复杂环境下消防水管道泄漏综合检测技术研究

廖兵兵 田 利 包荣才 李 琪

（机械工业上海蓝亚石化设备检测所有限公司 上海 201518）

消防水管道在化工企业生产厂区内一般以埋地、环线方式敷设，材质多为普通碳钢，压力维持在1.0 MPa左右，化工企业大多存在易燃易爆、高温高压的危险化学品，火灾、爆炸事故又有其突发性，所以在正常生产过程中不允许消防水管线被切断或停止运行，又因消防水长时间不流动，水质易受到污染，其中的化学成分与管道的内壁发生一系列的化学与电化学反应会造成管道内壁的腐蚀，久而久之即引起穿孔腐蚀泄漏，同时，也存在施工中焊接质量问题、管道自身缺陷及外力影响下的机械损伤等导致的泄漏情况。一旦泄漏，其安全隐患很大，解决起来也很棘手。查阅大量的国内外水管线泄漏检测技术研究，检测方法可分为被动检测法、直接检测法和间接检测法，直接检测法有4种，分别为检漏电缆系统法、导电高聚物检漏法、机载红外线法和封入气体压力检测法等，间接检测法有5种，分别为质量平衡检漏法、水力坡降线法、泄漏音频检漏法、声信号分析法和基于神经网络的检漏方法[1-6]，常规的检测设备有听音杆、测漏仪、相关仪、管线仪（PCM）等。上述方法在单一、特定、理论的环境下可以精确有效的得到应用，在应对复杂的实际情况时，很难满足实际要求。因此，充分考虑各种情况，形成一套完整、系统的检测思路、方法和策略具有重要的现实意义。下面结合现场应用主要介绍炼油厂各种综合、交织环境条件。

1 炼油厂复杂的泄漏检测环境

根据炼油厂生产实际情况和现场勘查，泄漏检测作业环境通常是以下6种情况的交织和综合，给检测作业带来极大的难度和挑战。

1）嘈杂的环境。泄漏区域两旁数米远处即为蜡油加氢裂化装置和焦化硫磺装置，其动设备运转和工艺管线内介质流动产生的噪音非常大，虽然消防水管线上有消防栓及阀门井，但听音杆、测漏仪无法有效使用，现场平面布置图，如图1所示。

图1 泄漏区域现场平面布置图

2）地下纵横交错的管线布置。根据对现场管线资料调查，包括炼油厂总图布置、地下管网数据表、工艺人员现场描述、管线仪检测、现场“三桩一牌”、地面装置及阀门井的确认，泄漏区域有6条管线干线及部分支线分布，根据泄漏附近渗水情况无法判断泄漏管线及具体泄漏位置。其中生活水为非钢质管线，管线仪无法探测其精确位置及走向，给开挖带来难度，如图1所示，另外，经管线仪检测得知，有一条电缆线在地下70 cm处与上述管线并列。

3）管线埋地深。利用管线仪盲扫（有位置和深度偏差），所在区域埋深最浅的管线为2.5 m，埋深最深的管线达4.5 m，听音杆无法触及管线，化验漏水的化学成分，与各指标对比效果也不佳。

4）裸露点少。这些管线当中，生活水、循环水来水、循环水回水、生产水管线在此区域均无裸露点、地上阀门及阀门井，涉及需要施加信号的仪器设备在此处均无法有效使用。

5）管线均不能切出和停用。因各装置运行及安全需要，无法通过切出怀疑管线来确定泄漏管线，或者在容许的切除和停用时间内，因埋地太深，也无法进行有效判断，生产厂区较大，工况时刻变化，循环水、生活水、生产水的用量不能准确的统计，所以上述管线是否泄漏也不能从中控流量、压力变化趋势图线等数据判断，消防水管线为环线，系统压力通过DCS（分布式控制系统）泵出口压力PID（化工流程比例积分微分控制系统）回路自动调节来维持，所以也不能通过水力坡降线法、压力波检漏技术、压力点分析（PPA）检测法进行判断。

6）土层结构复杂。现场土层结构从上到下依次为硬化沥青（消防通道）、砂石、黏土，黏土层吸水后质密而不过水且对泄漏点漏水声的衰减作用很大，所以从管线泄漏的水是经过长时间渗透作用从黏土层渗出的，然后沿着相对疏松的砂石层无定向外溢，地面湿润出水处并非泄漏点。没有专业的检漏，公用工程部采取被动检漏法，盲目开挖，最终也未找到漏点，延长检修、安全隐患时间，浪费大量人力、财力、水资源。

2 检测思路、方法和策略

管道的泄漏检测常见于城市生活用水、长输管道油管线等，在环境条件单一、简单情况下经验丰富的检验人员一般只通过听音杆就能确定泄漏管线、漏点大致位置，然后再附加相关仪、测漏仪就能找到漏点，误差范围可控制在±0.5 m内，在复杂环境下很难满足实际需求。

目前管道的泄漏检测技术主要有被动检测法、直接检测法和间接检测法，这些方法的对比研究见表1。

表1 管道的泄漏检测技术对比

通过大量理论研究与实践对比经验，对于复杂环境下的泄漏检测，本文提出如下检测方法、思路和检测程序，如图2所示。即常规的泄漏检测手段，听音杆、管线仪（PCM）、测漏仪、相关仪相结合，取长补短，另外引入磁致伸缩导波检测技术单向施加信号，解决管线因裸露点少导致的管线仪无法在管道两端施加信号的情况。

图2 检测方法、思路和检测程序

3 工程应用验证

2017年3月，某石油化工厂区内公用工程部巡检人员在巡检途中发现埋地管线出现明漏，且漏水量较大，影响整个厂区用水安全，经总公司相关部门及领导批示同意后，对地面湿润出水处进行被动开挖寻找漏点，但未能找到漏点。因地下管网纵横、情况复杂，若继续盲目挖掘，将严重影响人员、设备以及装置的安全，因此停止盲目开挖。与笔者单位技术人员沟通后，笔者单位安排经验丰富的检测人员，投入先进的检测设备进行了泄漏检测。

检测的基本步骤是：1）收集了与泄漏区域相关的所有技术资料，包括泄漏区域总图布置、管网数据表、中控参数等；2）对泄漏区域进行环境调查，包括泄漏面积、地面装置、阀门、阀门井、地质条件等；3）对泄漏区域供水进行普查，包括压力、流量、温度、化验、打钻等，采用排除法，排除非泄漏管线；4）技术对比分析，确定开挖点，进一步排除，用相关仪进行定位，最后采用磁致伸缩导波技术对漏点进行精确校核。

3.1 打钻进行分析检测

根据管线仪测得的管线位置、走向、深度，在其正上方进行打钻，加大探测深度，使听音杆尽可能靠近埋地管线，泄漏点附近打钻情况如图3所示。通过打钻情况、现场实际情况、此前盲挖依据及听音杆听音结果综合分析后，笔者排除循环水泄漏可能性。

图3 泄漏点附近打钻情况

在消防水三通处及生产水管线上方区域进行开挖，使三通及生产水管线裸露，此时因为噪音的影响较小，通过听音杆排除附近其他管线泄漏的可能性，泄漏管线确定为消防水管线，采用相关仪法进行定位。相关仪的原理如图4所示，管线泄漏时，就会产生漏水声，漏水声传到两头的传感器，会有一个时间差Δt，测定两传感器之间距离L，可根据式（1）计算泄漏点位置[7]。

图4 相关仪原理图

式中：

N——漏点距红色传感器A的距离，m；

L——红色传感器A与蓝色传感器B的间距，m；

v——声音传播速率，m/s；

Δt——信号到达两传感器的时间差，s。

通过检测得到的相关仪信号图像如图5所示，观察显示图像，可以看出该管线上有2处明显信号异常点，一处距离B传感器8.32 m处，另一处距A传感器3.87 m处，经现场测量检查，确认距B传感器8.32 m处异常信号点为图4中消防管线三通点，则确认距A传感器3.87 m处为泄漏点，现场检测及漏点见图6、图7。通过实际开挖、测量得知，A传感器距泄漏点距离为4.0 m，距三通位置7.5 m，误差在±0.5 m内，满足要求，达到泄漏检测目的。

图5 相关仪检测结果图

图6 现场检测图

图7 管道漏点

3.2 引入磁致伸缩导波检测技术对相关仪检测验证

磁致伸缩导波检测技术通常用在集输管线、长输管线的内腐蚀检测上[8-9]，因为这项技术有信号单向可加性，所以在本次泄漏检测中加以利用，检测信号图像如图8所示。

图8 磁致伸缩导波检测结果图

与实际情况和相关仪检测信号基本吻合，两种方法检测结果对比见表2，所以也就验证了这项技术的准确性、可行性，同时解决了埋地管线裸露点少，双向信号无法施加的难点。

表2 两种检测结果对比

4 结论

1）在炼油厂及化工生产厂区埋地管线通常是如下6种环境条件的交叉和综合：噪声干扰、地下纵横交错的管线布置、管线埋地深、裸露点少、管线均不能切出和停用及土层结构复杂。一旦发生泄漏，给正常生产和安全都将带来严重影响，解决起来将异常困难。

2）通过大量理论研究与实践对比经验，本文提出了一套对于复杂环境下消防水管线泄漏检测的方法、思路和检测程序及一种新的磁致伸缩导波检测技术。

3）该套方法、思路和检测程序通过现场工程应用，完全验证了管道泄漏检测的准确性、可靠性、可行性。为复杂环境条件下埋地水管线及其他介质埋地管线泄漏的检测提供了参考依据，奠定了一定的基础。