杜碩

摘 要：天然氣現(xiàn)在已經(jīng)成為城市生產(chǎn)生活重要能源，這樣就使得天然氣管網(wǎng)建設(shè)日益完善，規(guī)模也更大。但是因?yàn)楣芫W(wǎng)施工方式的特殊性，后期運(yùn)行管理將要面臨更大的挑戰(zhàn)，如果在運(yùn)行過程中出現(xiàn)泄露，不僅會(huì)產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)霈F(xiàn)安全事故。想要提高管網(wǎng)運(yùn)行管理效率，需要建立完善的管網(wǎng)泄露檢測(cè)系統(tǒng)，通過專業(yè)技術(shù)來降低各項(xiàng)因素的影響，獲取各項(xiàng)精確信息，為管理工作的實(shí)施提供依據(jù)。本文對(duì)城市天然氣管網(wǎng)泄露檢測(cè)與定位技術(shù)進(jìn)行了簡要分析。

關(guān)鍵詞：天然氣 泄露檢測(cè) 定位

城市天然氣管網(wǎng)施工環(huán)境復(fù)雜性高，具有壓力低、分支多與附件多特點(diǎn)，運(yùn)行管理難度大，一旦出現(xiàn)泄露問題，很難在短時(shí)間內(nèi)確定故障位置，影響十分嚴(yán)重。為解決此問題，需要結(jié)合城市天然氣管網(wǎng)建設(shè)特點(diǎn)進(jìn)行分析，選擇有效的技術(shù)，并建立完善診斷系統(tǒng)，自動(dòng)完成管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息的收集，利用廣義聲發(fā)射理論，及時(shí)捕捉管網(wǎng)泄露信號(hào)，提高泄漏檢測(cè)與定位效率。

一、天然氣管網(wǎng)泄露特點(diǎn)分析

與介質(zhì)為液體的管網(wǎng)相比，天然氣管網(wǎng)泄漏時(shí)，更難被察覺，具有隱蔽性特點(diǎn)，尤其是微小的滲漏，更難被發(fā)現(xiàn)，但是因?yàn)樘烊粴饩哂幸兹家妆攸c(diǎn)，一旦發(fā)生泄漏，將會(huì)存在巨大的風(fēng)險(xiǎn)隱患，輕則會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，重則會(huì)產(chǎn)生人身傷亡。受燃?xì)獬煞植町惻c密度差異因素影響，從地下管道泄漏后，會(huì)隨著周邊環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行特定方向的流動(dòng)。例如成分主要為CH4的天然氣，密度小于空氣，泄漏后氣體上??；液化石油氣要重于空氣，泄漏后會(huì)滯留或者向低洼位置流動(dòng)[1]。對(duì)于天然氣來說，在滲漏后就往往會(huì)沿著某種特定的通道流動(dòng)，如排水管道、地下裂縫、暖氣溝等。且地下管道滲漏后，天然氣從地下滲漏到里面需要一定時(shí)間，具有延時(shí)性特點(diǎn)，這樣也增大了對(duì)泄露部位檢測(cè)定位的難度。

二、天然氣管網(wǎng)泄露檢測(cè)技術(shù)

1.直接檢測(cè)法。第一，加臭法。對(duì)于存在異味的氣體，人體敏感度比較大，針對(duì)此就可以對(duì)天然氣添加適量的泄露識(shí)別氣體，可以通過異味來判斷是否存在泄露問題。燃?xì)饨?jīng)營單位可以利用儀器設(shè)備來對(duì)附近管線進(jìn)行檢測(cè)，確定泄露點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中比較廣泛。第二，可燃性氣體檢測(cè)。在天然氣泄露后，可以采取人工巡查的方式對(duì)周圍電纜溝道、地表等存在的可燃性氣體進(jìn)行檢查，判斷是否存在泄露問題。常用檢測(cè)設(shè)備如激光氣體探測(cè)儀、氣敏儀等。第三，排水量探測(cè)。天然氣管網(wǎng)需要定期進(jìn)行排水，針對(duì)此可以對(duì)比排放水量來判斷是否存在泄露問題。在發(fā)現(xiàn)排水異常后，需要考慮地下水滲入的可能性，進(jìn)而可以初步判斷管道存在破損泄露問題。另外，還可以選擇用光纖傳感技術(shù)、機(jī)載紅外線法、觀測(cè)植物法等方式進(jìn)行泄露點(diǎn)檢測(cè)。

2.間接檢測(cè)法。第一，聽音法。主要應(yīng)用于埋深比較淺的管道，增大其內(nèi)部壓力，然后利用聽音儀確定管道運(yùn)行聲音，來確定管網(wǎng)內(nèi)存在泄露問題的部位。此種技術(shù)在應(yīng)用上簡單易操作，但是實(shí)施效果主要受操作人員經(jīng)驗(yàn)水平限制。第二，壓力法。對(duì)被檢測(cè)段管網(wǎng)進(jìn)行加壓，并將兩端閥門關(guān)閉，觀察管道內(nèi)壓力變化，如果壓力下降則證明存在泄露問題。但是如果想要選擇此種技術(shù)檢測(cè)，必須將管線停運(yùn)。第三，流量法。對(duì)比管道進(jìn)出口流體流量差，如果流量差超出限值，則判斷其存在泄露問題。但是流量大小會(huì)受流體溫度、壓力等參數(shù)影響，進(jìn)而會(huì)使得測(cè)量準(zhǔn)確度降低。第四，相關(guān)法。將相關(guān)儀兩只傳感器，設(shè)置在待查管道兩端，按照專業(yè)要求對(duì)其進(jìn)行處理，來確定泄露部位。

三、天然氣管網(wǎng)泄露信號(hào)檢測(cè)技術(shù)分析

1.混沌理論分析。城市燃?xì)夤芫W(wǎng)規(guī)模不斷增大，內(nèi)部壓力低，且存在眾多附件與分支，且運(yùn)行環(huán)境噪聲復(fù)雜，這樣就決定了在管道發(fā)生泄露后，信號(hào)信噪過低很難被檢測(cè)，進(jìn)而會(huì)延誤故障處理最佳時(shí)機(jī)，降低管道運(yùn)行安全性。想要實(shí)現(xiàn)管道泄露有效檢測(cè)，需要有效檢測(cè)泄露信號(hào)，混沌理論的提出，可以有效解決此類問題。利用混沌性質(zhì)檢測(cè)與提取強(qiáng)噪聲背景下微弱有效的信號(hào)，本質(zhì)上就是通過混沌系統(tǒng)對(duì)小信號(hào)沒感性與噪聲免疫力特點(diǎn)，準(zhǔn)確檢測(cè)出強(qiáng)噪聲中被淹沒的弱信號(hào)，在天然氣管網(wǎng)泄露檢測(cè)中具有良好應(yīng)用效果。

2.天然氣管網(wǎng)泄露檢測(cè)。

2.1選擇傳感器。利用混沌理論系統(tǒng)來對(duì)管網(wǎng)泄露點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，首先需要保證所選傳感器具有良好性能，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)到泄露信號(hào)，常用的如位移、速度、加速度三種。其中，位移傳感器輸出與位移成正比，速度傳感器輸出與速度正比，加速度傳感器則輸出與加速度成正比。雖然理論上三種特性間可以相互轉(zhuǎn)換，但是轉(zhuǎn)換會(huì)降低檢測(cè)準(zhǔn)確性，因此要根據(jù)實(shí)際需求來選擇傳感器類型。一般位移傳感器多應(yīng)用于振動(dòng)頻率與加速度小的情況；速度傳感器多應(yīng)用于振動(dòng)頻率在10Hz～1000Hz范圍內(nèi)情況；加速度傳感器多被用于振動(dòng)頻率在0.1Hz或者幾千赫茲加速度情況。

2.2采集數(shù)據(jù)。城市燃?xì)夤芫W(wǎng)泄露檢測(cè)系統(tǒng)主要包括待檢測(cè)管道、聲發(fā)射傳感器、示波器以及前置放大器等組成，利用傳感器檢測(cè)泄露信號(hào)，然后利用示波器對(duì)各項(xiàng)信號(hào)進(jìn)行記錄。搭建實(shí)驗(yàn)檢測(cè)裝置如圖1所示，在管道出口端設(shè)置壓力表測(cè)量管內(nèi)氣體壓力，并對(duì)實(shí)驗(yàn)管道設(shè)置可調(diào)節(jié)大小的泄露孔，將兩套檢測(cè)系統(tǒng)安裝在泄漏點(diǎn)兩側(cè)。然后向管道內(nèi)充氣，利用聲發(fā)射傳感器檢測(cè)泄露信號(hào)，并對(duì)檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行分析處理。

2.3泄露檢測(cè)。在不確定待測(cè)信號(hào)頻率且頻率范圍較大的情況下，利用混沌算法進(jìn)行處理，需要從信號(hào)預(yù)制和混沌振子實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面來進(jìn)行。其中，信號(hào)預(yù)制即處于1～10rad/s頻率外的泄露信號(hào)壓縮到此范圍內(nèi)，并將壓縮信號(hào)作為混沌振子陣列輸入，整個(gè)過程需要利用專業(yè)軟件來完成。在對(duì)大頻率范圍信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要將被測(cè)信號(hào)乘以10n（n為整數(shù)），使其頻率壓縮到1～10rad/s范圍內(nèi)，然后將壓縮信號(hào)引入設(shè)計(jì)好的預(yù)制公比為q=1.013振子陣列內(nèi)，確定是否存在相鄰振子間間歇混沌現(xiàn)象[4]。以此來確定所測(cè)周期信號(hào)頻率數(shù)值，然后得到的頻率乘以10-n（n為整數(shù)），最終得到被檢測(cè)周期信號(hào)實(shí)際頻率。

四、天然氣管網(wǎng)泄露定位技術(shù)分析

在準(zhǔn)確檢測(cè)管網(wǎng)泄露信號(hào)后，需要及時(shí)進(jìn)行泄露點(diǎn)定位，這對(duì)提高城市天然氣管網(wǎng)運(yùn)行安全性具有重要意義，不僅可以降低經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)可以有效消除存在的安全隱患，降低安全事故發(fā)生概率。就管網(wǎng)泄露特點(diǎn)進(jìn)行分析，可以確定在發(fā)生泄露時(shí)會(huì)伴隨著振動(dòng)情況，沿著管壁逐漸向兩端傳遞，這樣在泄露點(diǎn)兩端安裝振動(dòng)傳感器對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，可以為定位提供依據(jù)。如現(xiàn)在經(jīng)常用的互雙譜法，可分為常規(guī)互雙譜法與參數(shù)互雙譜法，就其實(shí)際應(yīng)用效果來看，高階累積量在處理非高斯信號(hào)與壓制高斯噪聲方面有著更大優(yōu)勢(shì)，因此在估計(jì)被高斯噪聲污染的非高斯信號(hào)延時(shí)時(shí)，具有良好效果。能夠被有效應(yīng)用于不敏感于油色高斯觀測(cè)噪聲以及確定性信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)內(nèi)。

五、結(jié)語

為滿足城市生產(chǎn)生活需求，天然氣管網(wǎng)建設(shè)日益完善，規(guī)模更大，這樣就決定了其在發(fā)生泄露問題后，不能及時(shí)檢測(cè)并定位，存在較大的安全隱患，很容易發(fā)生安全事故。為提高管網(wǎng)運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性，必須要針對(duì)其建設(shè)與運(yùn)行特點(diǎn)，重點(diǎn)分析泄露信號(hào)檢測(cè)以及泄漏點(diǎn)定位技術(shù)，確保能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)泄露問題，并采取措施進(jìn)行處理，將安全隱患消除在萌芽狀態(tài)。

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