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天然气泄漏空间动态分布监测报警系统

发表时间：2020/11/17 来源：《基层建设》2020年第22期作者：刘标

[导读] 摘要：在国民经济飞速增长的今天，天然气已经成为了主要能源的代表，其需求量在近几年也是不断增大，因此天然气泄漏问题也越发收到关注。

        浙江浙能天然气运行有限公司浙江杭州 310052
        摘要：在国民经济飞速增长的今天，天然气已经成为了主要能源的代表，其需求量在近几年也是不断增大，因此天然气泄漏问题也越发收到关注。尤其近几年来天然气泄漏造成的事故频发，既伤害了人们的生命和财产，也给生态环境造成了巨大的污染。如何将智能高效的泄漏空间动态分布检测警报系统应用于及时发现天然气泄漏中已成为近年来的一个热点研究方向。本文将对天然气场站气体的泄漏空间动态分布监测报警系统进行研究。
        关键词：天然气泄漏；空间动态分布；检测报警
        0.引言
        当前，国家继续对天然气进行深度开发和利用。天然然气输气场站天然气输送线路的重要节点。它的运行状况与多方利益、燃料供应企业的安全、广大用户的舒适度以及客观环境等相关。影响其安全运行的因素很多，如发生煤气泄漏、火灾、爆炸等事故，且这些事故往往会造成重大的人身和财产损失。天然气泄漏事故危害程度的合理评估是天然气气场研究的重点之一。漏泄位置的确定是预防和控制瓦斯泄漏事故和预测瓦斯泄漏事故后果的基础。这也是目前天然气运输安全领域研究的重点，但是在实际应用过程中还存在很多问题。所以保证其稳定运行尤为重要。其中，站场设备的配置管理是一个重要环节。为保证输气系统的稳定可靠运行，必须对站场设备进行管理。为更加科学、合理地预防、控制和评价瓦斯事故，本文对天然气场站气体的泄露监测进行了初步的研究。
        1.天然气泄漏监测现状
        目前，国际上对天然气泄漏的探测和定位方法很多。按照测量方法、介质、检测设备和检测对象的位置，大致可分为硬件方法和软件方法、直接检测方法和间接检测方法、内部检测方法。最近几年比较常用的方法是基于硬件和软件的方法。其中基于硬件的方法采用了许多不同的物理原理，如基于视觉的红外温度传感器和基于听觉的超声传感器、嗅觉的碳和氧检测装置以及开放式激光甲烷和硫化氢气体探测器等用于管道运输或铺设以探测天然气泄漏的位置；软件方法是在计算机数据实时收集系统中管道流量和压力、温度和其他数据(如SCADA系统)的方法。利用流量或压力的变化，物质或动量平衡，系统的动力学模型，压力梯度等原理，通过计算对泄漏进行检测和定位。
        2.天然气场站天然气泄露的原因
        2.1天然气运输管道被腐蚀
        天然气运输管道失效的主要原因是管道被腐蚀。管路腐蚀的形成因素很多，包括充气不均、杂散电流、细菌、应力、材料疲劳、金属材料不均匀等。泄漏是由于管道内外防腐涂层的腐蚀、破裂、老化等原因造成的。尤其在东北地区，许多老管道已长期运行，且防腐层已严重老化。通过检查，这些管道都存在大面积腐蚀缺陷。很多管段内部因为技术原因都不能测试，因此这些组件具有很高的风险，并且有很大的安全风险。此外，由于站外管道部分开裂，第一时间发现泄漏点比较困难，给现场检测带来了一定困难。
        2.2法兰间泄漏
        法兰间联接是天然气管道与设备联接的主要形式，而法兰间泄漏是天然气站泄漏的主要形式。法兰密封主要依靠联接螺栓产生的预紧力，使密封圈达到足够的工作压力比，防止天然气泄漏。对输气管道而言，由于输送腐蚀、高压、振动等原因，法兰密封失效，造成管道泄漏。
        2.3冲刷引起的泄漏
        由于冲刷原因造成站场泄漏的事故较多,比较容易出现此类故障的部位是管道弯头,特别是流速较快的弯头处,造成这种泄漏主要有以下几个原因：（1）弯曲半径最大的一侧存在着加工减薄的。（2）气体流动较快，流过弯管时，会对管壁产生很大的冲刷力。受此影响，管壁金属不断损失，管壁金属逐渐变薄，从而导致石油泄漏。对下游站段的弯管而言，上游硫化铁粉及其它杂质会沿管道进入下游，从而加速其磨损速度。靠近天然气站的下水道管弯管最容易穿孔。（3）调压阀的阀体也很容易被刺穿。
        3.天然气泄漏空间动态分布监测报警系统
        对天然气泄漏空间动态分布监测主要包括对储气库的气密性、参数以及油气、水界面的监测。外国动态监控技术也日趋完善。

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但由于地质条件和储气要求不同，各国天然气站场的监测内容也不尽相同。
        3.1天然气泄漏空间动态分布监测报警系统介绍
        在国内，对天然气站场一般采用三种方式进行动态扫描，测量天然气泄漏，导轨式和高杆式测量扫描的信号送入总控模块，无人机测量及控制接入无人机管理模块，总控和无人机管理模块本别提供服务接口，再接入网络中心。
        （1）导轨式天然气动态扫描监测报警系统
        导轨式天然气动态扫描监测报警系统包含设备一般为：导轨式天然气动态扫描监测报警系统一套，高杆云台天然气动态扫描监测报警系统一套，总控模块一套，可实现对制定区域内甲烷气体浓度的连续监测和全空间浓度反演，对泄漏源进行计算，指定泄漏区域，并提供接口在智慧管网系统上实现浓度的可视化显示。
        （2）高杆云台天然气动态扫描监测报警系统
        高杆云台天然气动态扫描监测报警系统由高杆、云台、测量系统组成。高杆要求采用可升降平台，要求采用整体防爆升降灯杆，高杆高度为10米，杆体应采用防腐处理或耐腐蚀的材料，升降重要部件如滑轮、挂钩等均使用不锈钢，
        （3）总控模块
        导轨式和高杆云台天然气泄漏空间动态监测报警系统应采用一套总控模块，该模块将具有以下功能：接收导轨式和高杆式天然气泄漏空间检测系统的信号，并对二套设备的移动转向进行控制，采用2台测量仪在水平和垂直方向上同时进行测量，进行联合空间浓度反演后，划定泄漏区域。依托空间测量的数据，在服务器上用浓度空间反演算法进行浓度反演，提高信号可靠性。能对每套设备进行自检、对移动区间和速度进行设置。
        （4）无人机平台动态扫描监测报警系统
        采用无人机，飞机上配置监测仪，无人机在站场上空30米进行移动式天然气动态扫描，一旦发现天然气泄漏就发出报警信号。
        3.2天然气泄漏的检测手段
        （1）测温仪用来检测由于气流膨胀而引起的温度梯度的异常变化；转子流量计用来检测套管内的气体流量；天然气饱和度测量井用来探测天然气在不同深度的饱和度，并预测再生水和瓦斯油在天然气中的位移。
        （2）激光甲烷传感器
        近年来，随着光纤传感技术的发展，用于激光光谱吸收的光纤传感器得到了越来越多的研究。激光甲烷传感器具有测量范围大，测量误差小，响应速度快，调节周期长，使用寿命长，气体均匀度好，便于后期维护等优点。
        利用气体吸收光谱法测定甲烷。按照朗伯-比尔定律，当平行光束通过气体测试室时，当强度、气体在压力下的浓度已知，根据公式既可以计算出气体的浓度。实际上，在设计传感器时，一般都假定气体的压力和吸收线是恒定的，且只有在测量吸收前后，才能得到待测气体的浓度。为提高测量精度和可靠性，需要进行温度压力补偿。激光甲烷传感器可以帮助天然气站场在一定的温度和压力范围内准确地实时测定甲烷浓度，帮助实现远端实时监测、随时随地监测的目的。
        4.结束语
        天然气作为主要能源的代表，近年来对天然气的需求也越来越大，因此天然气泄漏问题也越来越受到重视。特别是近年来天然气泄漏事故频繁发生，不仅对人类的生命财产造成损害，而且对生态环境造成了极大的污染。
        参考文献
        [1]张布悦等.输油管线泄漏检测与定位技术综述.上海海运学院学报, 2001;22(3)
        [2]张晓钟.油品储运检测诊断技术综述.油气储运,1995;4(6):44~47
        [3]陈积懋.管道无损检测与评价技术.石油化工设备技术,1997;18(1):59