，二次场与金属管道材料产生作用，拉长了传播的距离，所以，可以通过二次场远离一次场的位置对地下管道的位置进行确定。除此之外，也可以直接的将一次场应用到探测工作之中。在电磁感应原理之下，运用示踪法对开口的非金属管道进行探测，主要适用于地下金属管道的探测工作之中。目前，电磁探测法的应用最为广泛，具有高精度、高效率的优势。电磁探测法的重点放在了二次场方面，通过对目标信号进行刺激来找到工作的重点，运用工作频率的改变和信号的改变进行探测方法的进行，从实际工作总结来看，该方法是供水、供热、供气等金属管道开挖检测的最佳方法。

金属管测试。主要的检测方法有直接法和电磁感应法。对于含露点的金属管道，直接法非常有效。检测时，将探测器变送器专用电缆的一端连接到检测管道的露点上，以保持良好的电气接触，电缆的另一端应接地。假设接地存在问题时候，可在周围的地面放置水量，达到地面湿润的目的。打开发射器的开关，选择33kHz，接收器保持在操作员的操作范围之内，进行发射器和频率的统一，将管道的方向作为前进的方向展开搜索，根据接收器上显示出的信息进行目标管道的确认，并将测量的数据标记在地面上，在记录手册中进行备份。电磁感应法更适用于暴露点少、直径大的金属管的检测。打开变送器电源，将变送器水平放置在与目标管道方向平行的位置，并选择适当的频率。操作员手持探测器，对目标管道进行垂直搜索，准确地找到目标管道，以探测器中显示的数据对磁场信号进行确认，明确管道的深度，将其标记在地面上，并记录在手册中。

6.其他检测方法

电磁法是超高压燃气管道检测中最重要的方法。应用条件相对有限的检测方法有几种，即：磁梯度法、陀螺仪定位法等，如果满足这些检测方法的应用条件，也可以得到符合相关标准的检测结果。

(1)磁梯度法

磁梯度法的精确度较高，将磁梯度法与电磁法探测相比较，在检测结果准确性方面磁梯度法有着较强的优势。上述中提及到超高压燃气管道的材质多数是钢材料制作而成，有着强烈的磁铁性质，基于此，磁梯度法运用这一物理性质，对周围的磁场产生作用和影响，以测量的磁场信息对管道内部的相关数据进行获取。在井中进行磁梯度法探测方法运用的时候，需要运用地下管线钻出孔洞，将塑料套管放入其中，再将探测仪的探头放入其中，以此来进行探测工作的开展。从孔的底部为起始点，逐次上移进行探测工作的开展，同时需要注意的是移动的距离为20cm逐次点距进行，会得出多个磁梯度值，将数据记录整理，保证数据的完整性。磁梯度值的变化是对管线深度、位置及距离的反映。磁梯度法精度高，准确度高，但同样也受到了限制，使用前，需要进行钻孔工作开展，所以操作起来比较繁琐，涉及到其他方面的工作参与。

(2)陀螺仪定位法

陀螺仪定位法是近几年新型超高压燃气管道探测技术，作为新型技术，陀螺仪定位法通过惯性导航、三维技术和陀螺仪自身定向能力三者融合后，进行管道探测，具有高精度的优势。陀螺仪定位法在使用的过程中，运用陀螺仪本身拖拽的本能，在管道中穿行，内设置跟踪仪器对运行的踪迹进行跟踪记录，根据所得的数据进行三维坐标及位置图绘制，从而进行管道探测工作。陀螺仪定位法是根据自身的惯性进行工作的，所以在外界的管道材料、涂层、土层厚度等等因素的影响下，依旧可以正常运行，受到的限制较少，管道的四周环境对于检测数据的结果干扰较差，能够保证数据的准确性。但也存在自身的限制，陀螺仪定位法使用中，陀螺仪带着探头在管道中来回穿梭才能进行数据的搜集，运行起来较为繁琐。

图1 陀螺定位仪结构Fig.1 Gyro locator structure

(3)探地雷达法

探地雷达法学术中简称为GPR，主要通过对地下目标物质运用高频电磁波扫描的方式对结构和形态进行确定，从而确定所在的位置。但在实践应用中经常会出现目标物质被其他物质掩埋的情况，运用高频电磁波扫描对周围介质进行电磁物理性质差异检测，来区别目标管线与周围物质，这一方法在工程其他地质问题的解决中得到了广泛的应用。

探地雷达通过控制电路产生一定间隔的一系列电磁短脉冲，以宽频带短脉冲的形式，由地面通过发射天线送入地下，宽频带短脉冲经过地下地层或目的体的反射后返回至地面；被接收天线接收，送到控制电路，同时由计算机控制实行野外实时数据采集。以反射波形的数据特征的强弱为基础，再经过计算机对特征和能量的分析和处理，从而确定地下燃气管线是否存在，确定位置。

7.结束语

超高压燃气管道的检测具有一定的特点，主要是在长管道施工过程中，管道等存在一些明显的暴露点，这将导致管道信号不稳定，难以准确接收信号，这是超高压燃气管道检测的难点。检测单位需要注意检测技术的不断优化和改进，以提高检测技术的准确性。随着社会和科技的发展，还会有更多的探测技术出现，提升探测的精度和速度，在以后的超高压燃气管道检测中，员工应注意各种因素的影响，根据现场条件和管道测试的外部约束选择最合适的检测技术，并注意检测技术的关键点，确保管道测试结果的准确性和可靠性。