復雜環境下消防水管道泄漏綜合檢測技術研究

廖兵兵 田 利 包榮才 李 琪

（機械工業上海藍亞石化設備檢測所有限公司 上海 201518）

消防水管道在化工企業生產廠區內一般以埋地、環線方式敷設，材質多為普通碳鋼，壓力維持在1.0 MPa左右，化工企業大多存在易燃易爆、高溫高壓的危險化學品，火災、爆炸事故又有其突發性，所以在正常生產過程中不允許消防水管線被切斷或停止運行，又因消防水長時間不流動，水質易受到污染，其中的化學成分與管道的內壁發生一系列的化學與電化學反應會造成管道內壁的腐蝕，久而久之即引起穿孔腐蝕泄漏，同時，也存在施工中焊接質量問題、管道自身缺陷及外力影響下的機械損傷等導致的泄漏情況。一旦泄漏，其安全隱患很大，解決起來也很棘手。查閱大量的國內外水管線泄漏檢測技術研究，檢測方法可分為被動檢測法、直接檢測法和間接檢測法，直接檢測法有4種，分別為檢漏電纜系統法、導電高聚物檢漏法、機載紅外線法和封入氣體壓力檢測法等，間接檢測法有5種，分別為質量平衡檢漏法、水力坡降線法、泄漏音頻檢漏法、聲信號分析法和基于神經網絡的檢漏方法[1-6]，常規的檢測設備有聽音桿、測漏儀、相關儀、管線儀（PCM）等。上述方法在單一、特定、理論的環境下可以精確有效的得到應用，在應對復雜的實際情況時，很難滿足實際要求。因此，充分考慮各種情況，形成一套完整、系統的檢測思路、方法和策略具有重要的現實意義。下面結合現場應用主要介紹煉油廠各種綜合、交織環境條件。

1 煉油廠復雜的泄漏檢測環境

根據煉油廠生產實際情況和現場勘查，泄漏檢測作業環境通常是以下6種情況的交織和綜合，給檢測作業帶來極大的難度和挑戰。

1）嘈雜的環境。泄漏區域兩旁數米遠處即為蠟油加氫裂化裝置和焦化硫磺裝置，其動設備運轉和工藝管線內介質流動產生的噪音非常大，雖然消防水管線上有消防栓及閥門井，但聽音桿、測漏儀無法有效使用，現場平面布置圖，如圖1所示。

圖1 泄漏區域現場平面布置圖

2）地下縱橫交錯的管線布置。根據對現場管線資料調查，包括煉油廠總圖布置、地下管網數據表、工藝人員現場描述、管線儀檢測、現場“三樁一牌”、地面裝置及閥門井的確認，泄漏區域有6條管線干線及部分支線分布，根據泄漏附近滲水情況無法判斷泄漏管線及具體泄漏位置。其中生活水為非鋼質管線，管線儀無法探測其精確位置及走向，給開挖帶來難度，如圖1所示，另外，經管線儀檢測得知，有一條電纜線在地下70 cm處與上述管線并列。

3）管線埋地深。利用管線儀盲掃（有位置和深度偏差），所在區域埋深最淺的管線為2.5 m，埋深最深的管線達4.5 m，聽音桿無法觸及管線，化驗漏水的化學成分，與各指標對比效果也不佳。

4）裸露點少。這些管線當中，生活水、循環水來水、循環水回水、生產水管線在此區域均無裸露點、地上閥門及閥門井，涉及需要施加信號的儀器設備在此處均無法有效使用。

5）管線均不能切出和停用。因各裝置運行及安全需要，無法通過切出懷疑管線來確定泄漏管線，或者在容許的切除和停用時間內，因埋地太深，也無法進行有效判斷，生產廠區較大，工況時刻變化，循環水、生活水、生產水的用量不能準確的統計，所以上述管線是否泄漏也不能從中控流量、壓力變化趨勢圖線等數據判斷，消防水管線為環線，系統壓力通過DCS（分布式控制系統）泵出口壓力PID（化工流程比例積分微分控制系統）回路自動調節來維持，所以也不能通過水力坡降線法、壓力波檢漏技術、壓力點分析（PPA）檢測法進行判斷。

6）土層結構復雜?，F場土層結構從上到下依次為硬化瀝青（消防通道）、砂石、黏土，黏土層吸水后質密而不過水且對泄漏點漏水聲的衰減作用很大，所以從管線泄漏的水是經過長時間滲透作用從黏土層滲出的，然后沿著相對疏松的砂石層無定向外溢，地面濕潤出水處并非泄漏點。沒有專業的檢漏，公用工程部采取被動檢漏法，盲目開挖，最終也未找到漏點，延長檢修、安全隱患時間，浪費大量人力、財力、水資源。

2 檢測思路、方法和策略

管道的泄漏檢測常見于城市生活用水、長輸管道油管線等，在環境條件單一、簡單情況下經驗豐富的檢驗人員一般只通過聽音桿就能確定泄漏管線、漏點大致位置，然后再附加相關儀、測漏儀就能找到漏點，誤差范圍可控制在±0.5 m內，在復雜環境下很難滿足實際需求。

目前管道的泄漏檢測技術主要有被動檢測法、直接檢測法和間接檢測法，這些方法的對比研究見表1。

表1 管道的泄漏檢測技術對比

通過大量理論研究與實踐對比經驗，對于復雜環境下的泄漏檢測，本文提出如下檢測方法、思路和檢測程序，如圖2所示。即常規的泄漏檢測手段，聽音桿、管線儀（PCM）、測漏儀、相關儀相結合，取長補短，另外引入磁致伸縮導波檢測技術單向施加信號，解決管線因裸露點少導致的管線儀無法在管道兩端施加信號的情況。

圖2 檢測方法、思路和檢測程序

3 工程應用驗證

2017年3月，某石油化工廠區內公用工程部巡檢人員在巡檢途中發現埋地管線出現明漏，且漏水量較大，影響整個廠區用水安全，經總公司相關部門及領導批示同意后，對地面濕潤出水處進行被動開挖尋找漏點，但未能找到漏點。因地下管網縱橫、情況復雜，若繼續盲目挖掘，將嚴重影響人員、設備以及裝置的安全，因此停止盲目開挖。與筆者單位技術人員溝通后，筆者單位安排經驗豐富的檢測人員，投入先進的檢測設備進行了泄漏檢測。

檢測的基本步驟是：1）收集了與泄漏區域相關的所有技術資料，包括泄漏區域總圖布置、管網數據表、中控參數等；2）對泄漏區域進行環境調查，包括泄漏面積、地面裝置、閥門、閥門井、地質條件等；3）對泄漏區域供水進行普查，包括壓力、流量、溫度、化驗、打鉆等，采用排除法，排除非泄漏管線；4）技術對比分析，確定開挖點，進一步排除，用相關儀進行定位，最后采用磁致伸縮導波技術對漏點進行精確校核。

3.1 打鉆進行分析檢測

根據管線儀測得的管線位置、走向、深度，在其正上方進行打鉆，加大探測深度，使聽音桿盡可能靠近埋地管線，泄漏點附近打鉆情況如圖3所示。通過打鉆情況、現場實際情況、此前盲挖依據及聽音桿聽音結果綜合分析后，筆者排除循環水泄漏可能性。

圖3 泄漏點附近打鉆情況

在消防水三通處及生產水管線上方區域進行開挖，使三通及生產水管線裸露，此時因為噪音的影響較小，通過聽音桿排除附近其他管線泄漏的可能性，泄漏管線確定為消防水管線，采用相關儀法進行定位。相關儀的原理如圖4所示，管線泄漏時，就會產生漏水聲，漏水聲傳到兩頭的傳感器，會有一個時間差Δt，測定兩傳感器之間距離L，可根據式（1）計算泄漏點位置[7]。

圖4 相關儀原理圖

式中：

N——漏點距紅色傳感器A的距離，m；

L——紅色傳感器A與藍色傳感器B的間距，m；

v——聲音傳播速率，m/s；

Δt——信號到達兩傳感器的時間差，s。

通過檢測得到的相關儀信號圖像如圖5所示，觀察顯示圖像，可以看出該管線上有2處明顯信號異常點，一處距離B傳感器8.32 m處，另一處距A傳感器3.87 m處，經現場測量檢查，確認距B傳感器8.32 m處異常信號點為圖4中消防管線三通點，則確認距A傳感器3.87 m處為泄漏點，現場檢測及漏點見圖6、圖7。通過實際開挖、測量得知，A傳感器距泄漏點距離為4.0 m，距三通位置7.5 m，誤差在±0.5 m內，滿足要求，達到泄漏檢測目的。

圖5 相關儀檢測結果圖

圖6 現場檢測圖

圖7 管道漏點

3.2 引入磁致伸縮導波檢測技術對相關儀檢測驗證

磁致伸縮導波檢測技術通常用在集輸管線、長輸管線的內腐蝕檢測上[8-9]，因為這項技術有信號單向可加性，所以在本次泄漏檢測中加以利用，檢測信號圖像如圖8所示。

圖8 磁致伸縮導波檢測結果圖

與實際情況和相關儀檢測信號基本吻合，兩種方法檢測結果對比見表2，所以也就驗證了這項技術的準確性、可行性，同時解決了埋地管線裸露點少，雙向信號無法施加的難點。

表2 兩種檢測結果對比

4 結論

1）在煉油廠及化工生產廠區埋地管線通常是如下6種環境條件的交叉和綜合：噪聲干擾、地下縱橫交錯的管線布置、管線埋地深、裸露點少、管線均不能切出和停用及土層結構復雜。一旦發生泄漏，給正常生產和安全都將帶來嚴重影響，解決起來將異常困難。

2）通過大量理論研究與實踐對比經驗，本文提出了一套對于復雜環境下消防水管線泄漏檢測的方法、思路和檢測程序及一種新的磁致伸縮導波檢測技術。

3）該套方法、思路和檢測程序通過現場工程應用，完全驗證了管道泄漏檢測的準確性、可靠性、可行性。為復雜環境條件下埋地水管線及其他介質埋地管線泄漏的檢測提供了參考依據，奠定了一定的基礎。