山东莱芜职业技术学院

天然气管道专业监测技术的创新

朱建军 孙曙光

山东莱芜职业技术学院

输送管道是输送液体的载体，管道泄漏检测可使用集中监测的方法，在管道内部设置监控系统，当管道内部破裂导致泄漏后会发生报警。配送管道校准是利用仪器探测甲烷浓度，要求每台仪器所测甲烷浓度上限为50mg/L，探测时使用火焰电离和催化珠探测器。声波预警技术可以通过天然气或者汽油泄漏前产生的声波提前测试泄漏位置。分布式光纤安全预警系统可以降低检测时间，当发现因第三方施工等造成管线破损时可及时报警，让工作人员在最短时间内采取有效措施，降低危险发生的几率并防止天然气泄漏造成的浪费。

监测；预警；传感器；泄漏；天然气管道；检测

1 管道分类

（1）输送管道。输送管道是输送液体的载体，其管道泄漏检测可使用集中监测的方法，在管道内部设置监控系统，当管道内部破裂导致泄漏后会发生报警。这种监测方法对于管道内为液体的情况适用，由于天然气本身具有高压缩性，在泄漏时并不会引起气压下降，因此外部的感应可以通过气压变化来检测泄漏的故障点[1]。这种监测系统对液态烃监测针对性强，却并不适合天然气。

（2）配送管道。配送管道校准是利用仪器探测甲烷浓度，要求每台仪器所测甲烷浓度为上限50mg/L，探测时使用火焰电离和催化珠探测器[2]。火焰电离是依托于巡检检测器的原理，但是火焰电离探测器长期用于泄漏监测也体现出一定的局限性。火焰电离采用的原料为氢气，其化学性质活泼，易与空气接触发生爆炸，因此增加了危险性。但氢气能与多种烷烃类化合物进行反应，可充分检测出石油管道内的化学物质。

2 催化燃烧传感器设计

（1）原理。催化燃烧传感器通常应用于感应100mg/L（0.2%爆炸下限的甲烷）至爆炸极限下限范围的天然气和其他可燃气体。当甲烷气体浓度高于5mg/L时，可使用导热传感器和催化珠同步来测量浓度。燃烧传感器的测量下限会受到很多因素影响，最主要的因素是燃烧传感器的噪音和漂移鉴别能力[3]，两者中噪音因素影响最大。噪音会引起周围气体体积的变化，噪音越大，周围空气膨胀系数变得越大，便可产生共振效应。此外，燃烧传感器的测量下限大小决定了催化仪器的检测能力，为更加准确地检测气体泄漏，燃烧传感器可以根据实际调整参数，扩大下限。

（2）测量性能。综合分析各种催化燃烧传感器，以Gas—Rover仪器性能最好，当甲烷浓度为l mg/L以上时都可检测出泄漏状况。温度传感装置控制的是温度浮动变化关系，温度越高传感器的感应度就越低，这时因为如果温度过高，就会使感应装置的感应元件超过了测量界限，只能选最大的测量温度标准作为监测的最终结果。为了提高传感器的下限检测能力，可以通过催化传感器珠辅助测量，该设备包括一个活性珠和一个非活性珠，可以根据不同环境条件得出不同的测量结果。

3 监测技术的种类与应用

（1）负压波法。负压波法是一种相对较成熟的监测技术。天然气具有很好的可压缩性，与原油和成品油相比，天然气的压力、密度等物理参数变化幅度相对较大[4]。管道传输要保证信号的失真和衰减在一定范围内，如果信号失真衰减速度过快，则会造成负压波泄漏监测方法在监测工作中失败，所以负压波法主要应用于原油和成品油的检测。

（2）次声波法。管道在传输过程中常见问题除了信号失真与衰减外，还会因天然气泄漏产生频率较低的声波（次声波）信号。由于产生次声波的时间和强弱有所不同，可以根据这一特点安插装置来接收并分析输送管道两端的次声波，实现对管道泄漏进行监测和定位。

（3）实时瞬态模型法。很多技术和产品在开发和制造过程中需要建立不同的力学模型。通过建立管道流体力学和水力学模型，可以对管道工作状态进行仿真。通过对仿真结果进行分析，可以对管道的泄漏方位进行判断。虽然这种瞬态模型法的检测准确度较高，但是也有一定的劣势，如成本较高，管道检测过程十分复杂。

4 安全预警技术

（1）声波预警技术。声波预警技术可以通过天然气或者汽油泄漏前产生的声波提前测试泄漏位置。具体操作中，把预测仪器放在输送管道两端进行声波采集监控，通过对现场监控采集到的信号进行实时处理和分析。为了能够得到更为准确的测试结果，需要安装高精度传感器，但是又有前期资金投入和后期维护成本较高的缺点。为了降低成本，只对重点防护的管段进行预警仪器安装。

（2）分布式光纤预警技术。分布式光纤安全预警系统可以降低检测时间，在实际检测中，当发现因第三方施工等造成管线破损时，可及时报警，让工作人员在最短时间内采取有效措施，降低危险发生的几率并防止天然气泄漏造成的浪费。此系统采用感光器件，可以使用直埋通信系统光缆进行检测，降低了资金成本，并且灵敏度较高，能够区分信号噪声的干扰，降低误报率。

（3）其他安全预警技术。除了以上两种预警技术，还有其他监测预警技术，例如利用光纤光栅传感与地震波检测的管道滑坡预警技术也是相对应用较广的新技术。但是这些技术只针对一些特定目的的管道预警监测，在工程方面的应用相对较少。

[1]中国石油管道公司．油气管道安全预警与泄漏检测技术[M]．北京：石油工业出版社，2010.

[2]曹凯，李秋扬，王晓东．长输管道防盗监控技术及其应用[J]．油气储运，2009，28（5）：77-80．

[3]吴海荣，熊新国．液氯生产工艺改进[J]．氯碱工业，2008，12（24）：22-25．

[4]刘会娟．大庆油田天然气埋地管道泄漏的防护[J]．油气田地面工程，2012，31（2）：69.

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.9.046