埋地燃气泄漏监测仪的研发与应用

1 概述

随着我国城镇燃气事业的发展，地下燃气管网覆盖范围不断扩大，北京市部分燃气管道运行年限已经逾30 a。由于长期埋在地下，在土壤腐蚀、杂散电流腐蚀的作用下，埋地燃气管道逐渐进入事故多发阶段。近10 a的统计数据表明，燃气输配系统的事故总体呈上升趋势，泄漏事故占管道总事故的95%以上

。

综上所述，足球游戏在学校的教学过程中应该合理地应用，从而使得学生更具学习积极性与兴趣，还能够激发运动潜能，更具热情地投入足球学习中，全面提升学习质量。因此，教学过程中，教师应该深入了解学生的身心状态，按照发展规律来进行教学，要针对教学实践情况选择合适的游戏方式，要全面提升技术与战术水平，来提升教学效果与学生的素质。

在燃气企业实际工作中，巡检人员常采用的泄漏检测方法是先通过打孔检测与邻近井室、市政闸井检测的方法确认漏气大致范围，然后开挖管道，寻找漏气部位

。由于地下和土壤情况复杂，传统打孔查找的办法很难对漏气点实现精确定位。

一堂有效的钢琴课，从对学生的要求来说，应该是经过认真练习和准备的。一位学生如果每天保证一定的练习量，比如每天一个小时，并持之以恒的话，那么一个星期应该有七个小时的练习（当然这只是“起点量”，有很多学生练得比这要多）。如一个星期去老师那里上一节课，一般是四十五分钟左右，那么上课与练习时间的比例一般在1∶7到1∶10，这才是比较正常的。如果学生练得更多一些，上课与练琴达到1∶20甚至是1∶30，那么学生会准备得更好，上课的效果也肯定会更好。

另外，常规的燃气泄漏检测也可利用手持式高精度燃气检测仪进行。这些设备检测精度虽高但造价昂贵，很难有条件进行多点布局协同工作。开发一种满足实用精度要求且成本较低的燃气泄漏监测装置，通过在漏气区域布置以快速获得多点的燃气体积分数分布数据，结合成熟的数值模型进行快速定位和修正定位，是一种可行的方法。

2 埋地燃气泄漏监测仪的研发

2.1 工作原理

1.4.4 统计分析 使用DPS(v7.05版)软件对数据进行处理，采用邓肯氏新复极差法对数据进行统计分析，评价不同试验处理对叶菜田杂草的防除效果。

将埋地监测仪应用在泄漏检测的工程实际中，与常规的手持式HS660、XP-3110、XP-3140等可燃气检测仪进行了同条件下的工程检测对比。打孔检测现场和埋地监测仪的使用见图3。横向监测点间距设为50 cm，纵向监测点间距设为1 m，打孔的孔径为25 mm。疑似泄漏管道附近的监测点分布见图4，对于连续的监测点，为了表达简洁，只给出首尾序号。

以手持式HS660可燃气检测仪为基准，将埋地监测仪与对比检测设备在相同的孔位进行对比检测，获得了较一致的测量结果，验证了埋地监测仪的准确性。

2.2 工程应用检验

根据测量精度的需要，可选用红外或半导体型甲烷传感器，在获得可靠测量精度的前提下，合理控制成本。通信模块负责数据的上传，根据需要可以选择GPRS广域网协议。由于数据交换量不大且要考虑电源消耗的问题，一般不需要应用4G或5G网络。根据以上基本工作原理，选用MH-440D型智能红外甲烷传感器，组装了埋地监测仪，实物见图2。该埋地监测仪能够测量甲烷体积分数0.001%，能够满足现场泄漏监测需要。

埋地监测仪外观小巧，直径2.5 cm，埋地长度20 cm，方便装设于探孔中进行长时间监测。埋地安装，采集透过土壤的甲烷体积分数，通过GPRS网络传输至服务器，实现云端管理。终端数据输入MATLAB模型，进行动态模拟，形成可视化图形，最终实现对漏点位置的判断。

结合地下甲烷体积分数分布的仿真结果，可判断：

不同时刻埋地监测仪在典型监测点测得的甲烷体积分数见表1。对监测点甲烷体积分数进行连续监测。将多点数据输入基于Dracy渗流方程建立的数值模型

，在Matlab环境下求解，获得地下甲烷体积分数实时分布(软件截图)，见图5。

埋地燃气泄漏监测仪(简称埋地监测仪)主要由甲烷传感器、单片机、通信模块、电源和防爆外壳组成，其工作原理见图1。电源电压通过降压芯片降压后给甲烷传感器、放大电路、单片机、时钟芯片、闪存芯片和通信模块供电。甲烷传感器探测空气中存在的甲烷气体，将甲烷体积分数转化为电压信号，经放大电路放大后通过模拟/数字转换器(A/D)转换成数字信号，送入单片机。单片机读取时钟芯片的实时时间，将实时电压对应的甲烷体积分数和时间存入闪存芯片的存储单元中。单片机将存储单元中的数据经通信模块打包发送至远程服务器，从而实现甲烷体积分数的测量传输。为了监测电池电量，单片机通过分压电路和放大电路监测经A/D转换为数字信号的电源电压。

① 仿真判断的泄漏位置在图4中7号监测点偏北0.5 m左右的位置。

② 随着时间增加，地下甲烷体积分数总体上还在继续升高。

根据现场开挖最终确认结果，实际泄漏位置与仿真判断的泄漏位置水平距离偏差在1.5 m以内，基本满足了工程快速定位的需要。

式中*表示卷积运算符，在实际光学测量中，常用二维高斯函数表示光学成像系统的点扩散函数h(x,y,di)，即

3 结论

为了满足快速定位埋地燃气管道漏气点的需要，研发了一种低成本的埋地监测仪，能够通过在泄漏影响区域大量布置，多监测点同时获取土壤中甲烷体积分数。大量现场数据实时回传到服务器处理，进行数值仿真，可以较准确快速地判断漏气点位置。经过实测，该方法的定位误差可以控制在1.5 m以内。

[1] 汤舟. 城市燃气管道泄漏检测预警技术研究(硕士学位论文)[D]. 廊坊：华北科技学院，2016：1.

[2] 赵子君. 燃气管网泄漏事故应急处置及预防措施(硕士学位论文)[D]. 北京：北京建筑大学，2018：5-7.

[3] HOU Z Z，YUAN X. Leakage locating and sampling optimization of small-rate leakage on medium-and-low-pressure unground natural gas pipelines[J]. Journal of Natural Gas Science and Engineering，2021，94：104112-1-10.