确保城市安全运行的精准管理与深化应用

彭磊

摘要：燃气管道泄漏危害极大，快速准确地查找泄漏点对保障城市燃气安全运行尤为重要。在分析燃气管道泄漏常见原因的基础上，介绍目前燃气管道泄漏检测的几种方法，展望北斗卫星导航系统在城镇燃气行业深化应用的前景。

关键词：燃气管道；泄漏；检测；北斗定位

DOI：10.3969/j.issn.1674-7739.2018.06.020

燃气管道是城市重要的现代化基础设施之一，其安全运行涉及到千家万户的生命财产安全。早在2016年底，我国城镇燃气管网总长度已达到69万公里。随着燃气管网规模持续扩张，燃气管道及设施因各种原因导致的泄漏时有发生，若不能得到快速发现与有效处置，极易引发中毒、燃烧、爆炸等重大公共安全事故。加强管线巡检，减少管网运营风险，是提高城市燃气行业应急抢修能力、保障城市燃气安全运行的重要课题。

一、燃气管道泄漏的常见原因

燃气管道泄漏的原因复杂多样，从引发泄漏的起因分析，主要来自生产制造、安装施工、运行使用等几方面因素：

（一）生产制造

按照管道材质，燃气管道分为金属和非金属两大类。对金属管材而言，在冶炼、热轧、成型、焊缝过程中受材料、温度、机械等相关因素影响，会产生气孔、缩孔、脆性裂纹等铸造缺陷。对非金属管材而言，在加温聚合、挤压成型过程中受原料自身组成成份、品质以及磨具、温度、速度的作用，在外界环境的影响下，极有可能发生老化脆硬、破碎、爆裂等潜在的威胁。

（二）安装施工

在钢管的焊接过程中，如焊点不正出现咬边、电流过小造成浮焊、电流过大出现弧坑或烧穿、焊接行进不稳定使焊缝表面粗糙或鱼鳞纹不整齐等操作上的失误，将导致焊件未焊透、气孔、夹渣等。在聚乙烯管材热熔、电熔焊接过程中，如预焊接表面处理不充分、焊接管段调节不当、熔融物料未充分融合，将导致出现错边、裂缝、孔洞等。这样就削弱了焊缝拉伸强度，又会促成应力集中源的出现，造成安全隐患。

除此之外，法兰密封是燃气管道输送中广泛应用的一种密封结构形式，依靠其连接螺栓所产生的预紧力，通过垫片达到足够的工作密封比压，以阻止被密封流体介质的外泄。如密封垫片压紧力不足、法兰结合面上的粗糙度不恰当、管道温差变形、机械振动等都会引起密封垫片与法兰面之间密合不严而发生泄漏。

（三）运行使用

燃气管道在运行过程中会受到外界因素的破坏，主要来自人为因素和自然环境的腐蚀两方面。在人为因素方面，一是外界后续交叉施工造成燃气管道的破坏，由于未事先了解燃气管道的分布情况，盲目进行开挖使燃气管道受到损坏，进而引发突发事故。二是违章建筑占压造成燃气管道的破坏，由于一些单位和个人在管道沿线及相关设施上摆摊设点或私搭乱盖，造成燃气管道无法检查和日常维护保养，日积月累，燃气管道不堪重负引发事故。

自然环境的腐蚀是燃气管道使用过程中常见的情况。这是由于金属管道和其他介质接触产生电化学变化而引起的内外壁腐蚀。内壁腐蚀是由于输送的燃气中含有硫化氢、二氧化碳、硫化物等直接和金属反应引起化学腐蚀；而外壁是由于防腐层不严密或遭到外力破坏，土壤中化合物或外界具有腐蚀性的化学物质渗透与金属管道相互作用而引发电化学反应，造成管道腐蚀。正是这种内外夹击性的腐蚀，使燃气管道壁厚减薄或局部穿孔，导致燃气泄漏。

二、燃气管道泄漏检测的方式

目前较为常用的燃气泄漏检测方法有人工巡检法、红外线成像法、光纤检漏法、漏磁通检测法、超声波检测法等。

在当前“互联网+”的背景下，城市燃气企业以先进的科技“武装”企业，运用迅猛发展的北斗卫星导航系统，为精准的燃气管线位置信息提供强有力的技术支持，正逐步实现其在燃气行业的深化应用。

（一）人工巡检法

这是目前国内各城市燃气公司常用的一种泄漏检测方法。由巡线人员手持燃气检漏仪或驾驶检漏车，定期沿管道敷设路径巡视，通过看、闻、听等多种方式来判断是否有燃气泄漏。

对于泥土地面，用可调节浓度大小的气敏检测仪直接在地面检测，浓度最大点与管线定位一致点即为泄漏点。对于水泥沥青地面，气体泄漏后不能穿透漏点上方的地表，会沿着管道周围的裂缝、空隙、疏松土壤窜流，造成探测到的泄漏点和实际泄漏点的位置偏移。若遇与裂缝相通的排水沟、电缆沟，距离偏移情况愈加严重，需进一步采取钻孔探漏等手段查找定位，人力、物力、时间耗费较大。

（二）红外线成像法

当管道发生泄漏时，泄漏点周围的土壤温度会发生变化。通过红外线遥感摄像装置可记录燃气管道周围的地热辐射效应，再利用光谱分析即可检测出泄漏位置。此种检测方法虽可较精确地定位泄漏点，灵敏度也较高，但不适用于埋设较深的管道检漏，且在周边其他管线复杂的情况下易遭受干扰，故其应用受到一定限制。

（三）光纤检漏法

光纤检漏法应用了光纤的干涉原理，需沿燃气管道并排铺设一条光缆，利用光缆中的3条光纤构成分布式微振动传感器，其中2条为测试光纤，用于测试管道沿途的振动信号，第3条用于信号传输。当燃气管道发生泄漏时，引起泄漏点附近的光纤产生应力应变，因此2条传感光纤中传播的相干光波分别产生相位变化。通过实时检测干涉光信号的变化，可检测出燃气管道沿途产生的微振动信号。该方法所涉及的相应设备價格较高，且光缆需与燃气管道同期敷设，施工费用较大。

（四）漏磁通检测法

漏磁通检测法的基本原理建立在铁磁材料的高磁导率这一特性上，钢管腐蚀缺陷处的磁导率远小于钢管的磁导率。钢管在外加磁场作用下被磁化，当钢管中无缺陷时，磁力线绝大部分通过钢管，磁力线分布均匀；当钢管内部有缺陷时，磁力线发生弯曲，一部分磁力线泄漏出钢管表面。通过检测被磁化钢管表面逸出的漏磁量，就可以判断缺陷是否存在。该方法一般只限于管道表面和近表面的检测。另外，小而深的管壁缺陷处的漏磁信号要比形状平滑但很严重的缺陷处的信号大得多，特别是当管材中混有杂质时，还会得到虚假数据，所以往往需要进一步校验。

（五）超声波检测法

超声波检测法主要是利用超声波的脉冲反射原理来测量管壁的厚度。检测时探头向管道内壁发射超声脉冲，探头分别接收到管壁内外表面的反射脉冲，两次反射脉冲之间的间距反映了管壁的厚度。这种检测方法简单直接，对管道材料的敏感性小，不受管道杂质的影响，能够实现对厚壁、大口径管道进行精确检测，还能分辨管道的内外壁腐蚀、管道的变形、应力腐蚀破裂和管壁内的缺陷等。该方法的不足之处就是超声波在空气中衰减很快，且对于有些粗晶粒的铸件和焊缝，因易产生杂乱反射波而较难应用。

（六）北斗定位检测法

2014年8月，中国卫星导航定位协会与中国城市燃气协会在北京签署战略合作协议，共同推动北斗卫星导航系统在城镇燃气行业的深化应用，通过北斗精准位置服务全面支持燃气信息化体系的建设，充分提升我国城镇燃气企业的地下管网安全管理水平。首座国家北斗精准服务网示范站的建成，极大地推动了北斗卫星导航系统在城镇燃气行业的深化应用。

基于北斗系统的5厘米高精度定位，定位精度比民用GPS高了近百倍，大大提高了工作效率。利用北斗定位技术之后，通过巡检人员身上佩戴的仪器，可在时间与空间上了解燃气管道的巡检状况，轨迹清晰，位置准确无漂移，巡检管线的范围、频次及巡检到位率等均一目了然。如今，巡检人员只要手持一台加装了定位模块的平板电脑，沿着管道线路就可以进行常规化的巡视。

目前，上海燃气集团已在浦东部分地区进行了试点工作，在燃气管线巡检的信息化管理方面初步取得了良好效果，有望扩大试点范围。

结语

上海燃气用户数量已逾660万户，拥有城市燃气高、中、低压管网2万余公里，其中天然气日供应量已达到3 280万立方米。当前经济社会发展和城镇化进程不断加快，城镇燃气管网规模不断扩大，服务功能和作用日益突出，安全管理更是成为城市燃气企业的重中之重。

到2020年，北斗系统实现全球覆盖以后，通过北斗精准服务应用于管网巡线系统、管网泄漏检测系统、应急指挥系统等各个环节，将大幅度强化燃气管网管理的精细度和深入度，有利于全面加强城市地下管线建设管理，保障城市安全运行，提高城市综合承载力和城镇化发展质量。

责任编辑：王明洲