摘 要 城市燃氣網(wǎng)管安全運行的主要問題就是泄漏問題。本文通過對城市燃氣管網(wǎng)特點的分析，總結(jié)了現(xiàn)有的城市燃氣泄漏檢測系統(tǒng)，主要分析對比了SCADA系統(tǒng)在城市燃氣管網(wǎng)泄漏檢測中的各種技術(shù)的優(yōu)缺點，在系統(tǒng)和技術(shù)層面給出了意見。  

 

關(guān)鍵詞：泄漏檢測技術(shù) SCADA系統(tǒng) 城市燃氣管網(wǎng)   

 

0引言  隨著我國燃氣事業(yè)的高速發(fā)展，燃氣安全技術(shù)越來越受到重視，傳統(tǒng)的安全檢測已經(jīng)不能滿足人們對燃氣安全生產(chǎn)運行的要求。以計算機為基礎的信息時代，燃氣管網(wǎng)也進入了數(shù)字化的進程中，城市燃氣安全運行管理有了更為先進準確的手段。本文主要對基于城市燃氣管網(wǎng)的特點，目前城市燃氣故障（泄漏）檢測系統(tǒng)中的存在的問題進行分析，討論目前存在的問題。希望能夠在一定程度上對檢漏系統(tǒng)的設計和改造過程中有一定的幫助。 

 

1 城市燃氣管網(wǎng)的特點  城市燃氣管網(wǎng)是直接面對燃氣用戶的，有著不同于長輸管線的特點，而這些特點又會增加檢漏系統(tǒng)設計的難度

 （1）布線方式：  城市燃氣管道設計一般從環(huán)形管網(wǎng)出發(fā)，因此管網(wǎng)節(jié)點多。同時城市的人工障礙物多，影響管道的走向。城市燃氣管網(wǎng)還可能存在不同程度的冗余，增加了自動化檢測的難度和成本。 

（2）道路路面  地下燃氣管道一般沿城市道路，人行道或綠化地帶內(nèi)敷設。路面的材料的透氣程度存在很大差別，泄漏燃氣可能無法溢出路面而向其它地方匯集產(chǎn)生爆炸隱患。如瀝青路面，水泥混凝土路面，土壤等。另外不同等級的道路其動載荷也不同，對管道的影響也不同。 （3）管道的地下環(huán)境

城市地下管道比較復雜，除燃氣管道外，還有給排水道路，各種地溝以及城市供暖系統(tǒng) 

 （4）管道及燃氣參數(shù)  城市燃氣的需求是月、日、時而變化，各種調(diào)壓器，調(diào)壓站在隨著用氣需求而進行動作以及燃氣調(diào)度造成整個管網(wǎng)各項參數(shù)的變化。城市中存在不同種類、不同壓力的燃氣，存在著不同材料的燃氣管道。   

 

 2 現(xiàn)有的城市燃氣泄漏檢測系統(tǒng) 

（1）傳統(tǒng)的檢測系統(tǒng)  《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》和《城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)搶修和維護技術(shù)規(guī)程》為主的國家標準構(gòu)成了城市燃氣安全體系的核心。國家標準中規(guī)定了各種燃氣設施的安全設計、運行與維護所要達到的要求，這些標準特別是強制性條文使得城市用氣安全有了保障。在規(guī)范和規(guī)程中的檢漏體系，主要是規(guī)定了人工巡檢的機制，對燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)的管道及其附件，設備的安全檢查。  人工巡檢實質(zhì)上就是間斷性的檢測，隨著檢測特點的不同可分為固定式和便攜式。固定式是指將檢測設備固定在某點如用戶廚房，檢測井，閥門井中，對某一空間進行的監(jiān)測，一旦發(fā)生泄漏并達到一定濃度時，便發(fā)出報警信號。便攜式是指巡檢人員攜帶檢測設備可對燃氣管道的各個點進行檢測，就有高度的靈活性和靈敏度?，F(xiàn)有的便攜式檢測設備很多，靈敏度都很高，基于的原理也都不一樣。

 （2）發(fā)展中的新系統(tǒng)  目前，在我國城市燃氣管網(wǎng)運行管理正穩(wěn)步進入計算機監(jiān)控運行。統(tǒng)計各大城市城市城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)的運行管理系統(tǒng)，SCADA管道監(jiān)測控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了廣泛的使用。到目前，北京，上海，重慶，天津，合肥等大中城市的燃氣管網(wǎng)運行管理都在使用，并在燃氣調(diào)度和泄漏檢測方面取得良好的效果。  SCADA系統(tǒng)是以計算機為基礎的生產(chǎn)過程控制與遠程調(diào)度相結(jié)合的自動化系統(tǒng)。主要有調(diào)度控制中心，場站，現(xiàn)場儀表，通訊系統(tǒng)四部分組成。實現(xiàn)對燃氣管網(wǎng)的實時中央監(jiān)控和管理操作。[6]基于SCADA系統(tǒng)的檢漏技術(shù)就是利用其提供的大量實時的管道燃氣參數(shù)（溫度，壓力，流量，流速等）和通訊系統(tǒng)，采用不同原理的檢測方法來對管道進行泄漏檢測。為了提高檢測的準確度，一般采用多種方法同時對管道進行檢測，通用的檢測原理有：壓力流量分析法、質(zhì)量體積平衡法。現(xiàn)有的SCADA檢漏系統(tǒng)設計時，根據(jù)應用對象的不同，會采用不同的方法，如美國加利福尼亞Bakers油田到拉斯維加斯地區(qū)的Pacific原油管道系統(tǒng)，采用壓力波分析，壓力流量分析和質(zhì)量體積平衡。美國謝夫隆管道公司（CPL）將壓力點法（PPA）作為SCADA系統(tǒng)的一部分。以統(tǒng)計檢漏法為核心的ATMOSPIPE泄漏檢測系統(tǒng)也可以與SCADA系統(tǒng)對接。[1-4]

 

壓力流量分析法：在管道的出口或入口設置壓力和流量測量設備，如所測壓力或流量的變化幅度大于預設值，則發(fā)出泄漏警報。

[1]  質(zhì)量體積平衡法：質(zhì)量或體積平衡法的基礎也是對流量進行測量，不同點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/溫度的波動和變化對流量進行校正。在質(zhì)量或體積平衡圖上，泄漏引起的流量突變可以得到較清楚地顯示，能比第一種形式檢測到更小的泄漏量[1]  壓力點檢漏法（PPA）：PPA法是利用壓力波原理發(fā)展的一種新型檢漏方法。該方法依靠分析由單一測點取得數(shù)據(jù)，在場站或干線上某位置上安裝一個壓力傳感器，泄漏時漏電產(chǎn)生的負壓波向檢測點傳播，引起該點壓力（或流量）變化，分析比較檢測點數(shù)據(jù)與正常工況的數(shù)據(jù)，可檢測出泄漏。

[2]  壓力波檢漏法：當管道發(fā)生泄漏事故時，由于壓差產(chǎn)生的低壓波沿管道上下傳播，通過檢測壓力波，對漏點定位。  統(tǒng)計檢漏法：該方法根據(jù)管道的入，出口測取的流體流量和壓力，連續(xù)計算泄漏的統(tǒng)計概率。對與最佳檢測時間，使用序列概率比實驗方法。當泄漏確定之后，可通過測量流體流量和壓力及統(tǒng)計平均值估算泄漏量，用最小二乘法進行泄漏定位。該方法最主要的突破在于無需復雜的管道模型就可到達較高的檢測性能。

[3] 殼牌公司的管道檢漏統(tǒng)計系統(tǒng)適用于氣體和液體管道,也適用于多級入口和多級出口管道,在正常的管道運行期間,可檢測出很小的泄漏量。由于該系統(tǒng)無需復雜的管道模型,只需很少的工作就可使該系統(tǒng)滿足各種運行要求。該系統(tǒng)可根據(jù)入口和出口所測的壓力及流量進行設計,計算技能低于傳統(tǒng)的軟件系統(tǒng),系統(tǒng)的維護簡單易行。[4]

（3）自發(fā)報警系統(tǒng)  由于城市人口密集，通訊方便。燃氣管網(wǎng)發(fā)生泄漏，一旦被人群發(fā)覺，會迅速自發(fā)報警，相應部門得到信息及時處理。 

 

3 現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題及發(fā)展趨勢

 (1) 傳統(tǒng)的檢漏系統(tǒng)的缺陷  傳統(tǒng)的檢漏系統(tǒng)在時間和空間上存在著許多漏洞如夜間或人員稀少的燃氣泄漏突發(fā)事件，一旦在這些時間和地方出現(xiàn)事故，不易發(fā)現(xiàn)，造成損失和危害。城市燃氣管網(wǎng)較長，巡檢的周期也很長。傳統(tǒng)的檢漏系統(tǒng)重在檢測，而不是監(jiān)測，因此才有了計算機控制的管網(wǎng)自動化技術(shù)。

 (2) 現(xiàn)有的各種檢測方法的缺陷。  流量/壓力變化、質(zhì)量/體積平衡和壓力點分析法易于維護，費用低，但不能確定泄漏位置，也不能適應發(fā)生變化的運行條件

[1]壓力波法但對于緩慢增加的泄漏反應弱,甚至無效

[4]統(tǒng)計檢漏法僅檢測管線入、出口的壓力和流量值所需參數(shù)少,這是其優(yōu)點之一,但也不可避免的帶來問題。因為多點同時泄漏與單點泄漏對出入口壓力流量的影響是一樣的,很難區(qū)分。但如果不加以區(qū)分,如果發(fā)生多點同時泄漏時,所采用的單點定位方法就沒有意義。

[3]  從SCADA系統(tǒng)發(fā)展來看，它較多的運用在長輸管線，但由于城市燃氣管網(wǎng)不同于長輸管線的特點使得對以往較適用的檢測方法在適用性上還有很多問題。實際上由于SCADA系統(tǒng)本身可以提供大量的燃氣數(shù)據(jù)信息，所以一般都采用基于管道燃氣數(shù)據(jù)的算法模型。但是城市管網(wǎng)的特點對各種檢測方法的數(shù)學模型的建立產(chǎn)生了很大程度上影響。如城市燃氣參數(shù)變化（工況變化）、各級管道管材不同、管道冗余等。而數(shù)學模型建立的好壞將直接影響檢漏系統(tǒng)的實際使用效果，數(shù)據(jù)誤差可能會導致較高的誤報率。同時各種算法模型對于微小泄漏的檢測著比較困難，特別是對所以連續(xù)性檢測還不能做到對泄漏檢測全方位監(jiān)測。

 （3）發(fā)展趨勢  連續(xù)性檢測技術(shù)使得檢測變成了監(jiān)測，在時間和空間保證了連續(xù)性，使得燃氣管網(wǎng)處于實時的監(jiān)控之中。但連續(xù)性檢測系統(tǒng)本身存在著一定的缺陷，它的靈敏度和定位精度相對較低，微小泄漏難以察覺，誤報率也現(xiàn)對較高。間斷性泄漏檢測法敏感性和定位精度有著無可比擬的優(yōu)越性，誤報率也非常低。如人或狗巡線（嗅覺）、取樣分析法、光學檢測法，遙感激光法等，通過對管線進行沿線逐步測量發(fā)現(xiàn)管道是否存在泄漏和其他故障。面對處于復雜城市環(huán)境，因而對其安全性有更高要求的城市燃氣管網(wǎng)，連續(xù)性檢測和間斷性檢測，計算機監(jiān)測和人工巡查，只有運用多種手段才能使得人們對燃氣系統(tǒng)安全運行得到可靠保證。同時利用各種分析手段對管道進行風險評價，對不同等級的管道運用不同的技術(shù)手段以保障其經(jīng)濟適用性。  基于神經(jīng)網(wǎng)絡的管道泄漏檢測方法不同于已有的基于管道準確流動模型描述的泄漏檢測方法,能夠運用自適應能力學習管道的各種工況,對管道運行狀況進行分類識別,是一種基于經(jīng)驗的類似于人類的認知過程的方法,該方法還可以應用到管道堵塞、變形等多種故障。對于運行工況比較復雜的城市燃氣管網(wǎng)可以利用這些特點設計檢測系統(tǒng)，目前已有單位申請了該種檢測方法的發(fā)明專利，具有廣泛的應用前景 

 

4 結(jié)束語      

 隨著檢測技術(shù)的不斷提高如衛(wèi)星監(jiān)視系統(tǒng)，城市燃氣管道的數(shù)字化程度越來越高，計算機管理體系越來越智能化，城市燃氣安全、經(jīng)濟的運行將會有更加多的保障。  

 

 參考文獻

 

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