埋地鋼質(zhì)燃?xì)夤艿佬孤z測(cè)與定位

孫海峰

（北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司第五分公司，北京 100044）

1 現(xiàn)階段燃?xì)饧瘓F(tuán)的泄漏檢測(cè)方法

1.1 觀察巡視法

燃?xì)夤芫€工對(duì)轄區(qū)內(nèi)的地下燃?xì)夤芫€進(jìn)行巡視，通過(guò)對(duì)燃?xì)夤艿栏浇木G化樹(shù)木、土壤形態(tài)等進(jìn)行觀察。如有長(zhǎng)期的泄漏，燃?xì)鈹U(kuò)散到土壤中，將引起花草樹(shù)木的樹(shù)葉變黃、積雪表面有黃斑、燃?xì)猱愇丁⑺婷芭莸犬惓，F(xiàn)象或燃?xì)庑钩雎曧懙取?/p>

1.2 特征部位法

對(duì)于燃?xì)忾l井隨運(yùn)行周期，進(jìn)行井口檢測(cè)或開(kāi)蓋檢查。然而，燃?xì)夤艿蓝嗦裼诘叵拢?發(fā)生漏氣一般不容易被發(fā)現(xiàn)，因此可以對(duì)燃?xì)夤芫€周邊各五米范圍內(nèi)的市政閘井進(jìn)行泄漏檢測(cè)，即五米線檢測(cè)。對(duì)于燃?xì)夤芫€引入口，可以在引入口處利用檢測(cè)儀進(jìn)行濃度檢測(cè)。

1.3 濃度檢測(cè)儀法

通過(guò)使用泵吸式氣體濃度檢測(cè)儀來(lái)查找漏氣，目前北京市燃?xì)馐褂?HS660/680，進(jìn)行人工手推車檢測(cè)，覆蓋面廣，精確度高，缺點(diǎn)是檢測(cè)速度慢，一般為 1m/s，效率較低。

1.4 激光檢測(cè)法

利用甲烷氣體對(duì)某一特定波長(zhǎng)（1.65μm）激光吸收特性，當(dāng)激光束指向探測(cè)目標(biāo)， 將從目標(biāo)物反射回散射的激光，探測(cè)器接收到反射回的激光并測(cè)量其吸收率，以此來(lái)判斷是否泄漏。該方法相比于人工巡檢效率高。手持式激光檢測(cè)儀用于人工不能到達(dá)或不易到達(dá)的巡檢，比如圍墻內(nèi)、花圃中、河流上方、高樓外立管等。車載式激光檢測(cè)儀用于車流量較大，人工無(wú)法進(jìn)入的主路管線巡檢。

2 現(xiàn)階段燃?xì)饧瘓F(tuán)的泄漏定位方法

2.1 鉆孔作業(yè)

鉆孔作業(yè)是在檢測(cè)出微量燃?xì)鉂舛群螅趧澏ㄎ廴緟^(qū)域后，進(jìn)一步抽樣檢測(cè)，確定泄漏位置。鉆孔作業(yè)分為手動(dòng)鉆孔和機(jī)械鉆孔，手動(dòng)鉆孔用于土質(zhì)較為松軟的場(chǎng)所， 如綠化帶，機(jī)械鉆孔適用于瀝青路面或水泥路面。沿燃?xì)夤艿赖淖呦蛴勉@孔車鉆出直徑20mm、深約 50cm 的一排探測(cè)孔（見(jiàn)圖1），然后利用檢測(cè)儀器抽樣檢測(cè)。檢測(cè)孔檢測(cè)完成后，應(yīng)對(duì)各檢測(cè)孔的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，確定燃?xì)鉂舛确逯档臋z測(cè)孔，并應(yīng)從該檢測(cè)孔進(jìn)行開(kāi)挖檢測(cè)，直至找到泄漏部位。

圖1 鉆孔作業(yè)示意圖

2.2 吸真空作業(yè)

但如果泄漏時(shí)間較長(zhǎng)，地下到處彌散著很高的燃?xì)鉂舛瘸＝?00vol%（見(jiàn)圖2），這時(shí)即使采用打孔機(jī)打孔排查，也不能比較出濃度的大小，也就無(wú)法精確定位，此時(shí)需要通過(guò)吸真空設(shè)備，對(duì)每個(gè)鉆孔都進(jìn)行強(qiáng)力的吸真空處理后，鉆孔附近一定范圍內(nèi)的燃?xì)鉂舛锐R上會(huì)削減到很低值，然后通過(guò)土壤等介質(zhì)的放散會(huì)再次慢慢升高，這個(gè)過(guò)程需要一定的時(shí)間，此時(shí)就會(huì)很容易發(fā)現(xiàn)某一個(gè)或幾個(gè)點(diǎn)的測(cè)量值升高的速度明顯（見(jiàn)圖3），很快就恢復(fù)到之前狀態(tài)，那么對(duì)這個(gè)區(qū)域我們就可以確認(rèn)為泄漏點(diǎn)范圍。

圖2 大量燃?xì)庑孤洞蚩讬z測(cè)濃度分布

圖3 吸真空作業(yè)后各檢測(cè)孔濃度變化

2.3 挖探坑作業(yè)

現(xiàn)實(shí)情況中，由于城市地下土質(zhì)構(gòu)成復(fù)雜，燃?xì)馔杏谕临|(zhì)疏松地段而影響打孔定位的準(zhǔn)確判斷。此時(shí)需通過(guò)挖探坑最終找出漏氣點(diǎn)。探坑開(kāi)挖前，通過(guò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和管道線路的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行分析，找出漏氣范圍內(nèi)易產(chǎn)生泄漏的接切線點(diǎn)、抽水缸、三通、拐點(diǎn)、焊口等。先從燃?xì)鉂舛雀咔掖嬖谝茁┘牟课婚_(kāi)挖。如接頭和三通等均未發(fā)生泄漏，則應(yīng)當(dāng)使用檢漏儀對(duì)探坑中管道邊緣進(jìn)行濃度檢測(cè)。繼續(xù)朝濃度高的位置開(kāi)挖， 以找出燃?xì)庑孤c(diǎn)。

2.4 北斗定位作業(yè)

北斗定位技術(shù)，基于北斗等多星系統(tǒng)的實(shí)時(shí)高精度定位。目前，北斗系統(tǒng)已全面覆蓋管網(wǎng)運(yùn)行管理、泄漏檢測(cè)、防腐層檢測(cè)、應(yīng)急搶險(xiǎn)等生產(chǎn)鏈條，實(shí)現(xiàn)了厘米級(jí)的準(zhǔn)確精度[1]。利用北斗定位儀，通過(guò)輸入圖檔系統(tǒng)中的位置坐標(biāo)，就能夠在現(xiàn)場(chǎng)迅速發(fā)現(xiàn)燃?xì)夤芫€，進(jìn)而方便下一步尋找泄漏點(diǎn)。

2.5 防腐層檢測(cè)定位

防腐層檢測(cè)技術(shù)，是通過(guò)評(píng)估燃?xì)夤艿劳夥栏瘜淤|(zhì)量，尋找防腐破損點(diǎn)，進(jìn)而精確定位泄露點(diǎn)。北京燃?xì)饽壳笆褂玫腟L-2088 型埋地管道防腐層探測(cè)檢漏儀（見(jiàn)圖4），它由發(fā)射機(jī)、探管儀、檢測(cè)儀三部分組成，發(fā)射機(jī)向地下管道發(fā)送特定的電磁波信號(hào)，在地下管道防腐層破損點(diǎn)處與大地形成回路， 并向地面輻射，在破損點(diǎn)正上方輻射信號(hào)最強(qiáng)，根據(jù)這一原理找出管道防腐層的破損點(diǎn)。

圖4 防腐層檢測(cè)漏點(diǎn)定位示意圖

3 現(xiàn)階段燃?xì)饧瘓F(tuán)使用的泄漏檢測(cè)儀器

3.1 日本新宇宙XP-3110/3140 嗅敏儀

這兩種檢測(cè)儀器的規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表 1，這兩種嗅敏儀均通過(guò)自身攜帶的泵產(chǎn)生負(fù)壓， 通過(guò)空氣導(dǎo)管將氣體吸入，能夠快速檢測(cè)出氣體中含有甲烷的體積濃度。其在管道附屬設(shè)施、場(chǎng)站內(nèi)工藝管道、管網(wǎng)工藝設(shè)備、五米線檢測(cè)中經(jīng)常使用，由于其結(jié)構(gòu)特性，無(wú)法檢測(cè)土壤中的燃?xì)鉂舛取?/p>

表1 XP-3110 與 XP-3140 性能對(duì)比

3.2 德國(guó)豎威HS660/680 檢測(cè)儀

HS680 檢測(cè)儀具有八項(xiàng)功能，路面檢測(cè)、鉆孔檢測(cè)、乙烷分析是其在實(shí)際應(yīng)用中最常用的三項(xiàng)功能。在進(jìn)行人工檢測(cè)過(guò)程中，HS680 要與探頭配合使用，探頭分為推車式探頭、鐘型探頭、錐形探頭。乙烷分析是把天然氣中的特征組份乙烷（C2H6）與天然氣主要成分甲烷（CH4）分離出來(lái)，從而達(dá)到與地下沼氣進(jìn)行區(qū)別的目的。它是在完成泄露初檢后，泄露定位之前進(jìn)行，起到泄露判定的作用，乙烷分析波形圖見(jiàn)圖 5。

圖5 乙烷分析

3.3 激光甲烷檢測(cè)儀 RMLD/OMD

它采用了可調(diào)諧二級(jí)管激光吸收技術(shù)，操作靈活，可便攜巡檢，只對(duì)甲烷有反應(yīng)， 檢測(cè)準(zhǔn)確可靠。30 米長(zhǎng)的范圍一次檢測(cè)完成，最大檢測(cè)距離可達(dá) 100 米，不受太陽(yáng)光影響。車載式激光甲烷檢測(cè)儀（OMD）是將檢測(cè)設(shè)備裝載于車輛上，直接利用汽車蓄電池提高能源，對(duì)泄露能有瞬間反應(yīng)，檢測(cè)速度可達(dá) 30 公里/小時(shí)，對(duì)汽車尾氣無(wú)反應(yīng)，大大減少了誤報(bào)警，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。

3.4 防腐層檢測(cè)儀 SL-2088

SL-2088 埋地管道外防腐層狀況檢測(cè)儀在不挖開(kāi)覆土的情況下，能夠方便而準(zhǔn)確地查出地下金屬管道的位置、走向、深度、防腐層破損點(diǎn)、破損點(diǎn)的個(gè)數(shù)、破損點(diǎn)間的距離、破損點(diǎn)的大小等功能[2]。它由發(fā)射機(jī)、定位儀、檢漏儀三個(gè)主件組成，以特定的高頻調(diào)制信號(hào)發(fā)送給地下管道，以地下管道防腐層破損點(diǎn)和大地間的回路，并輻射于地面， 輻射信號(hào)最強(qiáng)處在破損的正上方，從而能夠?qū)艿婪栏瘜拥钠茡p點(diǎn)進(jìn)行確定[3]。通過(guò)“人體電容法”時(shí)，其檢漏儀的感應(yīng)元件采用人體，檢漏員處于漏點(diǎn)附近時(shí)，就會(huì)造成檢漏儀反應(yīng)，而喇叭中的聲音最響時(shí)在漏點(diǎn)的正上方，從而能夠?qū)β┪g點(diǎn)準(zhǔn)確的找到[4]。

4 如何快速精確地對(duì)泄漏檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定位

4.1 乙烷分析

發(fā)現(xiàn)天然氣管道附近疑似天然氣泄露時(shí)，要采用 HS680 乙烷分析功能，確認(rèn)是否為天然氣管道泄漏。如果確認(rèn)為天然氣管道漏氣，首先要調(diào)查天然氣是否已經(jīng)竄入有限空間，有限空間內(nèi)的燃?xì)鉂舛仁欠褚呀?jīng)到達(dá)爆炸極限，要采取有效安全措施避免發(fā)生爆炸事故。

4.2 管線定位

對(duì)天然氣管道進(jìn)行定位，定位主要有三種方式：1）屬地運(yùn)行工確認(rèn)；2）根據(jù)運(yùn)行圖紙確認(rèn)；3）根據(jù)圖檔查詢系統(tǒng)，采用北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位。一般情況下，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，三種方式綜合使用。

4.3 查找收集相關(guān)資料

查閱漏氣管線圖檔資料，調(diào)查是否存在焊口、接頭等薄弱點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合其近期防腐檢測(cè)報(bào)告，確認(rèn)防腐破損點(diǎn)。調(diào)查周圍市政管線設(shè)施情況，判斷燃?xì)馐欠翊肫渲校瑢?duì)地下市政設(shè)施進(jìn)行標(biāo)識(shí)，避免開(kāi)挖破壞。

4.4 打孔檢測(cè)，初步確定漏點(diǎn)

在管道上方進(jìn)行打孔檢測(cè)，范圍要涵蓋燃?xì)馕廴緟^(qū)，一直到管道兩頭的檢測(cè)孔內(nèi)燃?xì)鉂舛葹榱銥橹?，打孔過(guò)程中做好記錄。當(dāng)燃?xì)鉂舛容^高，可以進(jìn)行吸真空作業(yè)，結(jié)合管道的薄弱點(diǎn)，防腐層的破損點(diǎn)和最高的燃?xì)鉂舛赛c(diǎn)，初步確定燃?xì)庑孤饵c(diǎn)。

4.5 挖探坑尋找漏點(diǎn)，直至最終找到

確認(rèn)漏點(diǎn)位置后進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖后應(yīng)剝開(kāi)管道防腐層進(jìn)行檢查。如發(fā)現(xiàn)管道上有可視孔或檢測(cè)儀器有示值可判定為泄漏點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)位置后應(yīng)擴(kuò)大檢測(cè)范圍，檢查是否還存在其他漏點(diǎn)。如未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)應(yīng)沿管道走向兩邊打孔，打孔應(yīng)與管道平行。同時(shí)測(cè)試孔內(nèi)濃度，并沿濃度高一側(cè)繼續(xù)開(kāi)挖，直至發(fā)現(xiàn)管道漏孔。

5 泄漏檢測(cè)與定位技術(shù)難點(diǎn)、發(fā)展方向

關(guān)于泄漏檢測(cè)與定位技術(shù)目前的難點(diǎn)主要表現(xiàn)為如下六個(gè)方面：

1）老舊小區(qū)管線分布密集，并行和交叉管線無(wú)安全距離，容易導(dǎo)致泄漏檢測(cè)與定位的誤判。

2）自管用戶小區(qū)管線多為燃?xì)獯蟀l(fā)展時(shí)期建立的，受制于當(dāng)時(shí)的大環(huán)境，趕工期，監(jiān)理不到位很難避免，從而出現(xiàn)了埋深不夠、安全距離不符合、焊口處無(wú)防腐、回填土質(zhì)不合格等現(xiàn)象。

3）圖紙資料信息不全，導(dǎo)致部分管線很難現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)栓點(diǎn)距離進(jìn)行精確定位，或根據(jù)圖檔系統(tǒng)采用北斗定位于實(shí)際距離不符。

4）泄漏檢測(cè)效率不高，主要是因?yàn)楣芷蟆⒐芫€長(zhǎng)、人員不足，檢測(cè)精度較高的小推車檢測(cè)只能靠人工步行，每天只能進(jìn)行 3-4 公里的管線檢測(cè)。

5）泄漏檢測(cè)設(shè)備使用培訓(xùn)不足，部分員工不能夠熟練地操作。

6) 部分設(shè)備檢測(cè)效果不佳，是因?yàn)槟壳皺z測(cè)儀器的構(gòu)造比較復(fù)雜，且電子元器件對(duì)環(huán)境條件要求較為嚴(yán)格[5]。

其發(fā)展方向可分為以下五個(gè)方面：

1）檢測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新與研究，管道泄漏檢測(cè)技術(shù)是一種跨越多個(gè)領(lǐng)域以及多個(gè)學(xué)科的綜合應(yīng)用。今后可以加強(qiáng)基于物理學(xué)方面的探討，諸如建立聲學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)等信號(hào)與燃?xì)饬黧w介質(zhì)的壓力、溫度、流量、濃度等屬性的某種函數(shù)變化關(guān)系，借助探測(cè)泄露點(diǎn)信號(hào)的特征性變化來(lái)判斷是否泄露和泄漏點(diǎn)的精確位置。同時(shí)結(jié)合諸如小波包分析法、故障樹(shù)分析等一些風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用。

2）檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)，泄漏檢測(cè)與定位設(shè)備設(shè)施要朝著便于操作、便于攜帶、精確度高、靈敏度高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的方向進(jìn)行研發(fā)。

3）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息方面，已建成的老舊管線要逐步完善圖檔信息、地理信息、設(shè)備資產(chǎn)管理信息等的完整性與精確性，并使其按照檔案學(xué)的管理模式使其具備分類、保管、查詢、修改等功能，確保在發(fā)生燃?xì)庑孤┩话l(fā)事件時(shí)能夠及時(shí)提供有效的信息。

4）優(yōu)化泄漏檢測(cè)的管理模式，可以從運(yùn)行檢測(cè)計(jì)劃與周期兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)管線進(jìn)行等級(jí)評(píng)估，將評(píng)估結(jié)果為“劣”、“差”的管線列入優(yōu)先計(jì)劃并加密檢測(cè)；發(fā)生過(guò)腐蝕泄漏的區(qū)域、發(fā)生過(guò)塌方塌陷的管線列入優(yōu)先計(jì)劃并加密檢測(cè)頻率。

5）人員素質(zhì)方面，可以從教育培訓(xùn)、操作規(guī)程、技能比武、經(jīng)驗(yàn)交流等方面促進(jìn)檢測(cè)人員的素質(zhì)，從而能夠培養(yǎng)一批理論知識(shí)扎實(shí)、設(shè)備操作熟練、經(jīng)驗(yàn)技術(shù)豐富、精神狀態(tài)良好的檢測(cè)人員隊(duì)伍。