2.身份证号：32068219890811xxxx 上海 200127
摘要：本文介绍了当前国内天然气长输管道输气站场可燃气体泄漏检测设备的设置方式。根据超声波检测技术原理及其与传统的检测方式的比较，在具体项目中应用了一种基于超声波技术的可燃气体泄漏检测设备。
关键词：长输管道；露天工艺区；可燃气体；超声波检测
一、引言
输气站场的露天工艺设备区做为长输管道的核心区域，工艺设备区的安全处于至关重要的地位，天然气在工艺设备区内的泄漏扩散易造成爆炸的风险，多年以来，长输管道输气站场可燃气体泄漏检测一直采取催化式或红外点式检测器配合控制器，运行过程中，故障和误报现象严重，检测效果不是很理想。目前在设计实施过程中遵循GB 50183 《石油天然气工程设计防火规范》6.1.6章节给出了指导性意见：“其他露天或棚式布置的甲类生产设施可不设可燃气体检测报警装置”，在该种方式指导下目前站场露天工艺设备区域未布置可燃气体检测设备。
随着中国石油西气东输管道公司“集中监视”运行模式的推广，依据“以人为本、节能环保、安全高效”的理念，对管道采用区域化管理，为将工艺设备区内部风险降低到可接受范围内，对于露天工艺区气体发生泄漏的实时检测要求大大提升，需要有减缓风险的措施和方法。现在一种“新兴”的超声波传感技术已经逐渐成为经过现场验证的管道泄漏检测方案，提高了管道泄漏检测的准确性，保证了输气站场的安全。
二、可燃气体报警系统
2.1国内长输天然气管道站场可燃气体报警系统概述
可燃气体报警系统是输气管道站场站控系统的一个重要组成部分，以可燃气体泄露为监控对象，根据不同可燃气体种类要求和特点而设计。站场可燃气体控制器经站控级硬线与管辖区域内的可燃气体探测器设备联网，组成站控级可燃气体报警系统，负责监视站场内可燃气体探测器设备的运行状态、接收可燃气体探测器报警信息，可燃气体控制器同时将可燃气体报警系统的报警、故障等信息传输至站控系统，然后通过站控系统传输至相关调控中心，并可进行一系列消防联动控制，接受调控中心命令或独立组织指挥管辖范围内防救灾工作。
2.2国内长输天然气管道站场可燃气体探测器设置现状
输气管道站场建设过程中，在各站场室内的发电机房、厨房及热水间等室内地方设置固定点式、红外对射式可燃气体探测器，对上述位置进行可燃气泄露自动检测。
早期西气东输一线及其他支线的站场露天工艺设备区域设置红外对射式可燃气体检测装置，运行过程中，故障和误报现象严重。自2008年开始，经过专家讨论，拆除了西一线全线各站场露天工艺设备区可燃气体检测装置，露天工艺区拆除后未设置气体泄漏检测装置。
西气东输二线及后期建设的长输管道项目在设计中，根据《石油天然气工程设计防火规范》（GB50183-2004）中“其他露天或棚式布置的甲类生产设施可不设可燃气体检测报警装置”，站场露天工艺设备区域未布置可燃气体检测设备。
三、输气站场露天工艺区超声波气体泄漏检测器的设计
3.1常用可燃气体探测器的工作原理和适用场合
目前国内常用气体泄漏检测设备有以下6种基本原理，具体对比分析如表3-1所示：
通过检测原理及经济性比选，认为超声波原理的气体泄漏检测器为当前最适合在“天然气露天工艺区”进行泄漏检测的技术产品。其具体原因如下：
①灵敏度最高，在达到危险浓度之前检测到气体泄漏；
②可靠性最好，不受任何恶劣天气条件的影响，只要管道内的高压气体泄漏产生超声波即可被探测到，很少漏报警，通过设置合适的延时时间也可以大大降低误报的概率；
③不受气体种类的条件约束；
④单个设备探测距离最远（最大30m半径）；
⑤采用接收超声波来报警，由于声音在空气中传播速度非常快，因此报警响应时间非常短；
⑥稳定性极佳，产品原理非化学原理，既不会产生任何污染，传感器也不会有任何损耗；有数字显示分贝的产品做好定期的示值标定即可，由于基本无漂移，间隔周期可设置较长；产品的使用寿命都比较长，一般都在十年以上，甚至更长。
3.2超声波气体泄漏检测仪
3.2.1检测原理
超声波气体泄漏检测仪是一种捕获超声波泄漏信号用于工业领域泄漏检测、气密性检测和预测性维护的设备。
其检测原理为：当容器或管道内充满气体时，其内部压强大于外部压强，由于内外压差较大，一旦漏孔，气体就会从漏孔冲出。当漏孔尺寸较
小且雷诺数较高时，冲出气体就会形成湍流，湍流在漏孔附近会产生一定频率的声波，声波振动的频率与漏孔尺寸有关，漏孔较大时人耳可听到漏气声，漏孔很小且声波频率大于20kHz时为空载超声波。超声波具有指向性是高频短波信号，其强度随着传播距离的增加而迅速衰减。利用该特征，即可判断出泄漏点的大概位置。
超声波气体泄漏检测器即利用该原理通过对泄漏声音中超声波部分声波的探测、采集和分析来对管道泄漏做出报警指示。
3.2.2产品特点
目前市场上只有两种类型的超声泄漏检测器。第一种利用传统的超声波传感技术，使用移动的金属隔膜（麦克风）来检测泄漏。其设计通常会限制安装方向，并且该技术易受温度变化影响，这种检测器具有中等的背景噪音。
最新的超声波传感器技术采用谐振式传感器，有源元件采用嵌入在陶瓷介质中的压电材料（可将机械变形转换成电压）。这种超声传感器具有非常高的耐化学性和很宽的频率范围响应频带，该设备可以采用任何方向安装，此设备出厂前由厂家校准，终生无需重新校准。产品有梅思安的OBSERVER超声波气体泄漏检测仪，艾默生INCUS超声波气体泄漏检测仪等设备。两家产品具有周期性自检功能，出现突发使用故障会及时发出报警信号；较强的灵敏度，有效探测距离在15m～20m左右；较强的可靠性。产品探测超声波20kHz～100kHz范围，不受露天可闻背景噪音的影响，设置合适延时时间后可不受风雨雷电等极端天气的影响；产品已取得在易燃易爆环境下使用的防爆安全合格证以及相关安全资质和产品性能检测合格证。
3.2.3泄漏量定义
甲烷的泄漏率定义:微量泄漏0-0.1kg/s；中型泄漏0.1-1 kg/s；大量泄漏: 1 kg/s 或者更大。本项目其中明确了在4MPa压力下，孔径为2mm的泄漏量作为本项目的主要风险控制目标。
3.3项目案例
目前在西气东输一线郑州压气站的露天工艺设备区域布置了3套超声波可燃气体泄漏探测器，项目已完成施工。
本次改造对露天工艺设备区域潜在泄漏点进行分析，综合确定探测器覆盖区域要求，必须覆盖的区域包括：过滤分离区、计量区、调压区、自用气计量调压区等高后果区域。泄漏检测探测器布点时以监测点为中间，20m半径范围内，可确定为有效检测区域。检测器布放的数量比其他种类探测器数量少，节约了产品采购成本和安装维护成本。
四、问题建议
1）目前超声波气体泄漏检测仪品在国外（美国、加拿大、英国、法国、澳大利亚、马来西亚等国家）压缩机单体、海上平台、浮动LNG、井口等项目已有应用案列。但国内尚未大规模应用，因此建议在大范围推广应用时，应逐步推广、逐步改造实施，规避新设备应用适应性风险。
2）为了保证报警信号设定值的准确性，各项目中供货商应至各项目现场实地测量超声背景噪音数据并给出各站场报警信号设定值，保证各超声波气体检测仪在各项目布点位置及安装高度的合理性。
五、结束语
本文简单介绍了输气管道站场可燃气体报警系统的系统设置，主要对站场可燃气体探测设备做了较为详细的分析比选及超声波技术的气体泄漏检测设备的工作原理介绍。通过本文的研究，实现了基于超声波技术的气体泄漏检测技术在输气管道站场方面的应用。
参考文献
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[3]GB50116-2013 火灾报警系统设计规范[S].
[4]GB50183-2004 石油天然气工程设计防火规范[S].
论文作者:张克宁1,范逸星2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/2/2
标签：气体论文; 超声波论文; 管道论文; 露天论文; 漏孔论文; 检测器论文; 区域论文; 《基层建设》2017年第33期论文;