城市燃气管道泄漏检测技术探讨

城市燃气管道泄漏检测技术探讨

摘要：管道泄漏检测与定位技术是管道安全研究领域的核心问题之一，也是公共安全的重要组成部分。本文介绍了国内外用于燃气管道泄漏检测与定位的主要技术和方法,分析了各种方法的优缺点,对各种方法进行了比较与评价,并对燃气管道泄漏检测与定位方法的发展趋势做了探讨，为油气管道泄漏监测技术的进一步发展提供一些建议。

随着世界工业的迅速发展，传统能源消耗量剧烈增长，生态环境不断恶化，因此，世界各国急需寻找清洁能源解决这环境问题，而天然气是一种高效环保的绿色能源并被绝大多数人们所接受以及提倡。世界各个国家和地区通过一系列方法推进城市及乡镇的气态化能源，如今，气体燃料应用的覆盖率以及燃气消耗量已成为衡量一个国家或地区经济水平发展程度的重要指标之一。近年来，世界各地城市燃气管道网络敷设的程度越来越高，城镇燃气化速度急剧发展，相对的建设、运行和管理要求应适当提高。从当前社会安全发展形势角度出发，对城市燃气管道泄漏的检测，保证城市燃气管道在安全的条件下运行管理已成为燃气运营机构行业内最重要的关注点。在燃气行业起步阶段，人们提出了管道安全性管理、管道风险性管理的技术相关理念，随着业内的不断发展，泄漏检测技术也得到不断发展，各种燃气管道泄漏检测技术都有其优势与缺陷，单纯应用一种方法对泄漏进行监测很难达到令人满意的程度，所以，管道泄漏检测应综合运用多种检测方法，组成可靠性和经济性均得到优化的检漏系统，提高城市管道的使用寿命，增加企业的效益。

1.燃气管道腐蚀的原因和分类

燃气管道主要是由于金属的腐蚀而造成的，而金属的腐蚀是金属和周围的介质发生化学、电化学或者是物理作用而成为金属化合物，使得金属的特性受到破坏的一种现象。因此，燃气管道的腐蚀一般可以分为燃气管道腐蚀、交流杂散电流腐蚀、化学腐蚀和微生物腐蚀这四种情况。

1.1电化学腐蚀

电化学腐蚀是燃气管管壁与作为电解质的土壤或水相接触，产生电化学反应，使阳极区的金属离子不断电离而受到腐蚀。电化学腐蚀既可腐蚀内壁，也可以腐蚀外壁。通常埋地钢管的外壁腐蚀是以电化学腐蚀为主的。

图1表示不同土壤性质引起燃气钢管电化学腐蚀。埋地钢管由于金属本身结构的不均匀，表面粗糙度不同，以及作为电解质的土壤物理化学性质不均匀，含氧量不同，pH值不同等因素，因而产生电化学反应，使阳极区的金属离子不断电离而受到腐蚀。

图1土壤不均匀性引起燃气钢管电化学腐蚀图

此外，两种不同材料的管道相连，也会引起电化学腐蚀。例如，铜管与钢管相连产生的腐蚀，如图2所示。埋地地壤中的铜管与钢管，都将向电解质(土壤)释放正离子，但由于金属的电化学性质不同，铜的标准电极电位值比铁的大，故在电解质(土壤)中，铁将产生比铜更多的负电荷，电子由铁电极流向铜电极，因而作为阳极的钢管不断被腐蚀，而铜管作为阴极而被极化。

图2 铜管与钢管相连引起的腐蚀

1.2交流杂散电流腐蚀

由于电气化铁路、矿山、工厂、港口各种用电设备接地与学漏电，在土壤中形成的杂散电流的循环。由于杂散电流引起的腐蚀,称为杂散电流腐蚀。

(一)直流杂散电流腐蚀

直流杂散电流对金属的腐蚀原理，与电解情况类似，即阳极为正极，进行氧化反应，阴极为负极，进行还原反应。例如，有轨电车通常采用单根架空线，并以铁轨作为电流回路。如果地下燃气管道在铁轨附近，一些回路电流从铁轨漏出。通过管道，则会形成另一回路系统，如图3所示。通常直流杂散电流从土壤进入金属管道的地方带有负电，这一区域称为阴极区。处在阴极区的管道一般不受什么影响，但若阴极区的电位过负时，管道表面会析出大量的氢，造成防腐绝缘层老化、剥落。当杂散电流在管道的某一绝缘层损坏处流出时，管道带有正电，这一区域称为阳极区。处于阳极区的管道，钢管以铁离子的形式溶于周围介质中，因此阳极区的管道受到腐蚀。

图3 直流杂散电流腐蚀原理

1—架空线 2—电车 3—铁轨 4—变电所5—地下管道 6—电蚀直流杂散电流干扰腐蚀的损耗量与杂散电流强度成正比。即杂散电流强度愈大，引起的金属腐蚀就愈严重。按法拉第定律计算，当杂散电流为1A时，一年内可腐蚀36kg铅、11kg 铜和10kg铁。在杂散电流干扰比较严重的地区，电流可达几十安培，甚至几百安培，所以，杂散电流造成的集中腐蚀是很严重的。壁厚为8～9mm的钢管，快者2～3个月就会穿孔。

产生直流杂散电流的主要原因为：有轨电车、电气化铁路、电解电镀车间、直流电焊机和地下电缆漏电等。

（二）交流杂散电流腐蚀

交流杂散电流对金属管道腐蚀的原理是：当埋地管道接近或长距离与电力线平行时，高压电力线将在附近埋地钢管上感应产生二次交流电，使管道产生很高的感应电压，管道与周围土壤之间也产生可达几伏或几十伏的电位差。当这些电流迭加在腐蚀的电化学原电池上时，相当于去极化作用，从而减轻了阳极和阴极极化现象和电化学钝态。例如，铂在稀硫酸中直

流阳极电解时并不发生溶解，用交流电解也不发生溶解。然而，当在直流的阳极电位上迭加上交流电后，铂便溶解于硫酸中。这一事实说明，交流电能够降低金属钝态，并增大金属溶解反应电位区。同样现象也发生于铁或铅在碱性溶液中，以及镍在中性和弱酸性溶液中。

比起直流杂散电流腐蚀，交流杂散电流的腐蚀量并不大，但集中腐蚀性强。大量实验结果表明，不论是平均失重量还是腐蚀坑深，都随着干扰电压、电流的增加而加强。其中，腐蚀坑深随干扰电压的升高而加大的趋势更明显，更有规律性。

1.3化学腐蚀

化学腐蚀是金属直接和介质接触发生化学作用而引起的金属溶解过程。由于输送的燃气中可能含有硫化氢、氧、二氧化硫、硫化物等腐蚀性化合物，它直接和金属起作用而产生化学腐蚀。

埋地钢管纯化学腐蚀是极少发生的，一般同时存在化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀对管道来说是全面性腐蚀，腐蚀导致管壁厚度的减薄是均匀的，所以与电化学腐蚀产生穿孔破坏相比，化学腐蚀危害性较小。

1.4微生物腐蚀

对微生物参与腐蚀过程的研究表明，当埋地钢管周围土壤中长年含有较多水分时，适合于细茵生存，易引起微生物腐蚀。反之，较干燥的土壤中，细菌难以生存，也就谈不到微生物腐蚀。此外，土壤中氧气含量的多少影响着喜氧细菌和厌氧细菌的繁殖，造成不同的腐蚀环境。微生物的腐蚀机理主要有三方面：

（1）微生物在新陈代谢过程中直接参与腐蚀作用。如缺氧土壤中厌氧细菌引起的腐蚀。

（2）在金属管道表面局部区域形成微电池。无论是喜氧细菌还是厌氧细菌都会在金属管道表面产生沉积物，于是在沉积物下面的金属管道与其他部位的金属管道之间产生了电位差，从而引起电化学腐蚀。

（3）由于微生物新陈代谢过程的产物是酸性物质，从而形成了使金属管道表面易于腐蚀的环境。

厌氧硫酸盐还原菌通常存在于潮湿、通风和排水不良的缺氧土壤中，它参加电极反应的作用是将可溶的硫酸盐转化为硫化氧，并和铁作用生成硫化亚铁。生成硫化氢使土壤中H+浓度增大，阴极反应过程中氢的去极化作用加强，加速了腐蚀作用。

2.燃气管道泄漏检测技术

燃气管道的泄漏将导致燃气的泄漏，我们可以根据燃气管道的泄漏来发现燃气管道的腐蚀部位，从而能有效的提高管道的维护效率，提高整个管道的输送质量。

根据燃气管理铺设和安装原理，结合燃气泄漏方式，目前我国城市燃气管道泄漏检测技术与方法主要包括直接检测法和间接检测法，直接检测法主要是通过人体感官或者其他相关的传感装置直接检测并感知到燃气的泄漏，并对泄漏物进行检测，间接检测法主要是通过对燃气管道内燃气压力、温度和流量进行检测，并采用软件进行计算分析，推测出燃气泄漏情况。

2.1直接检测法

直接观察法[1]：此法是依靠有经验的管道工人或经过训练的动物巡查管道。通过看、闻、听或者其他方式来判断是否有泄漏发生,该方法依赖人的敏感性、责任心和经验,只能发现一些较大的泄漏。