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城镇燃气管道泄漏检测实践
周廷鹤
（中国燃气控股有限公司 安全监察部， 广东 深圳 518001）
摘要：阐述泄漏检测技术及车载激光气体泄漏检测设备，从泄漏点总体情况、泄漏点处燃气体积分数、管道泄漏指数、管道运行时间方面分析燃气管道泄漏情况，给出按不同泄漏点危险分级采用的应急处置措施及处置期限。给出管道泄漏检测实际案例。
关键词：激光吸收光谱技术；城镇燃气管道；泄漏检测；应急处置
参考文献示例：
周廷鹤. 城镇燃气管道泄漏检测实践［J］. 煤气与热力，2025，45（1）：B30-B34.
随着城镇管道燃气普及率大幅提升、燃气管道长度和用气量逐年增长，燃气管道因建设施工质量、第三方施工破坏、钢质管道腐蚀等原因造成的燃气泄漏事故时有发生，伴随而来的燃气安全形势愈发严峻。根据文献［1］，2024年上半年，收集到的全国（不含港澳台）燃气事故数量共计181起，其中较大事故3起，共造成13人死亡、28人受伤。加强对燃气管道泄漏检测及评估管理，是提高燃气管道安全平稳运行水平、杜绝燃气管道泄漏事故的关键工作之一。
近年来，燃气管道泄漏检测技术快速发展，常用的技术主要有：化学成分分析法、声学分析法、光学分析法、分布式光纤传感器法、智能球法等［2］。相关管道泄漏检测技术已经在输气管道上得到成熟利用，成为保障管道天然气安全运输的重要举措［3-4］。输气管道和城镇燃气管道在管道材质、敷设环境、日常运营管理等方面的差别，导致泄漏场景、影响范围等大有不同，选择适合的城镇燃气管道泄漏检测技术，有利于提高泄漏点检出率，同时对泄漏点精准定位，减少管道修复对路面交通及周边建构物的影响。与传统人工巡检相比，车载激光检测设备具有泄漏检测效率高、检测覆盖范围大、泄漏气体判别效率高、泄漏点定位精准等优势［5-7］，受到众多燃气公司的青睐。
本文使用某款国产车载激光气体泄漏检测设备，对多家燃气公司燃气管道进行泄漏检测，通过分析燃气泄漏点特征、分布情况，对燃气管道进行泄漏评估，提出不同危险等级泄漏点按不同分级采取应急处置措施及处置期限。
激光吸收光谱技术是一种利用气体分子对激光的吸收特征来测量气体种类和体积分数的检测技术，主要基于能级跃迁原理和朗伯-比尔定律。
① 能级跃迁原理
各微观粒子的运动能量不同且处于不同的运动状态，粒子运动的能量只能取某些特定的值，对应不同的能级。激光吸收光谱主要是由粒子振动能级的跃迁产生的，粒子通过吸收或释放某固定值的能量来改变运动状态，相应地表现为在不连续的能级间激发或跃迁。不同分子结构的气体具有不同的能级结构，对激光的吸收频率不同。因此，气体分子对特定波长的激光具有选择性吸收特性。
② 朗伯-比尔定律
当一束平行单色光通过均匀的非散射气体时，气体对光的吸光度与气体的体积分数及厚度成正比［8］。朗伯-比尔定律为通过特定方案来判定气体种类和体积分数提供了理论基础。实际使用时，通过可调谐激光二极管将其发射的激光波长调整至甲烷或乙烷的吸收波长，就可以利用该原理制造的设备来判断并测量甲烷或乙烷的体积分数，而不受其他气体干扰。
本文所使用的车载激光气体泄漏检测设备（简称车载检测设备）主要包含：前置激光横向盲测系统、顶置遥测激光检测系统、泵吸式激光甲乙烷检测系统。3个系统都是主要依据激光吸收光谱技术。车载检测设备可安装在各种形式的车辆上，支持快速拆装，易于维护。具体车载激光气体泄漏检测设备见图1。
前置激光横向盲测系统和顶置遥测激光检测系统的激光单元发射1束激光，当车辆向前行驶时，这束激光线扫描就成为面扫描，激光束穿过气团会被吸收一部分，剩余的激光束通过路面等障碍物反射回激光单元，被其中的柱面镜接收聚光，在光电单元内解析出甲烷体积分数。泵吸式激光甲乙烷检测系统利用气泵将环境中的气体吸入检测单元，检测单元发射两种特定波长激光束，分别被甲烷、乙烷吸收，在检测单元内部进行气样分析，从而得出所测气体的体积分数。
根据埋地管道小孔泄漏扩散模型，当管道周边是松散沙质土壤时，泄漏点附近的燃气在管道内外压力差和体积分数差的作用下对流扩散，在泄漏点上下方形成了一个垂直不对称高体积分数区域；在远离泄漏点的土壤区域内，因压力差的影响逐渐减小，只有体积分数差引起的分子扩散，燃气呈同心扩散［9-10］，即燃气泄漏后在管道上方的土壤中呈一个近似漏斗形状向地面扩散，并且能够直接冒出地面。通过对埋地燃气管道泄漏点的地面燃气体积分数统计分析发现，地面影响范围一般在1~5 m，通过地面燃气体积分数分布情况定位管道泄漏点位置比较容易。
当燃气管道埋在混凝土或沥青等硬化路面下时，由于泄漏的燃气很难直接穿透硬化路面，而是在路面下不规则扩散，进而从路面的薄弱部分扩散到地面，如路面缝隙、各类阀门井、草地、电缆沟等，地面影响范围大大增加，一般在5~15 m，给管道泄漏点定位带来很大的困难。
由于埋地燃气管道泄漏后呈现的特殊扩散规律，在日常管道泄漏检查工作中，要对以下位置进行重点关注：燃气管道附近道路接缝、路面裂缝、土质地面或草地、房屋地基等燃气容易逸出的地方；燃气管道附属设施及泄漏检查孔、检查井等；燃气管道附近的其他市政管线检查井、各类管沟等；燃气管道出地面部分。
目前，车载检测设备已对多家燃气公司的8.3×104 km的燃气管道进行了多轮检测，共检出各类泄漏点1 021处。通过对泄漏点信息进行统计分析发现，埋地泄漏点占22%，地上泄漏点占78%。
埋地泄漏点中，阀门井内放散阀关闭不严、聚乙烯管道因第三方施工破坏、聚乙烯管件因施工质量、钢质管道防腐层破损导致的腐蚀、铸铁管接口老化等原因造成的泄漏占比较高，占全部泄漏点的12.60%。
地上泄漏点中，调压箱及钢质阀门法兰垫片老化、镀锌管件及户外表箱内燃气表螺纹接口生料带老化等原因造成的泄漏占比较高，约占全部泄漏点的68.86%。
泄漏点处燃气体积分数分布见表1。通过分析发现，约84.82%的泄漏点处燃气体积分数未达爆炸下限的20%，这些泄漏点的危害相对较小，其中泄漏点处燃气体积分数小于0.3%的微小泄漏占比约为61.90%，这些泄漏点虽然短期内没有现实危险，但若长时间不处理，可能在密闭空间内不断积聚，进而形成爆炸性气体，同样具有潜在危险。约2.75%的泄漏点处燃气体积分数超过爆炸下限，已经形成了爆炸性气体，遇火源将发生爆炸，危害较大，应立即进行处理。
本文抽选了8家典型燃气公司的燃气管网泄漏情况进行比较分析，具体情况详见表2，表中泄漏指数指平均每100 km燃气管道检出泄漏点数量。1~4号燃气公司存在运行超过20 a甚至30 a以上的老旧燃气管道，在第1、2轮检测时，燃气管道泄漏情况比较严重，如3号燃气公司的管道运行时间较长，敷设有铸铁管道未进行改造，泄漏指数高达6.13，严重威胁着城市燃气管道的安全可靠运行。政府要求对运行超过20 a的老旧管道进行更新改造［11］。随着老旧管道改造工作的推进，燃气管道的泄漏指数大幅下降，如1号燃气公司对市政输配管道、庭院管道、燃气表箱等进行了大力更新改造，泄漏指数从第1轮的5.41降到第4轮的0.80，取得了比较好的效果，保障了城镇燃气安全可靠运行，提升了城市安全韧性。
5~8号燃气公司的燃气管道运行时间小于10 a。通过4轮燃气管道泄漏检测，泄漏情况变化不大。
通过上述分析发现，定期采用车载检测设备对燃气管网进行全面泄漏检测，对发现管道泄漏、消除管道隐患很有必要。
通过对运行20 a以内的燃气管道泄漏情况进行分析发现，埋地燃气管道采用聚乙烯管和管件时，导致泄漏的主要原因为阀门井放散阀关闭不严、聚乙烯管道因第三方施工破坏、聚乙烯管件施工质量不过关等。这些原因导致的泄漏具有随机性，与时间因素无关，所以每年发生泄漏的概率比较平均。地上管道多采用无缝钢管法兰连接或采用镀锌钢管螺纹连接，法兰接口垫片和螺纹接口生料带的老化，是造成泄漏的主要原因。垫片和生料带等产品的老化与时间强相关。
泄漏点数量占比随燃气管道运行时间分布见表3，其中地上燃气管道、埋地燃气管道分别统计。因运行20 a以上的燃气管道正逐步进行更新改造，不满足安全运行要求的管道里程逐年减少，这批管道不作为本文的研究重点，故将运行20 a以上的管道归在一起统计分析。由表3可以看出，地上管道每年发生泄漏的占比逐年增加，并在运行的第10 a前后达到高峰，随后呈整体下降趋势。T/CCES 24—2021《城镇燃气管网泄漏评估技术规程》提出燃气管道运行达到10 a时开展首次泄漏评估，之后每5 a复评一次。从上述统计数据来看，T/CCES 24—2021提出的时间间隔过于乐观，建议燃气管道运行达到3 a时开展首次泄漏检测及评估，之后每1 a复评一次。对于运行超过20 a的老旧管道、因腐蚀等原因发生泄漏的燃气管道，应加大泄漏检测及评估频次。
对燃气管道泄漏进行分级处置，可以在保障安全的情况下提高管道泄漏检测及修复的工作效率。泄漏点危险等级划分应依据泄漏点发生事故的可能性和事故后果的危害程度进行综合评判，主要因素应包括泄漏燃气的体积分数、与建（构）筑物的距离以及周边是否有重要建（构）筑物等，同时也要考虑泄漏的燃气是否已经进入建构筑物内部、是否被公众感知并引起不良的社会舆论等因素。T/CCES 24—2021将泄漏点危险等级划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级，但未对应急处置措施及处置期限提出要求。本文结合燃气管道泄漏检测工作的实际情况，提出不同危险等级泄漏点采用的应急处置措施及处置期限，具体如下。
① 危险等级Ⅰ级
a.应当作紧急事件处理，发现后立即通知燃气公司调度中心。
b.视情况，启动燃气泄漏现场处置方案或燃气泄漏事故应急预案。
c.燃气公司应立即组织人员抢险，并采取有效措施保障人民群众生命及财产安全。
d.检测人员留守现场，布置隔离警示带，按需要协助群众疏散。
② 危险等级Ⅱ级
a.通知燃气公司调度中心，并按要求立即派抢险人员跟进。
b.抢险人员到达现场后核实泄漏点位置。若证实现场无现实危险且立即维修存在困难（如影响交通、不能停气等原因），在得到批准后，可安排日后进行修理。
③ 危险等级Ⅲ级
a.检测当天通知燃气公司调度中心，并要求派抢险人员跟进。
b.抢险人员到达现场后核实泄漏点位置，做好记录，安排日后进行修理。
① 危险等级Ⅰ级
立即修复。情况紧急时，根据燃气泄漏现场处置方案或燃气泄漏事故应急预案要求，控制燃气泄漏，降低事故风险，避免发生火灾、爆炸事故。
② 危险等级Ⅱ级
应在1周内修复。特殊情况时，应在6周内进行修复；泄漏点修复之前，应每天到现场检测或监察燃气泄漏情况。
③ 危险等级Ⅲ级
应在4周内修复。如果因特殊情况推迟，应得到批准。泄漏点修复前，应每周到现场检测或监察燃气泄漏情况。
某次燃气管道泄漏检测中，车载检测设备的前置激光横向盲测系统报警，提示在一处混凝土地面缝隙处有检测值报警，随后检测人员使用手持式设备进一步确认该处燃气泄漏。因燃气公司管网信息图上未标注此管道，为进一步精准定位埋地管道泄漏点，避免大面积破路开挖，现场抢修人员采用打孔检测法对泄漏点进行定位，孔洞编号及各孔洞燃气体积分数分别见图2、表4。
通过比对两次孔洞燃气体积分数发现，5号孔洞燃气体积分数最高，其余孔洞内的燃气体积分数较低，基本确定5号孔洞下方存在燃气管道泄漏。通过对5号孔洞进行局部开挖，在距5号孔洞平面位置10 cm处找到管道泄漏点。该处泄漏是因管沟回填不满足相关规范要求且管道覆土厚度较小、电熔管件长期受路面荷载变形过大所导致。
车载激光气体泄漏检测设备可以为城镇燃气管网泄漏检测及评估、日常安全管理提供有力支撑。可在较短时间内快速掌握管网泄漏情况，大幅提升管道巡检效率，有效降低人工成本。通过泄漏检测评估还可以为燃气管道风险分级提供依据。车载激光气体泄漏检测设备受道路情况的制约，存在一定的局限性。对敷设在道路边燃气管道的检测效率较高；而对环境较为复杂，尤其是车辆无法到达的区域检测效率会降低。
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