一種燃氣管道洩漏在線檢測和定位方法及其裝置製造方法

2023-06-12 00:45:26 4

一種燃氣管道洩漏在線檢測和定位方法及其裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種燃氣管道洩漏在線檢測和定位方法及其裝置。本方法基於聲發射檢測技術，總結實驗室試驗和燃氣管道洩漏現場檢測的經驗和成果，主要從檢測準備工作、檢測程序、檢測結果分析、驗證等幾個方面作了詳細描述。提出了新的具體的燃氣管道洩漏檢測和定位技術性細節，補充完善了國內燃氣管道洩漏檢測技術應用方面的不足，對於促進城市燃氣管網的檢測和監控手段的提升，及時發現城市燃氣管網洩漏隱患，防患於未然，有效防禦重大城市火災、爆炸風險，以及加快相關技術成果的轉化及其在工程實際中的廣泛應用具有積極意義。
【專利說明】CN 103499023 A
書
明
說
i/ll 頁
一種燃氣管道洩漏在線檢測和定位方法及其裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種燃氣管道洩漏在線檢測和定位方法及其裝置，屬於油氣儲運風險 控制領域。
【背景技術】
[0002]建國以來，特別是改革開放以後，我國的城市燃氣事業得到迅速發展，燃氣管網建 設加快，燃氣供應能力不斷增強，促進了城市經濟和社會的發展。到2006年，全國城市燃氣 管道長度已達到18.95萬公裡，其中人工氣5.05萬公裡，液化石油氣1.75萬公裡，天然氣
12.15萬公裡。
[0003]因局限於當時的管道技術和管材使用，有的城市採用了灰口鑄鐵管道和落後的管 接方式及防腐措施，敷設的埋地管道都已進入「老齡期」，其中已有相當一部分的管道運行 時間過長，管道腐蝕嚴重，已進入洩漏頻發期。
[0004]如DVGW(德國水和燃氣專業協會)1996年對不同材質燃氣管道洩漏進行的統計: -PVC管，942個漏氣點，管道長16，839km
一灰口鑄鐵管，288132個漏氣點，管道長11，055km 一球墨鑄鐵管，1871個漏氣點，管道長10，049km 一鋼管，43419個漏氣點，管道長171，161km -PE管7588個漏氣點，管道長123，256km
從以上統計數子可以看出，灰口鑄鐵管道在單位長度內的漏氣點數最多，是最易發生 事故和最需要進行維修的；其次是鋼管，腐蝕穿孔是產生漏氣的主要原因。對於PVC、PE管 而言，最主要的原因是第三方的破壞，即其它施工對其損害。
[0005]隨著城市承載負荷的加大和燃氣管網的老化,城市燃氣洩漏導致的著火、爆炸、中 毒等惡性事故時有發生，已成為繼交通事故、工傷事故之後的第三大殺手。如:
2006年I月20日，四川省仁壽縣富加鎮天然氣輸氣管線爆炸，造成9人死亡，4人重傷， 30餘人輕傷；2007年3月12日，美國德克薩斯州天然氣輸氣管道爆炸，大火燒毀了數十輛 挖土機和卡車，造成3萬多居民家中停電。
[0006]火災、爆炸僅僅是天然氣管線發生洩漏的惡性表現，在爆炸之前，通常已經發生一 段時間的洩漏。實際上，未導致爆炸的洩漏發生次數相對更多，其造成的經濟損失巨大、對 城市環境的汙染和能源浪費十分嚴重。
[0007]因此，運用現代技術發展城市燃氣管道的洩漏檢測技術，及時發現制止洩漏源，從 本質安全上及時補漏，避免事故發生，對遏制能源浪費，節約成本乃至城市的健康持續發展 都有重要意義。
[0008]然而，目前燃氣管道的檢漏體系，主要是通過人工地面巡檢的機制，對燃氣管網系 統的管道及其附件，設備的安全檢查。這種傳統的管道巡檢方式發現洩漏採用人的視覺和 聽覺相結合的辦法，這種方法易受人的生理因素的制約和勞動經驗的影響，且對巡檢人員 的工作技能要求較高，其實質上就是間斷性的檢測，檢漏系統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洩漏突發事件，一旦在這些時間和地方出現事故，不易發 現，造成損失和危害。城市燃氣管網較長，巡檢的周期也很長，加上外界其它各種因素的幹 攏，使人工巡檢的效果並不十分理想，特別是對細微的管道洩漏，是目前城市燃氣洩漏檢測 方法所不能及的。
[0009]另外，現有流量/壓力變化、質量/體積平衡和壓力點分析法易於維護，費用低，但 不能確定洩漏位置，也不能適應發生變化的運行條件；壓力波法對於緩慢增加的洩漏反應 弱，甚至無效；統計檢漏法僅檢測管線入、出口的壓力和流量值，所需參數少，這是其優點 之一，但也不可避免的帶來問題，因為多點同時洩漏與單點洩漏對出入口壓力流量的影響 是一樣的，很難區分。
[0010]熱紅外成像法、漏磁檢測法、光纖檢測法等在燃氣管道洩漏檢測中均已取得良好 效果。但這些方法或者不能進行連續監測(如前兩種方法)，或者雖然靈敏度和精度高，但 是需要站外測點，無法保證系統安全，或價格昂貴，檢測成本較高。
[0011]聲發射(Acoustic Emission簡稱AE)技術是一種動態無損檢測方法，具有超聲、 渦流沒有的優勢，可以對管道中已經存在的洩漏進行連續檢測，對診斷的實時性要求不高， 可不要求設備停產或停止運行，不要求在洩漏剛發生時就必須檢測到洩漏信號，可以在洩 漏發生後的一段時間內進行檢測，極大地提高了診斷的方便性和正確性。
[0012]國外的一些發達國家如美國、歐洲、日本等早在上個世紀八十年代就已經在壓力 管道的聲發射洩漏檢測方面做了深入的研究，並且得到了廣泛的應用，相繼制定了一系 列洩漏聲發射檢測技術標準，如美國材料試驗協會(ASTM)頒布的E1139-02《Standard Practice for Continuous Monitoring of Acoustic Emission from Metal Pressure Boundaries))(《金屬壓力容器連續監視方法》)、E 1211-02《Standard Practice for Leak Detection and Location Using Surface-Mounted Acoustic Emission Sensors))(〈〈洩漏 檢測和定位方法》)、E 1419-02a((Standard Test Method for Examination of Seamless, Gas-Filled, Pressure Vessels Using Acoustic Emission))(《無焊縫氣容器檢測方法》) 和 E 1118 ((Standard Practice for Acoustic Emission Examination of Reinforced Thermosetting Resin Pipe》(《FRP管道檢測方法》)。法國1985年出臺了《洩漏檢測方法》 NFA09-352標準，日本無損檢測協會(NDIS)及歐洲聲發射工作組(EWGAE)等，也相繼提出了 有關聲發射檢測標準和和檢測方法。
[0013]我國對聲發射檢測技術的應用研究也有幾十年的時間，但主要針對壓力容器、高 壓氣瓶的聲發射檢測研究，並出臺了相關的檢測標準，如=GJB 2044-1944《鈦合金壓力容器 聲發射檢測方法》、QJ 2914-1997《複合材料結構件聲發射檢測方法》、JB/T 7667-1995《在 役壓力容器聲發射檢測評定方法》、JB/T 6916-93《在役高壓氣瓶聲發射檢測和評定方法》
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[0014]在壓力管道的洩漏檢測方面，近年來中國特種設備檢測研究院和清華大學等機構 做了很多研究，推動了我國聲發射檢測技術在管道洩漏檢測方面的發展。但在城市燃氣管 道洩漏聲發射檢測方面研究不多，尤其是該領域的技術標準還是空白，使得聲發射檢測技 術在管道洩漏檢測方面的廣泛應用受到制約。

【發明內容】
[0015]本發明的目的在於充實完善我國燃氣管道洩漏聲發射檢測技術及其應用的不足， 通過試驗和現場檢測案例研究，提出排查發現燃氣管道小洩漏源(在地面無法檢測到)的具 體的可行的方法，並較為準確地定位洩漏位置，促進城市燃氣管網的檢測和監控技術和手 段的提升，防患於未然，有效防禦重大城市火災、爆炸風險，加快相關技術成果的轉化及其 在工程實際中的廣泛應用，大大減少因長時間洩漏而又未及時發現而造成的財產的損失和 成本浪費，促進城市低碳環保、綠色發展的進程。
[0016]本發明採用的技術方案是:
一種燃氣管道洩漏在線檢測和定位方法，具體包括如下步驟:
(1)檢測前:先加壓被測管段，關閉一段時間後，觀測有無人為的壓力下降，有則確定該 管段有洩漏；
(2)檢測系統校準:模擬源校準，採用聲發射信號發生器或直徑0.5mm、硬度 為HB的鉛筆芯折斷信號作為模擬源，其相應幅度值取三次以上相應平均值；靈 敏度校準，在檢測開始或結束之後進行通道靈敏度校準，對每一通道進行模擬源 聲發射幅度值響應校準，模擬源距換能器IOOmm內，各通道響應的幅度差不大於 士 WB，否則重新耦合換能器或調整換能器與前置放大器的匹配；各通道的門檻電平校準， 門檻電平比最高噪聲電平高6dB以上，並儘可能保持一致，個別需要調整時，其差別不大於 ± idB ;衰減值校準，在兩個換能器之間的位置用斷鉛或標定儀發射模擬聲發射信號以測 量聲發射信號在管道表面上的衰減值，用此衰減值和門檻電平水平來確定換能器之間的最 大間距，以保證測到聲發射信號；定位校準，運用線定位方法實測聲發射模擬信號的聲傳播 速度，以此實測值作為源定位的參考值，以計算定位聲源；聲發射源部位校準，在管道壁上 某一位置發射一個模擬源，若檢測到的定位顯示與聲發射源部位一致，則該模擬源的位置 為檢測到的聲發射源部位的位置。
[0017](3)檢測程序，即將檢測設備直接安裝在燃氣管道生產線上，運用聲發射洩漏檢 測技術，通過實時檢測，實時反饋信息，發現洩漏並定位:首先測量出背景噪聲，背景噪聲測 量時間不少於15分鐘，以便設定合理的閾值，消除背景噪聲的幹擾或終止檢測；換能器之 間的距離不超過100m，換能器可布置在已開挖並暴露出15-20cm2管道壁上，條件限制情況 下可布置在管道檢查井中的被測管道暴露部位上；檢測過程中如遇到強噪聲幹擾，例如雨、 雨夾雪、冰雹、沙子、風、碎裂或研磨，進行評估並通過隔聲使影響最小化，記錄這些噪聲來 源；每個通道的聲信號水平連續實時地記錄，記錄的參數還包括壓力信號，以便與聲發射檢 測數據做相關分析；當檢測到一個增強的信號水平，即疑似洩漏信號，則通知燃氣公司工程 技術人員在疑似洩漏信號附近管段地面上打孔初驗，打孔深度至少應達到管道埋地深度的 85%，打孔間距為30-50cm，當在驗證孔口發現檢測儀報警或濃度達到500ppm以上，可確定 在該驗證孔附近下的管道確有洩漏，然後縮小換能器間距或範圍進一步精確確定這個洩漏 信號的位置；當發現該疑似增強信號來源於被測管道結構以外的區域，消除該信號或降低 該信號水平以保證檢測系統滿足檢測要求，如果這個外來洩漏信號無法消除，那麼該信號 對聲發射系統靈敏度的影響被記錄下來；
(4)檢測記錄:記錄所有校準數據和儀器測定的聲發射信號參數，記錄的信息至少應該 包括:燃氣管道的材料、管徑、管道長度及管道內燃氣壓力；換能器的技術條件，包括型號、 靈敏度、頻率響應、固定方法、耦合劑名稱、連接電纜型號和長度；換能器的安裝位置；聲發射儀器的型號和特性；每次校準的時間、步驟和結果；以圖表的形式將所測聲發射信號做 永久性的數據記錄；
(5)檢測結果分析評定:列出檢測結果，用圖表列出結果，這些數據圖表應能表示出每 個聲源的位置；最終評價管道上的洩漏情況應該根據各通道的RMS、ASL、能量、撞擊、信號 強度等參數進行綜合分析來判斷洩漏源位置，檢測前8秒內各通道的RMS、能量水平分析尤 為重要。
[0018]進一步，所述被測管段是相對獨立的，且檢測前沒有介質流動或介質流動處於穩 態，每段被測管道重複檢測3-5次，每次檢測持續時間2-3分鐘，每個通道的聲信號水平參 數連續實時記錄。
[0019]進一步，所述檢測前的步驟還包括:檢測前給管道適當增壓，並保持壓力不變；現 場勘查，找出所有可能的噪聲源，包括電磁幹擾、振動、摩擦和介質流動，對這些噪聲予以排 除；處理被測燃氣管道表面的保護層，以便於換能器能夠與管道充分接觸。
[0020]進一步，步驟(2)中所述門檻電平水平根據現場測得的背景噪聲水平確定。
[0021]進一步，所述檢測和定位方法在生產運行狀態下、管道被有限開挖或不開挖情況 下進行，有限開挖指可在被測管道長度內每50m左右開鑿一個檢測孔，檢查孔暴露面積約 15-20cm2的檢測位置面，以安置換能器；在開挖檢查被限制情況下，將換能器布置在檢查井 中與閥門連接的被測管道裸露部位上，進行檢測。
[0022]一種燃氣管道洩漏在線檢測和定位裝置，包括換能器、前置放大器、主放大器、聲 發射儀器處理器、信號線纜；所述換能器的輸出端通過信號線纜與前置放大器的輸入端連 接，前置放大器的輸出端再通過BNC接頭與主放大器和聲發射儀主機連接，換能器直接與 被測物體接觸，接受聲信號，經前置放大器、主放大器傳輸到聲發射儀，聲發射儀將聲信號 轉變為電信號形成數據；
所述換能器為窄帶低頻換能器，諧振頻率在2(Tl00KHz範圍內，其靈敏度不小於60dB， 所述換能器對無線電波和電磁噪聲幹擾具有屏蔽作用，換能器在檢測帶寬和使用溫度範圍 內，其靈敏度變化不大於3dB，換能器與被檢測管道表面之間保持電絕緣；
所述前置放大器短路噪聲有效值電壓不大於7 u V，在檢測寬帶和使用溫度範圍內，其 頻率響應變化不超過3dB，且與換能器頻率響應相匹配；換能器到前置放大器之間的信號 線長度不超過1.8m，且能屏蔽電磁幹擾；
所述主放大器的增益是線性的，在(T50°C溫度範圍內其線性變化控制在3dB之內； 所述聲發射儀器處理器具有實時顯示和記錄功能，用於記錄信號波形、信號頻率、ASL、 RMS、信號強度以及能量、撞擊等參數，處理器閾值精度控制在±2dB範圍內；處理器內能量 測量電路測量信號能量值的精度為±5%，聲發射系統對每個通道在採集、處理、記錄和顯示 過程中具有處理不少於每秒10個聲發射撞擊信號的能力，當出現大量數據以致發生堵塞 情況時，系統能發出報警信號。
[0023]所述信號線纜是連接前置放大器和聲發射儀的一個信號傳輸線纜，長度一般不宜 超過150m。
[0024]本發明的有益效果是:
(I)基於聲發射檢測技術，結合城市燃氣管道現狀，參照國內外有關資料，在總結實驗 室試驗和現場應用成果和經驗的基礎上研究編制了該技術方法，使得該方法在內容上更加全面、客觀，在技術上更加可靠、可信，為聲發射洩漏檢測技術的普及推廣應用提供技術支持。
[0025](2)豐富充實燃氣管道聲發射洩漏檢測相關技術，對於加強城市燃氣供給系統的 安全，防患於未然，防禦重大城市火災、爆炸風險，節約能源、減小環境汙染、保障人民生命 財產安全，保證城市正常生產生活秩序和維持社會穩定等方面都具有重要意義。
[0026](3)本發明根據本國的國情和管道檢測的特點，在實驗室試驗的基礎上，設計提 出可行的檢測方法，用於各種不同壓力、管徑的鋼管、鑄鐵管城市燃氣管道進行在線實地檢 測，總結實驗室試驗和現場檢測的經驗和成果制定而成，為今後實際工程應用提供了較為 可行的技術指導。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是實驗室洩漏檢測試驗中實驗管段示意圖；
圖2是在0.2Mpa下洩漏量佔總流量的2%的ASL對位置定位圖 圖3是在0.2Mpa下洩漏量佔總流量的2%的RMS對位置定位圖 圖4是在0.2Mpa下洩漏量佔總流量的2%的能量對位置定位圖 圖5是在0.2Mpa下洩漏量佔總流量的2%的信號強度對通道； 圖6是實施例1中被測管道示意圖；
圖7是實施例中I號探頭的安置示意圖；
圖8是實施例中2號探頭的安置不意圖；
圖9是實施例中首次實測定位時能量對位置定位圖；
圖10是實施例中首次實測定位時ASL對位置定位圖 圖11是實施例中首次實測定位時RMS對位置定位圖 圖12是實施例中首次實測定位時撞擊對位置定位圖 圖13是實施例中打孔驗證孔口的示意圖；
圖14是實施例中縮小範圍後RMS對位置定位圖；
圖15是實施例中縮小範圍後能量對位置定位圖；
圖16是實施例中縮小範圍後ASL對位置定位圖；
圖17是實施例中縮小範圍後撞擊對位置定位圖；
圖18是實施例中修補後的RMS對位置定位圖；
圖19是實施例中修補後的能量對位置定位圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0029]基於聲發射檢測技術，在燃氣管道聲發射檢測試驗和現場應用的前提下，總結實 驗室和燃氣管道在線洩漏現場檢測的經驗和成果，提出本發明的方法。
[0030]本發明一種燃氣管道洩漏在線檢測和定位方法，將檢測設備直接安裝在燃氣管道 生產線上，運用聲發射洩漏檢測技術，通過實時檢測，實時反饋信息，發現洩漏並定位。
[0031]燃氣管道洩漏檢測可在生產運行狀態下，管道被有限開挖或不開挖情況下進行。 有限開挖指可在被測管道(段)長度內每50m左右開鑿一個檢測孔，檢查孔暴露面積約15-20cm2的檢測位置面，以安置傳感器；在開挖檢查被限制情況下，可將傳感器布置在檢查 井中與閥門連接的被測管道裸露部位上，進行檢測。被測管道(段)傳感器之間的距離一 般不宜超過100m，小管徑衰減大，傳感器間距尤其不宜過大。
[0032]檢測前首先測量出背景噪聲，建議背景噪聲測量時間不少於15分鐘，以便設定合 理的閾值，設法消除背景噪聲的幹擾或終止檢測。當檢測到一個增強的信號水平，通過綜 合分析和相關分析，判斷為疑似洩漏信號，則通知燃氣公司工程技術人員在疑似洩漏信號 附近管段地面上打孔初驗，打孔深度至少應達到管道埋地深度的85%，打孔間距30-50cm為 宜。當在驗證孔口發現檢測儀報警或濃度達到500ppm以上，可確定在該驗證孔附近下的管 道確有洩漏，然後適當縮小換能器間距或範圍進一步精確確定這個洩漏信號的位置。
[0033]利用本發明所述方法及裝置進行檢測的一整套檢測流程包括以下內容:
一、本發明的適用範圍
1、本發明適用於在役城市燃氣埋地管道在日常或定期檢查過程中的聲發射檢測和結 果評定。
[0034]2、本發明適用於城市燃氣管道洩漏聲發射檢測，介質主要是天然氣。
[0035]3、本發明採用在管道表面安裝聲發射換能器，可用於在役的鋼管、鑄鐵管等燃氣 管道洩漏檢測和承壓系統的連續性檢測和水壓試驗。
[0036]4、經本發明方法發現管道洩漏點位置後，還需用相關檢測儀進一步驗證確定並找 到洩漏點。
[0037]5、國際單位m作為表示值的標準單位。
[0038]二、術語和定義
衰減:聲發射幅度每單位距離的下降，通常以分貝每單位長度來表示。
[0039]平均信號電平(ASL):整流後進行時間平均的聲發射對數信號，用對數刻度對聲發 射幅度進行測量，以分貝為單位。
[0040]有效值電壓(RMS):米樣時間內，信號電平的均方根值，以V表不。
[0041]能量:聲發射事件釋放的總的彈性能。
[0042]信號強度:由聲發射信號的波形所獲得的最大振幅的峰值電壓。
[0043]聲發射通道:由一個換能器、前置放大器或阻抗匹配變壓器、濾波器、二次放大器、 連接電纜以及信號探測器或處理器構成的系統。
[0044]耦合劑:填充在換能器和試件接觸面之間的材料，在聲發射檢測過程中改善聲能 穿過界面的能力。
[0045]有效聲速:以人工聲發射信號確定到達時間和距離為基礎計算出來的聲速,用於 定位計算。
[0046]連續發射:對由聲發射時間快速出現而產生的持續信號水平所作的定性描述。
[0047]聲發射事件能量:聲發射事件釋放的總的彈性能。
[0048]線定位:需要兩個或兩個以上通道的一維源定位。
[0049]連續聲發射信號定位:相對於撞擊或到達時間差的定位方法，以連續性聲發射信 號為基礎的定位方法。
[0050]相關源定位:比較圍繞聲發射源的兩個或多個點上變化的聲發射信號水平和確定 這些信號的時間位移的源定位方法；由這一時間位移可以使用常規撞擊信號定位技術得到源的解。
[0051]定位精確度:聲發射源的實際位置與計算位置的比較。
[0052]聲發射信號:通過探測一個或多個聲發射事件而獲得的電信號。
[0053]系統檢測門檻:探測數據的電子儀器門檻。
[0054]三、方法提要
通過安裝在管道表面並充分耦合的聲發射換能器，將管道洩漏所激發的沿管壁傳播的 應力波聲信號轉化為電信號，再將信號數據輸送到聲發射儀中進行數據的處理從而判斷得 出管道洩漏的位置。
[0055]需要使用接觸式換能器、信號放大器等來接收信號。對管道洩漏的檢測是建立在 洩漏產生的連續性寬帶檢測信號的基礎上，信號的檢測是通過相關信號參數的測量來實現 的，如信號波形、信號功率、有效值電壓(RMS)、平均信號電平(ASL)、能量、撞擊等。
[0056]為了最終查找到管道洩漏的精確位置，運用聲發射檢測方法進行管道洩漏源檢測 和定位時，需要其他檢測方法的輔助。
[0057]過多的背景噪音可能會扭曲聲發射數據或使它們毫無用處。因此必須注意常見的 背景噪音的來源:氣體流動噪聲；機械振動；電磁幹擾(EMI)和無線電射頻幹擾(RFI)以及 空氣中的沙粒，昆蟲或雨滴等噪聲。如果背景噪聲不能被消除或控制的話，測試應該停止。
[0058]四、意義和作用
可通過檢測及時的發現城市埋地燃氣管道小洩漏源(在地面無法檢測到的)，並較為準 確地定位洩漏位置，對於減少因燃氣洩漏而引發的火災爆炸事故具有重要作用。同時可大 大減少因長時間洩漏而又未及時發現造成的財產的損失和成本浪費，對促進城市向低碳環 保，綠色環境發展有積極意義。
[0059]該方法為燃氣管道洩漏的聲發射檢測定位提供了操作指導。
[0060]通過使用合適的聲發射換能器可以在一定距離範圍內檢測到通過氣體管道的縫、 孔、密封件斷裂或其它開口洩漏產生的應力傳播的聲波能量。
[0061]五、人員資格
為了是本發明更好、更有效地實施，涉及的檢測人員應按規定取得國家無損檢測人員 資格鑑定機構頒發或認可的聲發射檢測等級資格證書，並從事相應資格等級規定的檢驗工 作。
[0062]從事聲發射檢測的檢驗人員要求掌握一定的聲發射檢測知識，具有現場檢驗經 驗，並掌握一定的燃氣管道知識。
[0063]六、檢測系統
聲發射檢測系統應包括換能器、前置放大器、主放大器、處理器和記錄顯示裝置等。檢 測系統的性能應符合以下要求:
換能器(傳感器)
換能器建議使用窄帶低頻換能器，諧振頻率推薦在2(Tl00KHz範圍內，其靈敏度不小 於60dB (相當於IV/(m.s-1))。應能屏蔽無線電波和電磁噪聲幹擾。換能器在檢測帶寬和 使用溫度範圍靈敏度變化不大於3dB。換能器與被檢測管道表面之間應保持電絕緣。
[0064]前置放大器
前置放大器短路噪聲有效值電壓不大於7 u V，在檢測寬帶和使用溫度範圍內，其頻率響應變化不超過3dB，且應與換能器頻率響應相匹配。
[0065]信號線
換能器到前置放大器之間的信號線長度不得超過1.8m，且能屏蔽電磁幹擾。
[0066]信號電纜
信號電纜衰減損失應小於ldB/30m，信號線纜長度建議不超過150m，且應能夠屏蔽電 磁噪聲幹擾。
[0067]耦合劑
耦合劑應能在檢驗期間保持良好的聲耦合效果。可選用真控脂、凡士林或黃油。
[0068]濾波器
濾波器的頻率響應應與換能器的頻率響應一致。
[0069]主放大器
主放大器的增益應是線性的，在(T50°C溫度範圍內其線性變化應控制在3dB之內。
[0070]聲發射儀處理器
聲發射儀器處理器應有實時顯示和記錄功能，能記錄信號波形、信號頻率、ASL、RMSJf 號強度以及能量等參數。處理器閾值精度應控制在±2dB範圍內；處理器內能量測量電路 測量信號能量值的精度為±5%。
[0071]聲發射系統對每個通道在採集、處理、記錄和顯示過程中應具有處理不少於每秒 10個聲發射撞擊信號的能力。當出現大量數據以致發生堵塞情況時，系統應能發出報警信號。
[0072]七、檢測準備工作
1、資料準備
①管道設計布置圖、燃氣管道的材質型號、壁厚、管徑、埋深、燃氣流量，管道上焊縫、法 蘭、閥門和管徑突變的相關信息以及管道所處位置的周邊環境。
[0073]②燃氣管道的設計壓力、使用壓力、使用年限、運行記錄、有關運行參數、介質成 分、壓力變化以及其他運行中出現的異常情況等。
[0074]③燃氣管道的出廠日期、投產日期、檢修歷史以及出廠和過去檢驗時的無損檢測 報告，有關維修和改造的文件。
[0075]2、技術準備
①先加壓被測管(道)段，然後關閉，一段時間後發現有無人為的壓力下降，則確定該 管段有洩漏。
[0076]②被檢測的管(道)段應該是相對獨立的，且檢測前沒有介質流動或介質流動處 於穩態。
[0077]③檢測前給管道(段)適當增壓，並保持壓力不變。
[0078]④被測管道(段)上每50m開鑿一個檢測孔，暴露面積約15-20cm2的檢測位置 面，或清理乾淨管道檢查井以放置傳感器。
[0079]⑤現場勘查，找出所有可能的噪聲源，如電磁幹擾、振動、摩擦和介質流動等，應 對這些噪聲設法予以排除。
[0080]⑥處理被測燃氣管道表面的保護層，以便於換能器能夠與管道充分接觸。
[0081]八、檢測系統校準1、模擬源
採用聲發射信號發生器或0 0.5_硬度為HB的鉛筆芯折斷信號作為模擬源，其相應幅 度值應取三次以上相應平均值。
[0082]2、靈敏度校準
在檢測開始或結束之後應進行通道靈敏度校準，要求對每一通道進行模擬源聲發射幅 度值響應校準，模擬源距換能器IOOmm內，各通道響應的幅度差不大於± 3dB，否則重新耦 合換能器或調整換能器與前置放大器的匹配。
[0083]3、門榲
各通道的門檻電平應該比最高噪聲電平高6dB以上，並儘可能保持一致，個別需要調 整時，其差別不大於± 3dB,門檻電平水平應根據背景噪聲水平確定。
[0084]4、衰減測量
在兩個換能器之間的位置用斷鉛或標定儀發射模擬聲發射信號以測量聲發射信號在 管道表面上的衰減值，用此衰減值和門檻電平水平來確定換能器之間的最大間距，以保證 測到聲發射信號。
[0085]5、定位校準
運用線定位方法實測聲發射模擬信號的聲傳播速度，以此實測值作為源定位的參考 值。最後確定聲源定位的精度。
[0086]6、聲發射源部位校準
在管道壁上某一位置發射一個模擬源，若檢測到的定位顯示與聲發射源部位一致，則 該模擬源的位置為檢測到的聲發射源部位的位置。
[0087]九、檢測程序
首先測量出背景噪聲，建議背景噪聲測量時間不少於15分鐘，以便設定合理的閾值， 設法消除背景噪聲的幹擾或終止檢測。
[0088]換能器之間的距離一般不宜超過100m。換能器可布置在已開挖並暴露出 15-20cm2管道壁上，條件限制情況下可布置在管道檢查井中的被測管道暴露部位上。小管 徑衰減大，換能器間距不宜太大。
[0089]檢測過程中如遇到強噪聲幹擾，例如雨、雨夾雪、冰雹、沙子、風、碎裂或研磨等，應 進行評估並通過隔聲使影響最小化，應記錄這些噪聲來源。
[0090]每個通道的聲信號水平應該連續實時地記錄下來。壓力或其他重要的參數也應記 錄下來，以便與聲發射檢測數據做相關分析。
[0091]當檢測到一個增強的信號水平，即疑似洩漏信號，檢測人員應當通知管道管理人 員，可適當縮小換能器間距或範圍進一步查找這個洩漏信號的來源及其性質。
[0092]當發現該疑似增強信號來源於自被測管道結構以外的區域，則應消除該信號或降 低該信號水平以保證檢測系統滿足檢測要求。如果這個外來洩漏信號無法消除，那麼該信 號對聲發射系統靈敏度的影響應該被記錄下來，報告中應註明進一步查看或檢查這個洩漏 源。
[0093]十、檢測記錄
記錄所有校準數據和儀器測定的聲發射信號參數，記錄資料應充分、詳細，以便於對結 果進行完整性分析。資料至少應該包括:燃氣管道的材料、管徑、管道長度及管道內燃氣壓力；
換能器的技術條件(包括型號、靈敏度、頻率響應、固定方法、耦合劑名稱、連接電纜型 號和長度);
換能器的安裝位置；
聲發射儀器的型號和特性；
每次校準的時間、步驟和結果；
以圖表的形式將所測聲發射信號做永久性的數據記錄。
[0094]十一、檢測結果分析評定
1、列出檢測結果。用圖表列出結果，這些數據圖表應能表示出每個聲源的位置。
[0095]2、最終評價管道上的洩漏情況應該根據各通道的RMS、ASL、能量、撞擊、信號強度 等參數進行綜合分析來判斷洩漏源。應用實例見附錄A。
[0096]十二、報告 報告應包括以下內容:
檢測日期；
燃氣管道的詳細信息，包括管道的材料、管徑、管道壁厚、管道長度製造商的名稱和代 碼以及生產日期和出廠日期等；
管道的使用歷史及缺陷情況；
執行、參考的標準；
檢測方式、儀器型號、耦合劑、換能器型號及固定方式；
各通道的靈敏度校準結果；
門檻、增益的設置值；
背景噪聲的測定值；
衰減特性；
換能器布置示意圖及聲發射源位置示意圖；
源部位校準記錄；
檢測軟體名及數據文件名；
檢測結果分析。
[0097]十三、結論
十四、檢測人員資格證書、報告人籤字。
[0098]實驗室洩漏檢測的程序如下:
1.、實驗室洩漏檢測試驗
被測管段長約6m，一號傳感器放置在距離原點0.4m處，二號傳感器放置在距離原點
2.Sm處，三號傳感器放置在距離原點4.5m處，模擬洩漏源位於原點2.1m處。實驗管段如圖1所示。
[0099]在0.2Mpa下,洩漏量佔總流量的2%的試驗定位圖如圖2_圖5所示。
[0100]由以上定位圖，可知其管道洩漏位置靠近I號探頭，約在2.0m左右。該結果與實 際模擬源基本位置一致。
[0101]下面通過一個較佳的應用實例對本發明作進一步詳細說明:
被測管段位於人民路上一段折線支管，管長約為20m，管內徑約為57mm，壓力為CN 103499023 A
書
明
說
li/ii 頁
0.36MPa，屬於中壓B級管線。管段上有三個直角彎頭，如圖6所示。由於管道開挖檢測被 限制，將I號傳感器布置在支管開始的檢查井中與閥門的接頭部位，檢查井深1.3m，2號傳 感器布置在支管露出地面距地面0.2m處，如圖7、圖8所示。
[0102]經檢測，得到相關定位圖，如圖9至圖12所示。
[0103]結合管道設計布置，對定位圖進行綜合分析，判定距I號探頭8.6-9.0m處有疑似 洩漏。隨後，燃氣公司沿管線在此處附近地面上每隔30cm打一初驗複查孔(見圖13)，並使 用Gasurveyor 500型可燃氣體檢測報警裝置在打孔口驗證檢測，在距離I號傳感器約7.6m 的孔口，檢測儀ppm值上升最迅速並伴隨有報警聲，於是縮小換能器間距或範圍進一步查 找這個洩漏信號的位置。
[0104]考慮到洩漏天然氣從地下跑冒到地面上，並非直線擴散，而是沿著疏鬆的地縫上 行。結合上次檢測定位結果，縮小傳感器間距至9.2m範圍內再測，I號傳感器位置不變，在 距離I號傳感器9.2m的位置開鑿的管道檢測孔，當開挖到距地面約Im的深度時，就聞到加 臭的天然氣味，管道存在洩漏確定無疑。繼續下挖直至露出管道，形成檢查孔面，將2號傳 感器放置在該檢測孔裸露的管道壁上。經再次檢測得到以下參數水平，見圖14至圖17。
[0105]由以上信號參數水平，綜合判斷洩漏點應在距離I號傳感器8.2m的位置。最後在 距離I號傳感器的8.3m處發現了一個直徑1.5mm左右的洩漏孔，經工程技術人員判斷為腐 蝕洩漏。
[0106]在燃氣公司技術人員對管道堵漏維修完畢後，又進行檢測，此次測試I號傳感器 位置不變，2好傳感器放在洩漏點後約1.3m的位置，即兩傳感器間距為9.6m。檢測定位圖 見圖18和圖19。
[0107]從以上定位圖可見，在距I號傳感器8.3m處已不存在洩漏信號。通過修補前後的 檢測定位結果比較，進一步證明了聲發射儀在檢測管道洩漏方面的優勢，對城市燃氣管道 提供了很好的經驗。
[0108]以上所述僅為本發明的實施例，並不用以限制本發明。凡在本發明的精神和原則 之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種燃氣管道洩漏在線檢測和定位方法，具體包括如下步驟:(1)檢測前:先加壓被測管段，關閉一段時間後，觀測是否有非人為的壓力下降，有則確定該管段有洩漏；(2)檢測系統校準:模擬源校準，採用聲發射信號發生器或直徑0.5mm、硬度為HB的鉛筆芯折斷信號作為模擬源，其相應幅度值取三次以上相應平均值；靈敏度校準，在檢測開始或結束之後進行通道靈敏度校準，對每一通道進行模擬源聲發射幅度值響應校準，模擬源距換能器IOOmm內，各通道響應的幅度差不大於土 3dB，否則重新耦合換能器或調整換能器與前置放大器的匹配；各通道的門檻電平校準， 門檻電平比最高噪聲電平高6dB以上，並儘可能保持一致，個別需要調整時，其差別不大於 ± WB ;衰減值校準，在兩個換能器之間的位置用斷鉛或標定儀發射模擬聲發射信號以測量聲發射信號在管道表面上的衰減值，用此衰減值和門檻電平水平來確定換能器之間的最大間距，以保證測到聲發射信號；定位校準，運用線定位方法實測聲發射模擬信號的聲傳播速度，以此實測值作為源定位的參考值，以計算定位聲源；聲發射源部位校準，在管道壁上某一位置發射一個模擬源，若檢測到的定位顯示與聲發射源部位一致，則該模擬源的位置為檢測到的聲發射源部位的位置；(3)檢測程序，即將換能器直接安裝在燃氣管道生產線上，運用聲發射洩漏檢測技術， 通過實時檢測，實時反饋信息，發現洩漏並定位:首先測量出背景噪聲，背景噪聲測量時間不少於15分鐘，以便設定合理的閾值，消除背景噪聲的幹擾或終止檢測；換能器之間的距離不超過100m，換能器可布置在已開挖並暴露出15-20cm2管道壁上，條件限制情況下可布置在管道檢查井中的被測管道暴露部位上；檢測過程中如遇到強噪聲幹擾，例如雨、雨夾雪、冰雹、沙子、風、碎裂或研磨，進行評估並通過隔聲使影響最小化，記錄這些噪聲來源；每個通道的聲信號水平連續實時地記錄，記錄的參數還包括壓力信號，以便與聲發射檢測數據做相關分析；當檢測到一個增強的信號水平，綜合分析為疑似洩漏信號，則通知燃氣公司工程技術人員在疑似洩漏信號附近管段地面上打孔初驗，打孔深度至少應達到管道埋地深度的85%，打孔間距為30-50cm，當在驗證孔口發現檢測儀報警或濃度達到500ppm以上，可確定在該驗證孔附近下的管道有洩漏，然後縮小換能器間距或範圍進一步精確確定這個洩漏信號的位置；當發現該疑似增強信號來源於被測管道結構以外的區域，消除該信號或降低該信號水平以保證檢測系統滿足檢測要求，如果這個外來洩漏信號無法消除，那麼該信號對聲發射系統靈敏度的影響被記錄下來；(4)檢測記錄:記錄所有校準數據和儀器測定的聲發射信號參數，記錄的信息至少應該包括:燃氣管道的材料、管徑、管道長度及管道內燃氣壓力；換能器的技術條件，包括型號、 靈敏度、頻率響應、固定方法、耦合劑名稱、連接電纜型號和長度；換能器的安裝位置；聲發射儀器的型號和特性；每次校準的時間、步驟和結果；以圖表的形式將所測聲發射信號做永久性的數據記錄；(5)檢測結果分析評定:列出檢測結果，用圖表列出結果，這些數據圖表應能表示出每個聲源的位置；最終評價管道上的洩漏情況應該根據各通道的RMS、ASL、能量、撞擊、信號強度等參數進行綜合分析來判斷洩漏源位置，檢測前8秒內各通道的RMS、能量水平分析尤為重要。
2.根據權利要求1所述的一種燃氣管道洩漏在線檢測和定位方法，其特徵在於:所述被測管段是相對獨立的，且檢測前沒有介質流動或介質流動處於穩態，每段被測管道重複檢測3-5次，每次檢測持續時間2-3分鐘，每個通道的聲信號水平參數連續實時記錄。
3.根據權利要求1或2所述的一種燃氣管道洩漏在線檢測和定位方法，其特徵在於: 所述檢測前的步驟還包括:檢測前給管道適當增壓，並保持壓力不變；現場勘查，找出所有可能的噪聲源，包括電磁幹擾、振動、摩擦和介質流動，對這些噪聲予以排除；處理被測燃氣管道表面的保護層，以便於換能器能夠與管道充分接觸。
4.根據權利要求1或2所述的一種燃氣管道洩漏在線檢測和定位方法，其特徵在於: 步驟(2)中所述門檻電平水平根據現場測得的背景噪聲水平確定。
5.根據權利要求1或2所述的一種燃氣管道洩漏在線檢測和定位方法，其特徵在於: 所述檢測和定位方法在生產運行狀態下、管道被有限開挖或不開挖情況下進行，有限開挖指可在被測管道長度內每50m左右開鑿一個檢測孔，檢查孔暴露管壁面積約15-20cm2，以安置換能器；在開挖檢查被限制情況下，將換能器布置在檢查井中與閥門連接的被測管道裸露部位上，進行檢測。
6.一種燃氣管道洩漏在線檢測和定位裝置，其特徵在於:包括換能器、前置放大器、主放大器、聲發射儀、信號線纜；所述換能器的輸出端通過信號線纜與前置放大器的輸入端連接，前置放大器的輸出端再通過BNC接頭與主放大器和聲發射儀主機連接，換能器直接與被測物體接觸，接受聲信號，經前置放大器、主放大器傳輸到聲發射儀，聲發射儀將聲信號轉變為電信號形成數據；所述換能器為窄帶低頻換能器，諧振頻率在2～l00KHz範圍內，其靈敏度不小於60dB， 所述換能器對無線電波和電磁噪聲幹擾具有屏蔽作用，換能器在檢測帶寬和使用溫度範圍內，其靈敏度變化不大於3dB，換能器與被檢測管道表面之間保持電絕緣；所述前置放大器短路噪聲有效值電壓不大於7 u V，在檢測寬帶和使用溫度範圍內，其頻率響應變化不超過3dB，且與換能器頻率響應相匹配；換能器到前置放大器之間的信號線長度不超過1.8m，且能屏蔽電磁幹擾；所述主放大器的增益是線性的，在0～50°C溫度範圍內其線性變化控制在3dB之內；所述聲發射儀器處理器具有實時顯示和記錄功能，用於記錄信號波形、信號頻率、ASL、 RMS、信號強度以及能量、撞擊等參數，處理器閾值精度控制在±2dB範圍內；處理器內能量測量電路測量信號能量值的精度為±5%，聲發射系統對每個通道在採集、處理、記錄和顯示過程中具有處理不少於每秒10個聲發射撞擊信號的能力，當出現大量數據以致發生堵塞情況時，系統能發出報警信號；所述信號線纜是連接前置放大器和聲發射儀的一個信號傳輸線纜，長度不超過150m。
【文檔編號】F17D5/06GK103499023SQ201310438040
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月24日 優先權日:2013年9月24日
【發明者】郝永梅, 邢志祥, 毛小虎, 嚴欣明, 李奎 申請人:常州大學, 江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院常州分院