? 與其它能源運(yùn)輸方式相比，管道運(yùn)輸更有效、更安全、對(duì)環(huán)境的影響更小。但也正是由于管道埋于地下，對(duì)燃?xì)夤艿蓝?，管道受損和泄漏，特別是腐蝕和因此所造成管道泄漏，往往是難以察覺(jué)的；一旦導(dǎo)致大面積泄漏，輕則造成經(jīng)濟(jì)損失，重則引發(fā)人員傷亡事故。因此，為了確保燃?xì)廨敋夤艿赖陌踩?，必須根?jù)實(shí)際情況采用各種有效的管道受損和檢漏技術(shù)，以避免或減少事故的發(fā)生。
1?管道受損檢測(cè)方法
??? 由于外力等原因?qū)艿揽赡茉斐傻膫?，或施工不?dāng)造成的管道缺陷，一般受損位置比較明確，可以就地開(kāi)挖進(jìn)行檢測(cè)。而管道腐蝕的位置、程度和面積，其影響因素非常多。因此，燃?xì)夤艿朗軗p狀況的檢測(cè)主要就是管道腐蝕狀況的檢測(cè)。管道腐蝕檢測(cè)技術(shù)包括管道外腐蝕檢測(cè)和管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)兩大類。
1.1 管道外腐蝕檢測(cè)技術(shù)
??? 在燃?xì)夤艿郎?，埋地鋼制管道的外腐蝕保護(hù)一般由絕緣層和陰極保護(hù)組成的防護(hù)系統(tǒng)來(lái)承擔(dān)，通過(guò)對(duì)陰極保護(hù)系統(tǒng)的檢測(cè)，可以判斷防腐層的損壞程度，從而得出管道受腐蝕的情況。基于這一原理而研究出的方法，其檢測(cè)參數(shù)一般是管/地電位的測(cè)量和管內(nèi)電流的測(cè)量。管/地電位的檢測(cè)技術(shù)包括短間歇電位檢查法、組合電位測(cè)試法、直流電壓梯度法等；管內(nèi)電流檢測(cè)技術(shù)包括電流梯度分布法、分段管內(nèi)電流比較法等。雖然這些方法能夠?qū)崿F(xiàn)不開(kāi)挖、不影響正常工作的情況下對(duì)埋地管道進(jìn)行檢測(cè)，但這些方法都是屬于間接檢測(cè)管道腐蝕的方法，有的方法對(duì)測(cè)量人員的要求十分嚴(yán)格，例如用直流電壓梯度法檢測(cè)時(shí)，為準(zhǔn)確判定管道涂層缺陷的位置，要求測(cè)量人員垂直于管道方向測(cè)量，因此，測(cè)量前必須知道管道的確切位置、走向等，對(duì)于長(zhǎng)距離埋地管道進(jìn)行檢測(cè)，這一要求很難達(dá)到。此外，有的管外檢測(cè)技術(shù)不適合于檢測(cè)穿越公路、鐵路和江河海底的管道。
1.2?管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)
??? 管道發(fā)生腐蝕后，通常表現(xiàn)為管壁變薄，出現(xiàn)局部的凹坑和麻點(diǎn)。管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)技術(shù)主要是針對(duì)管壁的變化來(lái)進(jìn)行測(cè)量和分析的。在沒(méi)有開(kāi)挖的情況下進(jìn)行的管道內(nèi)腐蝕檢測(cè)。一般有漏磁通法、超聲波法、渦流檢測(cè)法、激光檢測(cè)法和電視測(cè)量法等。其中目前國(guó)內(nèi)外使用較廣泛的是漏磁通法和超聲波法，它們可以提供管道沿線的焊縫、支管接口、閥門、管壁厚度變化、防腐層剝離、裂縫等信息。
1.2.1漏磁通法
??? 漏磁通法檢測(cè)的基本原理是建立在鐵磁材料的高磁導(dǎo)率這一特性上，鋼管腐蝕缺陷處的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)小于鋼管的磁導(dǎo)率，鋼管在外加磁場(chǎng)作用下被磁化，當(dāng)鋼管中無(wú)缺陷時(shí)，磁力線絕大部分通過(guò)鋼管，磁力線分布均勻，當(dāng)鋼管內(nèi)部有缺陷時(shí)，磁力線發(fā)生彎曲，一部分磁力線泄漏出鋼管表面。檢測(cè)被磁化鋼管表面逸出的漏磁量，就可以判斷缺陷是否存在。漏磁通法一般只限于管道表面和近表面的檢測(cè)，管壁太厚，抗干擾能力差，空間分辨力低。另外，小而深的管壁缺陷處的漏磁信號(hào)要比形狀平滑但很嚴(yán)重的缺陷處的信號(hào)大得多，所以，往往需要校驗(yàn)，特別是當(dāng)管材中混有雜質(zhì)時(shí)，還會(huì)得到虛假數(shù)據(jù)。
1.2.2 超聲波法
??? 超聲波檢測(cè)法主要利用超聲波的脈沖反射原理測(cè)量管壁腐蝕后的厚度。檢測(cè)時(shí)將探頭垂直向管道內(nèi)壁發(fā)射超聲脈沖，探頭首先接收到由管壁內(nèi)表面反射脈沖，然后超聲探頭又會(huì)接收到來(lái)自管壁外表面的反射脈沖，這個(gè)脈沖與內(nèi)表面反射脈沖之間的間距反映了管壁的厚度。這種檢測(cè)方法是管道腐蝕缺陷深度和位置的直接檢測(cè)方法，檢測(cè)原理簡(jiǎn)單，對(duì)管道材料的敏感性小，不受管道雜質(zhì)的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)厚壁大口徑管道進(jìn)行精確檢測(cè)，還能分辨管道的內(nèi)外壁腐蝕、管道的變形、應(yīng)力腐蝕破裂和管壁內(nèi)的缺陷，如夾渣等。
??? 目前，國(guó)外結(jié)合漏磁通法和超聲波法研制出了各種管內(nèi)智能檢測(cè)裝置，一般有兩大類為：有纜型和無(wú)纜型。
??? 有纜型管內(nèi)智能檢測(cè)裝置一般由配有各種檢測(cè)儀的管內(nèi)移動(dòng)部分、設(shè)置在管外的遙控裝置、電源、數(shù)據(jù)記錄處理儀、電纜供給控制裝置以及連接管內(nèi)移動(dòng)檢測(cè)部分和管外裝置的電纜組成。由于該類管內(nèi)智能檢測(cè)裝置的數(shù)據(jù)處理與電源部分設(shè)在管外，所以管內(nèi)的移動(dòng)部分一爬行機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，可以應(yīng)用于中小口徑的管道，但是受到電纜長(zhǎng)度的影響，其檢測(cè)長(zhǎng)度有限，而且多應(yīng)用于停運(yùn)管道的檢測(cè)。
??? 無(wú)纜型管內(nèi)智能檢測(cè)裝置一般由主機(jī)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和輔助設(shè)備3部分組成。無(wú)纜型管內(nèi)智能檢測(cè)裝置的主機(jī)指在管內(nèi)行走的智能檢測(cè)爬機(jī)部分，國(guó)外漏磁檢測(cè)爬機(jī)的研究始于20世紀(jì)70年代中期，而超聲波技術(shù)是在20世紀(jì)80年代末才引入爬機(jī)的。與漏磁檢測(cè)爬機(jī)相比，超聲波檢測(cè)爬機(jī)具有不受管道壁厚限制的優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)踐也表明，超聲波檢測(cè)法提供的檢測(cè)數(shù)據(jù)比漏磁法更為精確。現(xiàn)在國(guó)外的超聲波檢測(cè)爬機(jī)的軸向判別精度可達(dá)3.3mm，管道圓周分辨精度可達(dá)8mm，機(jī)體外徑從59mm到1504mm，爬機(jī)的行程可達(dá)50km～200km，行走速度最高可達(dá)2m/s。
??? 無(wú)纜型管內(nèi)智能檢測(cè)裝置的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)指安裝在爬機(jī)內(nèi)的，用于管內(nèi)檢測(cè)過(guò)程中記錄數(shù)據(jù)的部分，一般待爬機(jī)檢測(cè)結(jié)束后，由爬機(jī)中取出記錄數(shù)據(jù)，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，以供檢測(cè)人員對(duì)腐蝕狀況進(jìn)行評(píng)估。
??? 無(wú)纜型管內(nèi)智能檢測(cè)裝置的輔助設(shè)備指用于發(fā)送爬機(jī)的裝置和檢測(cè)定位的裝置。
??? 無(wú)纜型管內(nèi)智能檢測(cè)裝置無(wú)論是檢測(cè)精度、定位精度、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、還是數(shù)據(jù)分析均已達(dá)到了較高的水平。特別是隨著電磁聲學(xué)傳感器的出現(xiàn)和應(yīng)用，這類爬機(jī)還能檢測(cè)管道的應(yīng)力腐蝕裂紋。
??? 國(guó)內(nèi)地下燃?xì)夤艿罊z測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用仍處于相對(duì)比較落后的狀況，大部分燃?xì)夤艿啦粌H沒(méi)有使用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，而且各種管道腐蝕技術(shù)也都是管外檢測(cè)，無(wú)法對(duì)埋地管道的腐蝕情況進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)，從而可能造成重大損失。目前管道的各種智能檢測(cè)爬機(jī)仍在研究開(kāi)發(fā)中，盡管某些科研單位已經(jīng)研制出了幾種功能樣機(jī)，但還難以滿足實(shí)際要求。
2?管道泄漏檢測(cè)方法
??? 根據(jù)燃?xì)庑孤z測(cè)原理，現(xiàn)有的方法可分為直接檢測(cè)法(根據(jù)泄漏的介質(zhì))和間接檢測(cè)法(根據(jù)泄漏引起的管道流量、壓力等輸送條件的變化和泄漏引起的聲、光、電等變化)。
2.1?直接檢測(cè)法
??? 最常用的直接檢測(cè)法有火焰電離檢測(cè)法和可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)法兩種。
??? 火焰電離檢測(cè)法的基本工作原理是：在有電場(chǎng)存在的情況下，烴類(氣態(tài))在純氫火焰灼燒下產(chǎn)生帶電碳原子，碳原子被搜集到一個(gè)電極板上并計(jì)數(shù)，當(dāng)碳原子的數(shù)量超過(guò)預(yù)設(shè)定值時(shí)，則表明周圍空氣中存在超過(guò)了警戒濃度的可燃?xì)怏w，檢測(cè)器即報(bào)警。該檢測(cè)器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，只要1m3空氣中含有1.8×10-6m3的可燃?xì)怏w就可檢測(cè)到；響應(yīng)快，典型的響應(yīng)時(shí)間為2s；定位精確度高；抗干擾能力強(qiáng)；可檢測(cè)濃度范圍大；具有較快的檢測(cè)速度。缺點(diǎn)是不能長(zhǎng)距離連續(xù)檢測(cè)，對(duì)密閉空間內(nèi)的管道泄漏檢測(cè)時(shí)易引起燃燒或爆炸事故。
??? 可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)法的基本工作原理是：通過(guò)擴(kuò)散作用從空氣中取樣，利用催化氧化原理產(chǎn)生一種與可燃?xì)怏w濃度成比例的信號(hào)，一旦可燃?xì)怏w濃度超過(guò)爆炸下限的20％，繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)便可傳送到遠(yuǎn)方控制板上的報(bào)警器報(bào)警。
2.2?間接檢測(cè)法
??? 管道的泄漏會(huì)引起管道流量、壓力和溫度等運(yùn)行條件發(fā)生變化，據(jù)此可對(duì)泄漏進(jìn)行判斷。主要有以下4種形式。
??? (1)流量/壓力變化
??? 在管道的出口或入口設(shè)置壓力和流量設(shè)備，如果所測(cè)壓力或流量的變化幅度大于預(yù)設(shè)值，則發(fā)出泄漏報(bào)警。這種方式雖然簡(jiǎn)單，但不能精確定位，而且誤報(bào)警率較高。
??? (2)質(zhì)量/體積平衡
??? 質(zhì)量或體積平衡法的基礎(chǔ)也是對(duì)體積進(jìn)行測(cè)量，不同點(diǎn)是將流量的變化歸納為質(zhì)量或體積平衡圖，可根據(jù)壓力/溫度的波動(dòng)和變化對(duì)流量進(jìn)行校正。在質(zhì)量或體積平衡圖上，泄漏引起的流量變化可以得到較清楚地顯示，能比第一種形式檢測(cè)到更小的泄漏量。
??? (3)動(dòng)態(tài)模型分析
??? 動(dòng)態(tài)模型法用數(shù)學(xué)模型模擬管道中流體的流動(dòng)，依據(jù)模型的計(jì)算值和測(cè)量值的差值判斷泄漏。模型采用的方程包括質(zhì)量平衡、動(dòng)態(tài)平衡、能量平衡和流體狀態(tài)方程等，動(dòng)態(tài)模型法需要在管道的出入口和管道沿線測(cè)量流量及壓力，測(cè)量點(diǎn)越多，效果越好。動(dòng)態(tài)模型法的突出特點(diǎn)是對(duì)泄漏的敏感性好，可對(duì)泄漏點(diǎn)定位，并可對(duì)管道進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，但誤報(bào)警率高。
??? (4)壓力點(diǎn)分析法(PPA)
??? 管道在正常運(yùn)行時(shí)，其壓力值呈現(xiàn)連續(xù)變化的穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏點(diǎn)由于物質(zhì)損失發(fā)生壓力驟降，破壞了原有的穩(wěn)態(tài)，因此管道開(kāi)始向新的穩(wěn)定狀態(tài)過(guò)渡。在此過(guò)程中產(chǎn)生了一種沿管道以聲速傳播的擴(kuò)張波，這種擴(kuò)張波會(huì)引起管道沿線各點(diǎn)的壓力變化，并將失穩(wěn)的瞬態(tài)向前傳播。在管道沿線設(shè)點(diǎn)檢測(cè)壓力，采用統(tǒng)計(jì)的方法分析檢測(cè)值，提取出數(shù)據(jù)變化曲線，并與管道處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的曲線作比較。如果現(xiàn)行狀態(tài)曲線脫離其特有形式，則表明有泄漏發(fā)生。該方法可檢測(cè)流量超過(guò)3.17%的泄漏。
??? 在以上4種形式中，流量/壓力變化、質(zhì)量/體積平衡和壓力點(diǎn)分析法易于維護(hù)，費(fèi)用低，但不能確定泄漏位置，也不能適應(yīng)發(fā)生變化的運(yùn)行條件；動(dòng)態(tài)模擬法可進(jìn)行泄漏點(diǎn)定位，也能夠適應(yīng)發(fā)生變化的運(yùn)行條件，但費(fèi)用高，操作人員需要較高的專業(yè)知識(shí)。
為此，近年已開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。
??? 管道的泄漏除了會(huì)引起流量、壓力、溫度等運(yùn)行條件變化外，也會(huì)產(chǎn)生噪聲，引起環(huán)境溫度和土壤電性質(zhì)的變化。根據(jù)這類變化進(jìn)行泄漏檢測(cè)，主要有以下方法。
??? (1)聲學(xué)檢漏法
??? 當(dāng)管道因腐蝕或破壞發(fā)生泄漏時(shí)，將產(chǎn)生頻率大于20kHz的頻率的振蕩，這一頻率在超聲波范圍內(nèi)，可由相應(yīng)的傳感器檢測(cè)到。檢測(cè)器通過(guò)記錄信號(hào)強(qiáng)度對(duì)泄漏源進(jìn)行精確定位。
??? 另一種聲學(xué)檢漏法為負(fù)壓法，也稱聲波報(bào)警檢測(cè)法。其主要部件是壓力傳感器，通過(guò)檢測(cè)管道中泄漏或斷裂引起的擴(kuò)張波來(lái)判斷泄漏；負(fù)壓法直接檢測(cè)擴(kuò)張波，檢測(cè)器內(nèi)裝有同步觸發(fā)系統(tǒng)，接收到擴(kuò)張波后報(bào)警，然后依據(jù)管道內(nèi)經(jīng)驗(yàn)聲速計(jì)算泄漏位置。由于該瞬時(shí)波在氣體中的傳播速度約為0.32km/s，因此在危險(xiǎn)地區(qū)內(nèi)以3.2km～5.2km的間隔安裝檢測(cè)器，幾秒內(nèi)可檢測(cè)到破裂。但檢測(cè)時(shí)需要消除管道的背景噪聲。這種方法在檢測(cè)大的破裂時(shí)十分有效，對(duì)于小的破裂，因噪聲的影響則誤報(bào)警率顯著升高。負(fù)壓法在每一管段一般需要兩個(gè)或多個(gè)傳感器以幫助定位和消除噪聲。
