一种燃气管道泄漏在线检测和定位方法及其装置制造方法

一种燃气管道泄漏在线检测和定位方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种燃气管道泄漏在线检测和定位方法及其装置。本方法基于声发射检测技术，总结实验室试验和燃气管道泄漏现场检测的经验和成果，主要从检测准备工作、检测程序、检测结果分析、验证等几个方面作了详细描述。提出了新的具体的燃气管道泄漏检测和定位技术性细节，补充完善了国内燃气管道泄漏检测技术应用方面的不足，对于促进城市燃气管网的检测和监控手段的提升，及时发现城市燃气管网泄漏隐患，防患于未然，有效防御重大城市火灾、爆炸风险，以及加快相关技术成果的转化及其在工程实际中的广泛应用具有积极意义。
【专利说明】CN 103499023 A
书
明
说
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一种燃气管道泄漏在线检测和定位方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃气管道泄漏在线检测和定位方法及其装置，属于油气储运风险 控制领域。
【背景技术】
[0002]建国以来，特别是改革开放以后，我国的城市燃气事业得到迅速发展，燃气管网建 设加快，燃气供应能力不断增强，促进了城市经济和社会的发展。到2006年，全国城市燃气 管道长度已达到18.95万公里，其中人工气5.05万公里，液化石油气1.75万公里，天然气
12.15万公里。
[0003]因局限于当时的管道技术和管材使用，有的城市采用了灰口铸铁管道和落后的管 接方式及防腐措施，敷设的埋地管道都已进入“老龄期”，其中已有相当一部分的管道运行 时间过长，管道腐蚀严重，已进入泄漏频发期。
[0004]如DVGW(德国水和燃气专业协会)1996年对不同材质燃气管道泄漏进行的统计: -PVC管，942个漏气点，管道长16，839km
一灰口铸铁管，288132个漏气点，管道长11，055km 一球墨铸铁管，1871个漏气点，管道长10，049km 一钢管，43419个漏气点，管道长171，161km -PE管7588个漏气点，管道长123，256km
从以上统计数子可以看出，灰口铸铁管道在单位长度内的漏气点数最多，是最易发生 事故和最需要进行维修的；其次是钢管，腐蚀穿孔是产生漏气的主要原因。对于PVC、PE管 而言，最主要的原因是第三方的破坏，即其它施工对其损害。
[0005]随着城市承载负荷的加大和燃气管网的老化,城市燃气泄漏导致的着火、爆炸、中 毒等恶性事故时有发生，已成为继交通事故、工伤事故之后的第三大杀手。如:
2006年I月20日，四川省仁寿县富加镇天然气输气管线爆炸，造成9人死亡，4人重伤， 30余人轻伤；2007年3月12日，美国得克萨斯州天然气输气管道爆炸，大火烧毁了数十辆 挖土机和卡车，造成3万多居民家中停电。
[0006]火灾、爆炸仅仅是天然气管线发生泄漏的恶性表现，在爆炸之前，通常已经发生一 段时间的泄漏。实际上，未导致爆炸的泄漏发生次数相对更多，其造成的经济损失巨大、对 城市环境的污染和能源浪费十分严重。
[0007]因此，运用现代技术发展城市燃气管道的泄漏检测技术，及时发现制止泄漏源，从 本质安全上及时补漏，避免事故发生，对遏制能源浪费，节约成本乃至城市的健康持续发展 都有重要意义。
[0008]然而，目前燃气管道的检漏体系，主要是通过人工地面巡检的机制，对燃气管网系 统的管道及其附件，设备的安全检查。这种传统的管道巡检方式发现泄漏采用人的视觉和 听觉相结合的办法，这种方法易受人的生理因素的制约和劳动经验的影响，且对巡检人员 的工作技能要求较高，其实质上就是间断性的检测，检漏系统在时间和空间上存在着许多漏洞，如夜间或人员稀少的燃气泄漏突发事件，一旦在这些时间和地方出现事故，不易发 现，造成损失和危害。城市燃气管网较长，巡检的周期也很长，加上外界其它各种因素的干 拢，使人工巡检的效果并不十分理想，特别是对细微的管道泄漏，是目前城市燃气泄漏检测 方法所不能及的。
[0009]另外，现有流量/压力变化、质量/体积平衡和压力点分析法易于维护，费用低，但 不能确定泄漏位置，也不能适应发生变化的运行条件；压力波法对于缓慢增加的泄漏反应 弱，甚至无效；统计检漏法仅检测管线入、出口的压力和流量值，所需参数少，这是其优点 之一，但也不可避免的带来问题，因为多点同时泄漏与单点泄漏对出入口压力流量的影响 是一样的，很难区分。
[0010]热红外成像法、漏磁检测法、光纤检测法等在燃气管道泄漏检测中均已取得良好 效果。但这些方法或者不能进行连续监测(如前两种方法)，或者虽然灵敏度和精度高，但 是需要站外测点，无法保证系统安全，或价格昂贵，检测成本较高。
[0011]声发射(Acoustic Emission简称AE)技术是一种动态无损检测方法，具有超声、 涡流没有的优势，可以对管道中已经存在的泄漏进行连续检测，对诊断的实时性要求不高， 可不要求设备停产或停止运行，不要求在泄漏刚发生时就必须检测到泄漏信号，可以在泄 漏发生后的一段时间内进行检测，极大地提高了诊断的方便性和正确性。
[0012]国外的一些发达国家如美国、欧洲、日本等早在上个世纪八十年代就已经在压力 管道的声发射泄漏检测方面做了深入的研究，并且得到了广泛的应用，相继制定了一系 列泄漏声发射检测技术标准，如美国材料试验协会(ASTM)颁布的E1139-02《Standard Practice for Continuous Monitoring of Acoustic Emission from Metal Pressure Boundaries))(《金属压力容器连续监视方法》)、E 1211-02《Standard Practice for Leak Detection and Location Using Surface-Mounted Acoustic Emission Sensors))(〈〈泄漏 检测和定位方法》)、E 1419-02a((Standard Test Method for Examination of Seamless, Gas-Filled, Pressure Vessels Using Acoustic Emission))(《无焊缝气容器检测方法》) 和 E 1118 ((Standard Practice for Acoustic Emission Examination of Reinforced Thermosetting Resin Pipe》(《FRP管道检测方法》)。法国1985年出台了《泄漏检测方法》 NFA09-352标准，日本无损检测协会(NDIS)及欧洲声发射工作组(EWGAE)等，也相继提出了 有关声发射检测标准和和检测方法。
[0013]我国对声发射检测技术的应用研究也有几十年的时间，但主要针对压力容器、高 压气瓶的声发射检测研究，并出台了相关的检测标准，如=GJB 2044-1944《钛合金压力容器 声发射检测方法》、QJ 2914-1997《复合材料结构件声发射检测方法》、JB/T 7667-1995《在 役压力容器声发射检测评定方法》、JB/T 6916-93《在役高压气瓶声发射检测和评定方法》
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[0014]在压力管道的泄漏检测方面，近年来中国特种设备检测研究院和清华大学等机构 做了很多研究，推动了我国声发射检测技术在管道泄漏检测方面的发展。但在城市燃气管 道泄漏声发射检测方面研究不多，尤其是该领域的技术标准还是空白，使得声发射检测技 术在管道泄漏检测方面的广泛应用受到制约。

【发明内容】
[0015]本发明的目的在于充实完善我国燃气管道泄漏声发射检测技术及其应用的不足， 通过试验和现场检测案例研究，提出排查发现燃气管道小泄漏源(在地面无法检测到)的具 体的可行的方法，并较为准确地定位泄漏位置，促进城市燃气管网的检测和监控技术和手 段的提升，防患于未然，有效防御重大城市火灾、爆炸风险，加快相关技术成果的转化及其 在工程实际中的广泛应用，大大减少因长时间泄漏而又未及时发现而造成的财产的损失和 成本浪费，促进城市低碳环保、绿色发展的进程。
[0016]本发明采用的技术方案是:
一种燃气管道泄漏在线检测和定位方法，具体包括如下步骤:
(1)检测前:先加压被测管段，关闭一段时间后，观测有无人为的压力下降，有则确定该 管段有泄漏；
(2)检测系统校准:模拟源校准，采用声发射信号发生器或直径0.5mm、硬度 为HB的铅笔芯折断信号作为模拟源，其相应幅度值取三次以上相应平均值；灵 敏度校准，在检测开始或结束之后进行通道灵敏度校准，对每一通道进行模拟源 声发射幅度值响应校准，模拟源距换能器IOOmm内，各通道响应的幅度差不大于 士 WB，否则重新耦合换能器或调整换能器与前置放大器的匹配；各通道的门槛电平校准， 门槛电平比最高噪声电平高6dB以上，并尽可能保持一致，个别需要调整时，其差别不大于 ± idB ;衰减值校准，在两个换能器之间的位置用断铅或标定仪发射模拟声发射信号以测 量声发射信号在管道表面上的衰减值，用此衰减值和门槛电平水平来确定换能器之间的最 大间距，以保证测到声发射信号；定位校准，运用线定位方法实测声发射模拟信号的声传播 速度，以此实测值作为源定位的参考值，以计算定位声源；声发射源部位校准，在管道壁上 某一位置发射一个模拟源，若检测到的定位显示与声发射源部位一致，则该模拟源的位置 为检测到的声发射源部位的位置。
[0017](3)检测程序，即将检测设备直接安装在燃气管道生产线上，运用声发射泄漏检 测技术，通过实时检测，实时反馈信息，发现泄漏并定位:首先测量出背景噪声，背景噪声测 量时间不少于15分钟，以便设定合理的阈值，消除背景噪声的干扰或终止检测；换能器之 间的距离不超过100m，换能器可布置在已开挖并暴露出15-20cm2管道壁上，条件限制情况 下可布置在管道检查井中的被测管道暴露部位上；检测过程中如遇到强噪声干扰，例如雨、 雨夹雪、冰雹、沙子、风、碎裂或研磨，进行评估并通过隔声使影响最小化，记录这些噪声来 源；每个通道的声信号水平连续实时地记录，记录的参数还包括压力信号，以便与声发射检 测数据做相关分析；当检测到一个增强的信号水平，即疑似泄漏信号，则通知燃气公司工程 技术人员在疑似泄漏信号附近管段地面上打孔初验，打孔深度至少应达到管道埋地深度的 85%，打孔间距为30-50cm，当在验证孔口发现检测仪报警或浓度达到500ppm以上，可确定 在该验证孔附近下的管道确有泄漏，然后缩小换能器间距或范围进一步精确确定这个泄漏 信号的位置；当发现该疑似增强信号来源于被测管道结构以外的区域，消除该信号或降低 该信号水平以保证检测系统满足检测要求，如果这个外来泄漏信号无法消除，那么该信号 对声发射系统灵敏度的影响被记录下来；
(4)检测记录:记录所有校准数据和仪器测定的声发射信号参数，记录的信息至少应该 包括:燃气管道的材料、管径、管道长度及管道内燃气压力；换能器的技术条件，包括型号、 灵敏度、频率响应、固定方法、耦合剂名称、连接电缆型号和长度；换能器的安装位置；声发射仪器的型号和特性；每次校准的时间、步骤和结果；以图表的形式将所测声发射信号做 永久性的数据记录；
(5)检测结果分析评定:列出检测结果，用图表列出结果，这些数据图表应能表示出每 个声源的位置；最终评价管道上的泄漏情况应该根据各通道的RMS、ASL、能量、撞击、信号 强度等参数进行综合分析来判断泄漏源位置，检测前8秒内各通道的RMS、能量水平分析尤 为重要。
[0018]进一步，所述被测管段是相对独立的，且检测前没有介质流动或介质流动处于稳 态，每段被测管道重复检测3-5次，每次检测持续时间2-3分钟，每个通道的声信号水平参 数连续实时记录。
[0019]进一步，所述检测前的步骤还包括:检测前给管道适当增压，并保持压力不变；现 场勘查，找出所有可能的噪声源，包括电磁干扰、振动、摩擦和介质流动，对这些噪声予以排 除；处理被测燃气管道表面的保护层，以便于换能器能够与管道充分接触。
[0020]进一步，步骤(2)中所述门槛电平水平根据现场测得的背景噪声水平确定。
[0021]进一步，所述检测和定位方法在生产运行状态下、管道被有限开挖或不开挖情况 下进行，有限开挖指可在被测管道长度内每50m左右开凿一个检测孔，检查孔暴露面积约 15-20cm2的检测位置面，以安置换能器；在开挖检查被限制情况下，将换能器布置在检查井 中与阀门连接的被测管道裸露部位上，进行检测。
[0022]一种燃气管道泄漏在线检测和定位装置，包括换能器、前置放大器、主放大器、声 发射仪器处理器、信号线缆；所述换能器的输出端通过信号线缆与前置放大器的输入端连 接，前置放大器的输出端再通过BNC接头与主放大器和声发射仪主机连接，换能器直接与 被测物体接触，接受声信号，经前置放大器、主放大器传输到声发射仪，声发射仪将声信号 转变为电信号形成数据；
所述换能器为窄带低频换能器，谐振频率在2(Tl00KHz范围内，其灵敏度不小于60dB， 所述换能器对无线电波和电磁噪声干扰具有屏蔽作用，换能器在检测带宽和使用温度范围 内，其灵敏度变化不大于3dB，换能器与被检测管道表面之间保持电绝缘；
所述前置放大器短路噪声有效值电压不大于7 u V，在检测宽带和使用温度范围内，其 频率响应变化不超过3dB，且与换能器频率响应相匹配；换能器到前置放大器之间的信号 线长度不超过1.8m，且能屏蔽电磁干扰；
所述主放大器的增益是线性的，在(T50°C温度范围内其线性变化控制在3dB之内； 所述声发射仪器处理器具有实时显示和记录功能，用于记录信号波形、信号频率、ASL、 RMS、信号强度以及能量、撞击等参数，处理器阈值精度控制在±2dB范围内；处理器内能量 测量电路测量信号能量值的精度为±5%，声发射系统对每个通道在采集、处理、记录和显示 过程中具有处理不少于每秒10个声发射撞击信号的能力，当出现大量数据以致发生堵塞 情况时，系统能发出报警信号。
[0023]所述信号线缆是连接前置放大器和声发射仪的一个信号传输线缆，长度一般不宜 超过150m。
[0024]本发明的有益效果是:
(I)基于声发射检测技术，结合城市燃气管道现状，参照国内外有关资料，在总结实验 室试验和现场应用成果和经验的基础上研究编制了该技术方法，使得该方法在内容上更加全面、客观，在技术上更加可靠、可信，为声发射泄漏检测技术的普及推广应用提供技术支持。
[0025](2)丰富充实燃气管道声发射泄漏检测相关技术，对于加强城市燃气供给系统的 安全，防患于未然，防御重大城市火灾、爆炸风险，节约能源、减小环境污染、保障人民生命 财产安全，保证城市正常生产生活秩序和维持社会稳定等方面都具有重要意义。
[0026](3)本发明根据本国的国情和管道检测的特点，在实验室试验的基础上，设计提 出可行的检测方法，用于各种不同压力、管径的钢管、铸铁管城市燃气管道进行在线实地检 测，总结实验室试验和现场检测的经验和成果制定而成，为今后实际工程应用提供了较为 可行的技术指导。
【专利附图】

【附图说明】
[0027]图1是实验室泄漏检测试验中实验管段示意图；
图2是在0.2Mpa下泄漏量占总流量的2%的ASL对位置定位图 图3是在0.2Mpa下泄漏量占总流量的2%的RMS对位置定位图 图4是在0.2Mpa下泄漏量占总流量的2%的能量对位置定位图 图5是在0.2Mpa下泄漏量占总流量的2%的信号强度对通道； 图6是实施例1中被测管道示意图；
图7是实施例中I号探头的安置示意图；
图8是实施例中2号探头的安置不意图；
图9是实施例中首次实测定位时能量对位置定位图；
图10是实施例中首次实测定位时ASL对位置定位图 图11是实施例中首次实测定位时RMS对位置定位图 图12是实施例中首次实测定位时撞击对位置定位图 图13是实施例中打孔验证孔口的示意图；
图14是实施例中缩小范围后RMS对位置定位图；
图15是实施例中缩小范围后能量对位置定位图；
图16是实施例中缩小范围后ASL对位置定位图；
图17是实施例中缩小范围后撞击对位置定位图；
图18是实施例中修补后的RMS对位置定位图；
图19是实施例中修补后的能量对位置定位图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0029]基于声发射检测技术，在燃气管道声发射检测试验和现场应用的前提下，总结实 验室和燃气管道在线泄漏现场检测的经验和成果，提出本发明的方法。
[0030]本发明一种燃气管道泄漏在线检测和定位方法，将检测设备直接安装在燃气管道 生产线上，运用声发射泄漏检测技术，通过实时检测，实时反馈信息，发现泄漏并定位。
[0031]燃气管道泄漏检测可在生产运行状态下，管道被有限开挖或不开挖情况下进行。 有限开挖指可在被测管道(段)长度内每50m左右开凿一个检测孔，检查孔暴露面积约15-20cm2的检测位置面，以安置传感器；在开挖检查被限制情况下，可将传感器布置在检查 井中与阀门连接的被测管道裸露部位上，进行检测。被测管道(段)传感器之间的距离一 般不宜超过100m，小管径衰减大，传感器间距尤其不宜过大。
[0032]检测前首先测量出背景噪声，建议背景噪声测量时间不少于15分钟，以便设定合 理的阈值，设法消除背景噪声的干扰或终止检测。当检测到一个增强的信号水平，通过综 合分析和相关分析，判断为疑似泄漏信号，则通知燃气公司工程技术人员在疑似泄漏信号 附近管段地面上打孔初验，打孔深度至少应达到管道埋地深度的85%，打孔间距30-50cm为 宜。当在验证孔口发现检测仪报警或浓度达到500ppm以上，可确定在该验证孔附近下的管 道确有泄漏，然后适当缩小换能器间距或范围进一步精确确定这个泄漏信号的位置。
[0033]利用本发明所述方法及装置进行检测的一整套检测流程包括以下内容:
一、本发明的适用范围
1、本发明适用于在役城市燃气埋地管道在日常或定期检查过程中的声发射检测和结 果评定。
[0034]2、本发明适用于城市燃气管道泄漏声发射检测，介质主要是天然气。
[0035]3、本发明采用在管道表面安装声发射换能器，可用于在役的钢管、铸铁管等燃气 管道泄漏检测和承压系统的连续性检测和水压试验。
[0036]4、经本发明方法发现管道泄漏点位置后，还需用相关检测仪进一步验证确定并找 到泄漏点。
[0037]5、国际单位m作为表示值的标准单位。
[0038]二、术语和定义
衰减:声发射幅度每单位距离的下降，通常以分贝每单位长度来表示。
[0039]平均信号电平(ASL):整流后进行时间平均的声发射对数信号，用对数刻度对声发 射幅度进行测量，以分贝为单位。
[0040]有效值电压(RMS):米样时间内，信号电平的均方根值，以V表不。
[0041]能量:声发射事件释放的总的弹性能。
[0042]信号强度:由声发射信号的波形所获得的最大振幅的峰值电压。
[0043]声发射通道:由一个换能器、前置放大器或阻抗匹配变压器、滤波器、二次放大器、 连接电缆以及信号探测器或处理器构成的系统。
[0044]耦合剂:填充在换能器和试件接触面之间的材料，在声发射检测过程中改善声能 穿过界面的能力。
[0045]有效声速:以人工声发射信号确定到达时间和距离为基础计算出来的声速,用于 定位计算。
[0046]连续发射:对由声发射时间快速出现而产生的持续信号水平所作的定性描述。
[0047]声发射事件能量:声发射事件释放的总的弹性能。
[0048]线定位:需要两个或两个以上通道的一维源定位。
[0049]连续声发射信号定位:相对于撞击或到达时间差的定位方法，以连续性声发射信 号为基础的定位方法。
[0050]相关源定位:比较围绕声发射源的两个或多个点上变化的声发射信号水平和确定 这些信号的时间位移的源定位方法；由这一时间位移可以使用常规撞击信号定位技术得到源的解。
[0051]定位精确度:声发射源的实际位置与计算位置的比较。
[0052]声发射信号:通过探测一个或多个声发射事件而获得的电信号。
[0053]系统检测门槛:探测数据的电子仪器门槛。
[0054]三、方法提要
通过安装在管道表面并充分耦合的声发射换能器，将管道泄漏所激发的沿管壁传播的 应力波声信号转化为电信号，再将信号数据输送到声发射仪中进行数据的处理从而判断得 出管道泄漏的位置。
[0055]需要使用接触式换能器、信号放大器等来接收信号。对管道泄漏的检测是建立在 泄漏产生的连续性宽带检测信号的基础上，信号的检测是通过相关信号参数的测量来实现 的，如信号波形、信号功率、有效值电压(RMS)、平均信号电平(ASL)、能量、撞击等。
[0056]为了最终查找到管道泄漏的精确位置，运用声发射检测方法进行管道泄漏源检测 和定位时，需要其他检测方法的辅助。
[0057]过多的背景噪音可能会扭曲声发射数据或使它们毫无用处。因此必须注意常见的 背景噪音的来源:气体流动噪声；机械振动；电磁干扰(EMI)和无线电射频干扰(RFI)以及 空气中的沙粒，昆虫或雨滴等噪声。如果背景噪声不能被消除或控制的话，测试应该停止。
[0058]四、意义和作用
可通过检测及时的发现城市埋地燃气管道小泄漏源(在地面无法检测到的)，并较为准 确地定位泄漏位置，对于减少因燃气泄漏而引发的火灾爆炸事故具有重要作用。同时可大 大减少因长时间泄漏而又未及时发现造成的财产的损失和成本浪费，对促进城市向低碳环 保，绿色环境发展有积极意义。
[0059]该方法为燃气管道泄漏的声发射检测定位提供了操作指导。
[0060]通过使用合适的声发射换能器可以在一定距离范围内检测到通过气体管道的缝、 孔、密封件断裂或其它开口泄漏产生的应力传播的声波能量。
[0061]五、人员资格
为了是本发明更好、更有效地实施，涉及的检测人员应按规定取得国家无损检测人员 资格鉴定机构颁发或认可的声发射检测等级资格证书，并从事相应资格等级规定的检验工 作。
[0062]从事声发射检测的检验人员要求掌握一定的声发射检测知识，具有现场检验经 验，并掌握一定的燃气管道知识。
[0063]六、检测系统
声发射检测系统应包括换能器、前置放大器、主放大器、处理器和记录显示装置等。检 测系统的性能应符合以下要求:
换能器(传感器)
换能器建议使用窄带低频换能器，谐振频率推荐在2(Tl00KHz范围内，其灵敏度不小 于60dB (相当于IV/(m.s-1))。应能屏蔽无线电波和电磁噪声干扰。换能器在检测带宽和 使用温度范围灵敏度变化不大于3dB。换能器与被检测管道表面之间应保持电绝缘。
[0064]前置放大器
前置放大器短路噪声有效值电压不大于7 u V，在检测宽带和使用温度范围内，其频率响应变化不超过3dB，且应与换能器频率响应相匹配。
[0065]信号线
换能器到前置放大器之间的信号线长度不得超过1.8m，且能屏蔽电磁干扰。
[0066]信号电缆
信号电缆衰减损失应小于ldB/30m，信号线缆长度建议不超过150m，且应能够屏蔽电 磁噪声干扰。
[0067]耦合剂
耦合剂应能在检验期间保持良好的声耦合效果。可选用真控脂、凡士林或黄油。
[0068]滤波器
滤波器的频率响应应与换能器的频率响应一致。
[0069]主放大器
主放大器的增益应是线性的，在(T50°C温度范围内其线性变化应控制在3dB之内。
[0070]声发射仪处理器
声发射仪器处理器应有实时显示和记录功能，能记录信号波形、信号频率、ASL、RMSJf 号强度以及能量等参数。处理器阈值精度应控制在±2dB范围内；处理器内能量测量电路 测量信号能量值的精度为±5%。
[0071]声发射系统对每个通道在采集、处理、记录和显示过程中应具有处理不少于每秒 10个声发射撞击信号的能力。当出现大量数据以致发生堵塞情况时，系统应能发出报警信号。
[0072]七、检测准备工作
1、资料准备
①管道设计布置图、燃气管道的材质型号、壁厚、管径、埋深、燃气流量，管道上焊缝、法 兰、阀门和管径突变的相关信息以及管道所处位置的周边环境。
[0073]②燃气管道的设计压力、使用压力、使用年限、运行记录、有关运行参数、介质成 分、压力变化以及其他运行中出现的异常情况等。
[0074]③燃气管道的出厂日期、投产日期、检修历史以及出厂和过去检验时的无损检测 报告，有关维修和改造的文件。
[0075]2、技术准备
①先加压被测管(道)段，然后关闭，一段时间后发现有无人为的压力下降，则确定该 管段有泄漏。
[0076]②被检测的管(道)段应该是相对独立的，且检测前没有介质流动或介质流动处 于稳态。
[0077]③检测前给管道(段)适当增压，并保持压力不变。
[0078]④被测管道(段)上每50m开凿一个检测孔，暴露面积约15-20cm2的检测位置 面，或清理干净管道检查井以放置传感器。
[0079]⑤现场勘查，找出所有可能的噪声源，如电磁干扰、振动、摩擦和介质流动等，应 对这些噪声设法予以排除。
[0080]⑥处理被测燃气管道表面的保护层，以便于换能器能够与管道充分接触。
[0081]八、检测系统校准1、模拟源
采用声发射信号发生器或0 0.5_硬度为HB的铅笔芯折断信号作为模拟源，其相应幅 度值应取三次以上相应平均值。
[0082]2、灵敏度校准
在检测开始或结束之后应进行通道灵敏度校准，要求对每一通道进行模拟源声发射幅 度值响应校准，模拟源距换能器IOOmm内，各通道响应的幅度差不大于± 3dB，否则重新耦 合换能器或调整换能器与前置放大器的匹配。
[0083]3、门榲
各通道的门槛电平应该比最高噪声电平高6dB以上，并尽可能保持一致，个别需要调 整时，其差别不大于± 3dB,门槛电平水平应根据背景噪声水平确定。
[0084]4、衰减测量
在两个换能器之间的位置用断铅或标定仪发射模拟声发射信号以测量声发射信号在 管道表面上的衰减值，用此衰减值和门槛电平水平来确定换能器之间的最大间距，以保证 测到声发射信号。
[0085]5、定位校准
运用线定位方法实测声发射模拟信号的声传播速度，以此实测值作为源定位的参考 值。最后确定声源定位的精度。
[0086]6、声发射源部位校准
在管道壁上某一位置发射一个模拟源，若检测到的定位显示与声发射源部位一致，则 该模拟源的位置为检测到的声发射源部位的位置。
[0087]九、检测程序
首先测量出背景噪声，建议背景噪声测量时间不少于15分钟，以便设定合理的阈值， 设法消除背景噪声的干扰或终止检测。
[0088]换能器之间的距离一般不宜超过100m。换能器可布置在已开挖并暴露出 15-20cm2管道壁上，条件限制情况下可布置在管道检查井中的被测管道暴露部位上。小管 径衰减大，换能器间距不宜太大。
[0089]检测过程中如遇到强噪声干扰，例如雨、雨夹雪、冰雹、沙子、风、碎裂或研磨等，应 进行评估并通过隔声使影响最小化，应记录这些噪声来源。
[0090]每个通道的声信号水平应该连续实时地记录下来。压力或其他重要的参数也应记 录下来，以便与声发射检测数据做相关分析。
[0091]当检测到一个增强的信号水平，即疑似泄漏信号，检测人员应当通知管道管理人 员，可适当缩小换能器间距或范围进一步查找这个泄漏信号的来源及其性质。
[0092]当发现该疑似增强信号来源于自被测管道结构以外的区域，则应消除该信号或降 低该信号水平以保证检测系统满足检测要求。如果这个外来泄漏信号无法消除，那么该信 号对声发射系统灵敏度的影响应该被记录下来，报告中应注明进一步查看或检查这个泄漏 源。
[0093]十、检测记录
记录所有校准数据和仪器测定的声发射信号参数，记录资料应充分、详细，以便于对结 果进行完整性分析。资料至少应该包括:燃气管道的材料、管径、管道长度及管道内燃气压力；
换能器的技术条件(包括型号、灵敏度、频率响应、固定方法、耦合剂名称、连接电缆型 号和长度);
换能器的安装位置；
声发射仪器的型号和特性；
每次校准的时间、步骤和结果；
以图表的形式将所测声发射信号做永久性的数据记录。
[0094]十一、检测结果分析评定
1、列出检测结果。用图表列出结果，这些数据图表应能表示出每个声源的位置。
[0095]2、最终评价管道上的泄漏情况应该根据各通道的RMS、ASL、能量、撞击、信号强度 等参数进行综合分析来判断泄漏源。应用实例见附录A。
[0096]十二、报告 报告应包括以下内容:
检测日期；
燃气管道的详细信息，包括管道的材料、管径、管道壁厚、管道长度制造商的名称和代 码以及生产日期和出厂日期等；
管道的使用历史及缺陷情况；
执行、参考的标准；
检测方式、仪器型号、耦合剂、换能器型号及固定方式；
各通道的灵敏度校准结果；
门槛、增益的设置值；
背景噪声的测定值；
衰减特性；
换能器布置示意图及声发射源位置示意图；
源部位校准记录；
检测软件名及数据文件名；
检测结果分析。
[0097]十三、结论
十四、检测人员资格证书、报告人签字。
[0098]实验室泄漏检测的程序如下:
1.、实验室泄漏检测试验
被测管段长约6m，一号传感器放置在距离原点0.4m处，二号传感器放置在距离原点
2.Sm处，三号传感器放置在距离原点4.5m处，模拟泄漏源位于原点2.1m处。实验管段如图1所示。
[0099]在0.2Mpa下,泄漏量占总流量的2%的试验定位图如图2_图5所示。
[0100]由以上定位图，可知其管道泄漏位置靠近I号探头，约在2.0m左右。该结果与实 际模拟源基本位置一致。
[0101]下面通过一个较佳的应用实例对本发明作进一步详细说明:
被测管段位于人民路上一段折线支管，管长约为20m，管内径约为57mm，压力为CN 103499023 A
书
明
说
li/ii 页
0.36MPa，属于中压B级管线。管段上有三个直角弯头，如图6所示。由于管道开挖检测被 限制，将I号传感器布置在支管开始的检查井中与阀门的接头部位，检查井深1.3m，2号传 感器布置在支管露出地面距地面0.2m处，如图7、图8所示。
[0102]经检测，得到相关定位图，如图9至图12所示。
[0103]结合管道设计布置，对定位图进行综合分析，判定距I号探头8.6-9.0m处有疑似 泄漏。随后，燃气公司沿管线在此处附近地面上每隔30cm打一初验复查孔(见图13)，并使 用Gasurveyor 500型可燃气体检测报警装置在打孔口验证检测，在距离I号传感器约7.6m 的孔口，检测仪ppm值上升最迅速并伴随有报警声，于是缩小换能器间距或范围进一步查 找这个泄漏信号的位置。
[0104]考虑到泄漏天然气从地下跑冒到地面上，并非直线扩散，而是沿着疏松的地缝上 行。结合上次检测定位结果，缩小传感器间距至9.2m范围内再测，I号传感器位置不变，在 距离I号传感器9.2m的位置开凿的管道检测孔，当开挖到距地面约Im的深度时，就闻到加 臭的天然气味，管道存在泄漏确定无疑。继续下挖直至露出管道，形成检查孔面，将2号传 感器放置在该检测孔裸露的管道壁上。经再次检测得到以下参数水平，见图14至图17。
[0105]由以上信号参数水平，综合判断泄漏点应在距离I号传感器8.2m的位置。最后在 距离I号传感器的8.3m处发现了一个直径1.5mm左右的泄漏孔，经工程技术人员判断为腐 蚀泄漏。
[0106]在燃气公司技术人员对管道堵漏维修完毕后，又进行检测，此次测试I号传感器 位置不变，2好传感器放在泄漏点后约1.3m的位置，即两传感器间距为9.6m。检测定位图 见图18和图19。
[0107]从以上定位图可见，在距I号传感器8.3m处已不存在泄漏信号。通过修补前后的 检测定位结果比较，进一步证明了声发射仪在检测管道泄漏方面的优势，对城市燃气管道 提供了很好的经验。
[0108]以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则 之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种燃气管道泄漏在线检测和定位方法，具体包括如下步骤:(1)检测前:先加压被测管段，关闭一段时间后，观测是否有非人为的压力下降，有则确定该管段有泄漏；(2)检测系统校准:模拟源校准，采用声发射信号发生器或直径0.5mm、硬度为HB的铅笔芯折断信号作为模拟源，其相应幅度值取三次以上相应平均值；灵敏度校准，在检测开始或结束之后进行通道灵敏度校准，对每一通道进行模拟源声发射幅度值响应校准，模拟源距换能器IOOmm内，各通道响应的幅度差不大于土 3dB，否则重新耦合换能器或调整换能器与前置放大器的匹配；各通道的门槛电平校准， 门槛电平比最高噪声电平高6dB以上，并尽可能保持一致，个别需要调整时，其差别不大于 ± WB ;衰减值校准，在两个换能器之间的位置用断铅或标定仪发射模拟声发射信号以测量声发射信号在管道表面上的衰减值，用此衰减值和门槛电平水平来确定换能器之间的最大间距，以保证测到声发射信号；定位校准，运用线定位方法实测声发射模拟信号的声传播速度，以此实测值作为源定位的参考值，以计算定位声源；声发射源部位校准，在管道壁上某一位置发射一个模拟源，若检测到的定位显示与声发射源部位一致，则该模拟源的位置为检测到的声发射源部位的位置；(3)检测程序，即将换能器直接安装在燃气管道生产线上，运用声发射泄漏检测技术， 通过实时检测，实时反馈信息，发现泄漏并定位:首先测量出背景噪声，背景噪声测量时间不少于15分钟，以便设定合理的阈值，消除背景噪声的干扰或终止检测；换能器之间的距离不超过100m，换能器可布置在已开挖并暴露出15-20cm2管道壁上，条件限制情况下可布置在管道检查井中的被测管道暴露部位上；检测过程中如遇到强噪声干扰，例如雨、雨夹雪、冰雹、沙子、风、碎裂或研磨，进行评估并通过隔声使影响最小化，记录这些噪声来源；每个通道的声信号水平连续实时地记录，记录的参数还包括压力信号，以便与声发射检测数据做相关分析；当检测到一个增强的信号水平，综合分析为疑似泄漏信号，则通知燃气公司工程技术人员在疑似泄漏信号附近管段地面上打孔初验，打孔深度至少应达到管道埋地深度的85%，打孔间距为30-50cm，当在验证孔口发现检测仪报警或浓度达到500ppm以上，可确定在该验证孔附近下的管道有泄漏，然后缩小换能器间距或范围进一步精确确定这个泄漏信号的位置；当发现该疑似增强信号来源于被测管道结构以外的区域，消除该信号或降低该信号水平以保证检测系统满足检测要求，如果这个外来泄漏信号无法消除，那么该信号对声发射系统灵敏度的影响被记录下来；(4)检测记录:记录所有校准数据和仪器测定的声发射信号参数，记录的信息至少应该包括:燃气管道的材料、管径、管道长度及管道内燃气压力；换能器的技术条件，包括型号、 灵敏度、频率响应、固定方法、耦合剂名称、连接电缆型号和长度；换能器的安装位置；声发射仪器的型号和特性；每次校准的时间、步骤和结果；以图表的形式将所测声发射信号做永久性的数据记录；(5)检测结果分析评定:列出检测结果，用图表列出结果，这些数据图表应能表示出每个声源的位置；最终评价管道上的泄漏情况应该根据各通道的RMS、ASL、能量、撞击、信号强度等参数进行综合分析来判断泄漏源位置，检测前8秒内各通道的RMS、能量水平分析尤为重要。
2.根据权利要求1所述的一种燃气管道泄漏在线检测和定位方法，其特征在于:所述被测管段是相对独立的，且检测前没有介质流动或介质流动处于稳态，每段被测管道重复检测3-5次，每次检测持续时间2-3分钟，每个通道的声信号水平参数连续实时记录。
3.根据权利要求1或2所述的一种燃气管道泄漏在线检测和定位方法，其特征在于: 所述检测前的步骤还包括:检测前给管道适当增压，并保持压力不变；现场勘查，找出所有可能的噪声源，包括电磁干扰、振动、摩擦和介质流动，对这些噪声予以排除；处理被测燃气管道表面的保护层，以便于换能器能够与管道充分接触。
4.根据权利要求1或2所述的一种燃气管道泄漏在线检测和定位方法，其特征在于: 步骤(2)中所述门槛电平水平根据现场测得的背景噪声水平确定。
5.根据权利要求1或2所述的一种燃气管道泄漏在线检测和定位方法，其特征在于: 所述检测和定位方法在生产运行状态下、管道被有限开挖或不开挖情况下进行，有限开挖指可在被测管道长度内每50m左右开凿一个检测孔，检查孔暴露管壁面积约15-20cm2，以安置换能器；在开挖检查被限制情况下，将换能器布置在检查井中与阀门连接的被测管道裸露部位上，进行检测。
6.一种燃气管道泄漏在线检测和定位装置，其特征在于:包括换能器、前置放大器、主放大器、声发射仪、信号线缆；所述换能器的输出端通过信号线缆与前置放大器的输入端连接，前置放大器的输出端再通过BNC接头与主放大器和声发射仪主机连接，换能器直接与被测物体接触，接受声信号，经前置放大器、主放大器传输到声发射仪，声发射仪将声信号转变为电信号形成数据；所述换能器为窄带低频换能器，谐振频率在2～l00KHz范围内，其灵敏度不小于60dB， 所述换能器对无线电波和电磁噪声干扰具有屏蔽作用，换能器在检测带宽和使用温度范围内，其灵敏度变化不大于3dB，换能器与被检测管道表面之间保持电绝缘；所述前置放大器短路噪声有效值电压不大于7 u V，在检测宽带和使用温度范围内，其频率响应变化不超过3dB，且与换能器频率响应相匹配；换能器到前置放大器之间的信号线长度不超过1.8m，且能屏蔽电磁干扰；所述主放大器的增益是线性的，在0～50°C温度范围内其线性变化控制在3dB之内；所述声发射仪器处理器具有实时显示和记录功能，用于记录信号波形、信号频率、ASL、 RMS、信号强度以及能量、撞击等参数，处理器阈值精度控制在±2dB范围内；处理器内能量测量电路测量信号能量值的精度为±5%，声发射系统对每个通道在采集、处理、记录和显示过程中具有处理不少于每秒10个声发射撞击信号的能力，当出现大量数据以致发生堵塞情况时，系统能发出报警信号；所述信号线缆是连接前置放大器和声发射仪的一个信号传输线缆，长度不超过150m。
【文档编号】F17D5/06GK103499023SQ201310438040
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】郝永梅, 邢志祥, 毛小虎, 严欣明, 李奎 申请人:常州大学, 江苏省特种设备安全监督检验研究院常州分院