次聲波檢測法在識別天然氣管線上隱蔽盜氣點的應用

楊德森

摘 要：針對近年來油氣管道盜氣案件頻發，但目前缺乏成熟有效的檢測技術手段的問題，提出了一套利用次聲波檢測技術，通過檢測管道內部盜氣點操作所產生的次聲信號的方法，并舉例說明了該方法的應用情況，實踐證明是有效的。

關鍵詞：埋地管道，隱藏盜氣點，次聲波，檢測技術

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

0 引言

天然氣是一種清潔、高效的化石能源。采用天然氣作為能源，可減少煤和石油的用量，因而大大改善環境污染問題。2011年1-10月，天然氣消費量為1041億立方米，同比增長20.40%。與此同時，國內天然氣管道發展也十分迅猛，截至2011年底，全國天然氣管道保有量為4.8萬公里。隨著環境保護和安全生產意識的增強，天然氣管道運行和完整性檢測也越來越受到企業的關注，天然氣管道一旦發生泄漏不能及時發現，將造成重大安全事故、經濟損失[1]。

同時近年來，隨著天然氣價格的走高，盜氣違法犯罪行為越來越猖獗。被私接的燃氣管道，由于安裝不專業及缺乏日常維護，可能導致燃氣泄漏，如果遇到明火或電火花，就會發生爆炸，造成群死群傷的重大安全事故。盜氣的手段多種多樣，大多是破壞燃氣管道和設施，因此存在非常大的安全隱患問題。

1 目前的檢測技術

國內的管道檢漏檢測技術這幾年有著蓬勃的發展，檢測手段也有很多方向，目前應用較多技術較為成熟的有：光纖檢測、流量檢測法、負壓波檢測法、次聲波等檢測法。

1.1、光纖檢測

根據管道在發生泄漏時會在泄漏點出現溫度變化，采用光纖光柵和分布式光纖溫度傳感檢測技術，實現管道全線溫度的連續檢測，通過檢測管道周圍的溫度場異常變化，及時發現泄漏，并進行漏點準確定位[2]。

該方法存在以下缺點：

1)人員活動多的環境會對光纖的溫度檢測產生干擾，容易產生誤報，報警準確很低，在人煙稀少的環境下報警準確。

2) 設備成本高，施工要求及成本高，維護要求高。因此不適合已埋設但沒有鋪設光纖的管線。

1.2、流量檢測法

流量檢測法是管道泄漏檢測領域最早期的方法，通過檢測管道輸入端的輸入流量與管道輸出端的輸出流量差，來判斷管道是否發生泄漏，原理很直接也很簡單，但該方法存在明顯的缺陷：

1) 無法實現定位，即無法準確有效地發現泄漏點，不利于快速發現泄漏點并及時維修；

2) 受流量檢測儀表精度的限制，一般需要管道泄漏達到一定量級，儀表才能檢測出來并報警；

1.3、負壓波檢測法

利用“負壓波”技術原理進行管道泄漏檢測和定位。管道泄漏的發生會造成泄漏點壓力下降，這種壓力下降信號會沿著管道向兩端傳播，傳播的速度取決于管道內介質。檢測系統通過對比兩站間接收到負壓波的時間差，計算出泄漏點的位置[3]。該方法是目前應用最為廣泛的方法，但是與我們的次聲波管道泄漏檢測系統相比，存在著以下缺點：

1) 系統只能檢測到泄漏量較大的泄漏，對于泄漏量較小的無法檢測；

2) 定位精度很差，誤差達數公里；

3) 對管道的首末端壓力差有要求，對首末端壓差大的輸油管道有效果，對首末端壓差小的輸氣管道沒效果，比如在天然氣管道上，由于天然氣首末端壓力差幾乎為零，負壓波法完全不適用；

1.4、次聲波管道檢測系統

次聲波檢測法代表了管道泄漏檢測的技術發展方向。次聲波檢測法檢測的管道發生泄漏產生的次聲信號，對管道的工況和泄漏的量無直接關系，另外，次聲波檢測法可方便安裝于管道的兩端，不受現場環境的限制。

2 檢測技術和判別原理介紹

2.1次聲波檢測技術

當管道破裂而產生泄漏時，管道內介質在管道壓力的作用下，都迅速涌向泄漏處，從泄漏點噴射而出，噴射出的介質與破損的管壁高速摩擦，在泄漏處形成振動。該振動從泄漏處以聲波的形式向管道兩端傳播。

根據聲波傳輸的衰減公式：

其中為聲波的衰減系數，為聲波的頻率，為流體密度，為聲速，為切變粘滯系數，為熱傳導系數，為定容比熱，為定壓比熱。

從公式可以看出，聲波的衰減與聲波頻率的平方成正比，頻率越高，衰減越大，頻率越低，衰減越小，由此推斷，次聲波的衰減最小。

次聲是指頻率低于20Hz的聲波，由于次聲的頻率很低，所以大氣對次聲波的吸收系數很小，因而其穿透力極強，可傳播至極遠處而能量衰減很小。同樣，在管道內的介質中傳播的次聲波信號，傳播距離也相對較遠。

2.2隱蔽盜氣點判別原理

在管道的首尾兩端分別安裝次聲傳感器及數據分析采集系統，然后數據分析采集系統把數據通過企業內局域網或是3G網絡傳到主數據服務器，最后再傳到同步顯示終端。各數據分析采集系統通過GPS同步衛星來做校時工作的，如圖1所示。

圖1 系統整體結構

當在C點出現泄露時產生的次聲波信號沿著管道內分別往A和B分站系統方向傳。分站系統接收到次聲信號后通過，結合兩個分站的所采集到數據進行分析處理，最終獲得泄露點的C的詳細位置。

3、某長輸天然氣管道盜氣點檢測應用舉例

以某長輸天然氣管道盜氣點檢測為例，說明該技術應用情況。該天然氣管線全長37.7km，管徑273mm。正常工作壓強是3-3.3MPa。自安裝以來，自動報警發現過多次盜氣案例。案例1距高壓端10km處發現盜氣閥門，并有管線引出來。如圖2和圖3所示。組織人員和機械開始施工，從現場挖出DN32PN1.6球閥一個（當時管線運行的壓力是3.5MPa）。閥門接在管線上部，引出鋼管3米后轉接成塑料管約1000米到附近的一個家屬院。

圖2 盜氣閥門 遠景圖3 盜氣閥門 近景

圖4 盜氣所產生的次聲波信號

案例2發現距高壓端10.5km處盜氣閥門，如圖5所示。

圖5 盜氣閥門2

4 結束語

不法分子對輸氣管道進行打孔盜氣，不僅會給企業帶來重大的經濟損失，同時也極大地降低了管道的承壓強度，給管道運行安全造成極大威脅。通過這兩次盜氣案件，系統給出的定位精度可以控制在±50 cm以內。證明了綜合檢測方法的有效性。隨著埋地管道無損檢測技術的日益發展和現場應用的逐漸成熟，會為埋地管道隱藏盜氣點的檢測提供更為有效的檢測手段和更精確的判別方法，為確保管道運行安全，避免經濟損失和消除了管道上的重大安全隱患發揮積極作用。

參考文獻

[1]李長?。烊粴夤艿垒斔蚚M]．石油工業出版社，2000，11

[2]胡志新，張陵等．分布式光纖布拉格光柵在油氣管道檢測中的應用[J]．

應用光學，2000，2l(4)：35—37

[3[蘇維均，廉小親等．負壓波定位理論在輸油管道泄漏檢測系統中的應用[J]．

微計算機信息，2003，1 9(3)