城市燃气管道泄漏的检测与维修

摘 要

摘要：论述了城市燃气管道泄漏的危害性，分析了燃气管道泄漏的原因，探讨了泄漏检测方法和维修方法。关键词：燃气管道；泄漏；检测；维修Detection and Repair of City Gas Pipeline Leak
摘要：论述了城市燃气管道泄漏的危害性，分析了燃气管道泄漏的原因，探讨了泄漏检测方法和维修方法。
关键词：燃气管道；泄漏；检测；维修
Detection and Repair of City Gas Pipeline Leakage
LI Hong-zhi，ZHANG Xiu-qin
Abstract：The harmfulness of city gas pipeline leakage is described，the causes for gas pipeline leakage are analyzed，and the leakage detection methods and repair methods are discussed.
Key words：gas pipeline；leakage；detection；repair
1 燃气管道泄漏的危害性
    在城市燃气输配系统中，受各种复杂因素的影响，无论是敷设在地下还是安装在地上的燃气管道，均存在泄漏的隐患。因此管道的检漏及其修复工作，已成为城市燃气输配系统安全运行的重要环节[1～3]。
    目前全国许多家燃气公司，特别是一些经营历史较长的公司，燃气供不应求的矛盾日渐突出，而且管道泄漏量在整个供应总量中占有相当大的比例[4、5]。如：从某市燃气公司2006年燃气泄漏量(含计量误差)统计资料(详见表1)中可知，燃气泄漏率达到10.2%，全年泄漏燃气233.3×104m3/a。
    由于燃气泄漏引起的爆炸、火灾事故，已严重危及人民生命财产安全。如：2007年3月间一天傍晚，我国某市一处家属院的一幢六层建筑物发生燃气爆炸。强大的冲击波震碎了整幢楼的门窗玻璃，正因门窗的泄压作用，才使得楼房未被炸塌，但楼梯间及部分砖混结构松动错位出现裂缝。楼内的人员中有3人重伤、多人轻伤。此次重大爆炸事故伤及16人，所幸没有人员死亡，但造成了大面积供气受影响，约6000户用户停气。在这次爆炸事故发生之前，曾有一名施工人员因燃气中毒送往医院接受治疗。事后查明，这次燃气爆炸和中毒事故是由于室外绿化工程施工机械挖土导致地下燃气管道断裂，使大量燃气由楼梯间弥漫入室而引起。
表1 某市2006年燃气泄漏率调查统计
月份
燃气供应量/m3
燃气泄漏量/m3
泄漏率/%
1
168.0×104
20.2×104
12.0
2
173.2×104
30.3×104
17.5
3
186.8×104
16.8×104
9.0
4
192.2×104
18.0×104
9.4
5
189.7×104
4.3×104
2.3
6
195.8×104
9.3×104
4.8.
7
189.9×104
9.1×104
4.8
8
186.0×104
6.8×104
3.7
9
184.4×104
9.6×104
5.2
10
200.9×104
24.9×104
12.4
11
217.8×104
48.2×104
22.0
12
205.3×104
35.8×104
17.4
全年
2290.0×104
233.3×104
10.2
    据报道，在2004年7月间，位于比利时的布鲁塞尔西南32km处发生高压燃气输送管道泄漏爆炸事故。爆炸产生了巨大火球，强大的冲击波把遇难者尸体抛到远处。据初步统计，事故造成至少15人死亡，120人受伤，3人失踪。比利时消防部门发言人说：“(爆炸点周围)0.5km范围内的停车场、农田以及烧毁的汽车中，到处都是伤员及尸体……看起来就像是一个战场……场面惊心动魄，损失极为惨重。”
    城市燃气管道泄漏造成的危害还表现在某些意想不到的情况中。曾发生过地下燃气管道泄漏后，燃气透过土层并越过房屋基础窜入居民卧室内，熏死正在熟睡的人们。此类中毒死亡事故在国内外许多城市都出现过。
    除此之外，燃气管道泄漏对城市低空大气的污染也较为严重，燃气泄漏对环境的污染已成为社会公害之一。
2 燃气管道泄漏的原因[6～10]
    燃气管道的敷设形式分为地上架空和地下埋设[11]。地上架空管道主要有用户室内燃气管道、储配站、调压站内所有出地面后架设的燃气管道等。这一类管道的泄漏，除了阀门填料、压兰、法兰、用户表后旋塞阀泄漏外，主要是管道螺纹连接处受到外力作用而泄漏，而由管道本体缺陷所致的泄漏并不多见。地下输配管道的泄漏大多由接口松动或管道腐蚀、开裂、折断而引起[12]。常出现泄漏的情况是接口松动，但其泄漏量较小。而泄漏量最大、最易发生事故的则是管子折断。经统计分析，埋地燃气管道泄漏原因可分为以下6点。
   ① 管道材质差
   有的管材和接口材料在管道敷设前缺乏仔细的质量检查，未及时发现管子裂缝、砂眼、孔洞及夹层等缺陷。铸铁管承插口接头用的水泥或橡胶圈，在储存期间易出现受潮变质或橡胶老化失去密封作用，如果使用质量不合要求的接口材料，势必影响管道的气密性而出现泄漏。
    ② 施工质量不符合标准
    施工质量对管道气密性影响很大。新工人技术不熟练或老工人不遵守技术操作规程而造成的接口草率、管道连接不合理、沟底原土扰动、回填土不打夯等都会造成接口松脱和管子折断而泄漏。对于钢管，焊接质量差、焊缝没有焊透、焊缝存在夹渣、气孔、焊机电流过大熔伤母材、焊缝厚薄不匀等现象，容易引起管道焊缝泄漏。如果管道施工时已经留下了泄漏隐患，应该在管道试压中发现并予以消除，倘若在试压时也敷衍塞责，那就必然后患无穷。由于施工质量问题造成的燃气泄漏程度，因管道压力不同而异，中压管道要比低压管道更为显著。
   ③ 管道腐蚀[2]
   燃气管道受外部酸性或碱性物质的腐蚀作用而穿孔泄漏的现象多见于钢管，但铸铁管也经受不住含有强酸污水的日久侵蚀。如：某市搪瓷厂原有一条向外排放的酸性污水管道，与公称直径为300mm的铸铁燃气管道交叉，从该污水管接口中漏出的污水侵蚀着铸铁燃气管道，最终使铸铁管管壁腐蚀成疏散状而塌陷，大量燃气泄漏，后果相当严重。
    燃气中含有的腐蚀性成分如硫化氢、氰酸铵、二氧化硫等与水分和溶解氧共同作用时，从管道内部产生的腐蚀也不可小觑。液化石油气}昆空气和天然气混空气作气源时，被输送的介质中掺入了大量的氧分子，大大加速了管道内壁的腐蚀。人们常常忽视管道的内腐蚀，实际上，燃气中含有的腐蚀性成分长久过量超标，管道内腐蚀速度也较大，并且会造成相当严重的后果。
   ④ 燃气管道折断
   受施工条件的限制，敷设在车行道上的管道有的平行于道路，有的横穿道路。按工程设计规范要求，燃气管道在车行道下敷设时，管顶距地面不得小于0.9m。但局部地段管道受地形、坡度及其他地下构筑物影响，也有不足0.9m的情况。因此，管道就有可能频繁地受到地面动荷载的扰动而折断。燃气管道被折断的现象多数出现在铸铁管道上，钢质管道极少被折断，但被强力拉裂拉开焊口的现象也时有发生。如：某市的人民公园门口，很长一段时间内，过往行人总能闻到明显的燃气味道，经察看发现燃气是从路边雨水井溢出。开始时把查漏部位放在雨水井临近的人行道上，耗费了大量的时间和精力，采取了很多办法也未能找到泄漏点。最后把查漏重点转移到管道横穿道路的地段上，很容易就找到了管子折断泄漏部位。
    ⑤ 第三方施工的影响
    城市给排水管道、热力管道、电缆、房屋等工程施工时，经常发生折断燃气管道和损坏管道接口等事故。如：某市某街道原有一条铸铁燃气管道，当铁路部门敷设自来水管道时，将水管直接压在燃气管道上，原燃气管道基础被扰动，此后不久燃气管被折断，燃气漏入铁路通信电缆管内，继而通往铁路通信线路站中心值班室，险些酿成中断铁路通信的大祸。又如：2009年某市某住宅小区地质钻探时，钻孔正好打在燃气管道上，使管道折断，造成大量燃气泄漏。因此，管道巡检人员应当与各在建市政工程现场的施工单位相互沟通，加强联系，在燃气管道附近有其他工程施工时，要到现场给予必要的配合，对可能会受到损坏的管段加以安全防护。
    ⑥ 温度的影响
    燃气管道因大气温度、土壤温度、燃气温度的变化而有伸缩现象，而地下燃气管道很少设置补偿器。因此，管道接头容易发生松动、产生间隙而导致泄漏，伸缩严重时管道会在温度应力作用下遭到破坏。由于温度变化而引起的伸缩量和温度应力，地上架空管道比地下管道更为显著，但架空燃气管道一般都要设置补偿器。
3 泄漏检测方法
3.1 户内燃气管道查漏方法
   ① 管道试压
   户内燃气管道系统试压时，可在燃气旋塞阀处接U型压力计，将进户阀门关闭。观察压力计读数，若发现水柱下降即说明存在泄漏。打开进户阀门，通入燃气，用涂刷肥皂水的方法检查接口、法兰、阀门、燃气表是否泄漏，这样能够很准确地找到泄漏点。
   ② 配合查漏
   户内系统查漏操作时，应手、眼、鼻、耳互相配合、协调动作。用眼察看涂过肥皂水的接口是否有鼓出肥皂泡现象，用鼻靠近接口直接嗅是否有燃气味。泄漏量稍大时能很快吹开肥皂水而不起泡，可配合用耳来听，如发现有“嗤”的声音，即可断定有泄漏。燃气表的背面等不易涂肥皂水之处，除了听和嗅，还可用手伸到燃气表的背面靠触觉去测试，漏泄较为严重时，一般手背可感觉到泄漏点的位置。
    户内燃气管道系统带气查漏时，绝不能图省事而直接使用明火，这样做严重违反安全操作规定，极易引起火灾或爆炸事故。
3.2 地下燃气管道查漏方法[13～16]
   ① 使用检漏仪器查漏
   城市燃气气源如果是含一氧化碳的煤制气，可以使用一氧化碳检测仪来查漏，这种利用气体化学反应的检测仪在日本使用较多。国内生产的一氧化碳检漏仪器，在接触到含一氧化碳的气体时，便会自动发出声响报警。此外还有许多种利用气体渗透性、光学性能、泄漏声响等制成的检漏仪[17～22]。
   ② 管道井检查
   在敷设燃气管道的道路上，可利用沿线给排水管道、电缆等管道井，来判断是否有燃气泄漏。
    ③ 巡查路旁树木[6]
    因燃气中含有少量影响植物生长的有害物质，若树木根部接触到燃气，树叶就会枯萎或变色。巡查燃气管道沿线树木的生长状况，便可以发现地下管道泄漏。
    ④ 利用凝水缸判断泄漏
    地下燃气管道沿线设置的凝水缸一般按照抽水周期规律性地抽水。若发现某凝水缸抽水量突然有较大幅度增加时，就要怀疑有可能是管道出现裂缝。当管道埋设较深时，地下水的压力有可能高于管内压力(这种情况大多出现在低压燃气管道上)，从而使外部积水反灌进入管道并流入凝水缸。因此，可以从管道抽水异常推断燃气管道的破损和泄漏。
    ⑤ 打孔查漏
    沿着燃气管道的走向，在地面上每隔一定距离(一般为2～6m)打1个孔洞，用嗅觉或检漏仪进行检查。发现有燃气泄漏时，再加密孔洞，通过气味浓淡来判断出比较准确的泄漏点。然后再破土查找。据悉，上海、大连等城市的燃气公司都组成了专业队伍，常年打孔巡检，效果很好。对于坚固的高级路面，可采取预先埋设检漏管的办法[13]，不但可以检查燃气泄漏，还可以防止泄漏的燃气侵入建筑物内。检漏管装置见图1。
 
    ⑥ 挖探坑
    在管道位置或接头位置上挖探坑，露出管道或接头，检查是否泄漏。探坑的选择应结合影响管道泄漏的各种因素来分析，如遇管道经过车行道和人行道时，探坑应选在车行道上，或者调查是否有其他施工部门在附近施工等。探坑挖出后，即使没有找到泄漏点，也可以从坑内燃气气味浓淡程度，大致确定出泄漏点的方位，从而缩小查找范围。
   ⑦ 堵球查漏[6、12]
   在文献[12]中，简述了一种堵球查漏法，笔者依据它的原理，研究改进成一种简单实用的检漏工具，见图2。
 
   这种燃气检漏连通球工具，利用两只相互连通的橡胶球，在管道内制造一个局部密闭空间，用来检漏。这是一组用橡胶管连接起来的可充气的连体橡胶球胆，球胆充气软胶管是为主阻气球、辅阻气球充、泄气用的专用管；测压软胶管穿过主阻气球通至两球间，它与主阻气球密封连接，但不连通，不影响连通球本身的整体密闭性，它的作用一是为管道内新制造的这个局部密闭空间充、泄气，二是充气后测压；系拉带是检漏完毕后为取出连通球而专设；橡皮塞起密封作用，与软管和系拉带之间用橡皮泥密封。
    该检漏工具使用中应注意如下事项：a.放入管道之前要吹气检查连通球及其连通管是否完好。b.往管道内放置时，要谨防锐物划伤而破坏密闭性，还要注意连通管不能扭结而阻碍两球的连通。c.该工具制作时两球之间距离(即连通管长度)不宜大于5m。d.要选择适宜的型号，最基本的要求是：球胆具备一定的张力，球径小于管道内径时，管内压力能推动球胆行走，到位后球胆的膨胀量能使球径远大于燃气管道内径。
    堵球查漏一般都在燃气管道内压力较低，且燃气不流动或流速极小的情况下进行。将连通球放置妥当后，用球胆充气软胶管充入空气升压使球胆膨胀，这样两球间就形成一个与两端隔绝的密闭空间。再用测压软胶管向此密闭空间充气(以氮气等惰性气体为宜)，达到一定压力后，停止充气。在测压软胶管的地面端接U型压力计测压观察，如果这段空间的管道壁有破损而泄漏，则压力会下降。如此移动检查，即可确定泄漏点位置。在查漏实践中，这种方法比较实用，但还有一些弊端和不方便的地方。
    依照图2的原理，笔者还研究出另外一种方法。具体做法是：先在有泄漏疑点的管段上钻3个丝孔(两侧为装球孔，中间是测压孔，怀疑的泄漏点在两个装球孔之间)，再将测压胶管一端从测压孔伸进两球间的测漏管段中，然后再分别从两个装球孔各送入一个球，各自充气封堵后使待测管段形成密闭空间。通过测压胶管及U型压力计可以知道被测管段压力变化。如泄压，还可以通过测压胶管向密闭管段内充气(以氮气等惰性气体为宜)升压，并观察压力变化。如此可进行反复试验，直到确定泄漏点为止。如果测试中稳压较好，则可确认漏气点不在两球之间的管段，应继续如法钻孔堵球查找。
    如果两球之间的管段上连接有用户，则可利用用户引入管进行管道检漏(见图3)，充气和测压可充分利用用户引入管及户内管。
 
    ⑧ 常年查漏、形成制度
    燃气管道查漏应是输配管理的一项经常性工作。泄漏检查的次数应根据管道的运行压力、管材、埋设年限、土质、地下水位、道路的交通量、有无特殊构筑物、以往的泄漏记录等全面考虑后确定。巡检工作应有专人负责，常年坚持，形成制度。除平时的巡检管理外，每隔一定年限还应有重点地、彻底地检查一次。检查方法可结合管道的具体情况适当选定。
4 泄漏维修[23～26]
    处理泄漏一般分两步走：第一步是紧急处理，泄漏部位一经发现，在工具和材料暂未备齐的情况下，必须立即采取紧急措施，使用破布、棉纱和泥巴等随手可得之物抢先堵住泄漏点。第二步是彻底消除泄漏，修复泄漏点应根据管道损坏的具体情况，采取相应的操作方法保证堵漏的可靠性、永久性。
    ① 承插式接口泄漏的修复[27]
    修理铸铁管承插式接口泄漏时，一般情况下应停气进行修复操作。首先要确定接口填料的类别，然后才能开展修复的准备工作。对于青铅接口，修复前先把接口处泥土清理干净，然后使用铅凿、手锤捻紧铅口，铅口凹陷时，可加入一些铅线、铅条继续捻入接口内，直到接口完全不漏为止。对于水泥接口(包括纯水泥接口、膨胀水泥接口、石棉水泥接口、三合一水泥接口)，应将接口内水泥部分或全部剔出，在打紧麻丝后重新配好水泥填料捻入接口，并覆盖湿破布养护。当泄漏接口位于车行道时，应将原水泥接口改为青铅接口，以改善接口性能。
   ② 焊缝泄漏的修理
   钢管焊缝开裂泄漏进行正式施焊修理时，应将燃气截断，管内用惰性气体或空气将燃气充分置换，或者保持正压带气操作。要绝对避免管道内燃气与空气混合浓度在爆炸极限范围内，必须充分保障施焊修理时安全操作条件。
   ③ 管子泄漏的修理[6]
   无论是铸铁管，还是钢管，当管子出现腐蚀、裂口、折断而发生泄漏时，可使用夹子套筒修理。夹子套筒由两个半圆形的管件构成，当套住管子后，用螺栓连接起来，夹子套筒与管子外壁之间用密封填料像承插式接口一样进行处理。
   ④ 砂眼、孔洞的修理
   铸铁管上出现砂眼、孔洞等缺陷，可在缺陷上钻孔攻丝，然后用涂好铅油缠好麻丝的外螺纹堵头拧紧在管道上新钻制的带有内螺纹的孔内，封堵泄漏点。
   ⑤ 承插式机械接口泄漏的修理[27]
   燃气铸铁管承插式机械接口主要靠接口填料和橡胶圈来保障接口的密封性。此类接口发生泄漏多因接口填料松动，漏出的燃气直接接触到橡胶圈，日久橡胶会吸收燃气中的苯而发生变质，逐渐丧失密封作用。修理时，应拆下已损坏的橡胶圈，捻紧铅或水泥填料，更换新的橡胶圈后，用压兰将压力环压紧。
   ⑥ 其他
   地下管道的使用年限因管材、土质、地基状况等的不同而有差异。按照铸铁管、钢管等不同材质和不同地段，对于经过一定运行年限或发生过多次泄漏的管道，应有计划地进行疏密有致的排查。对于腐蚀特别严重、泄漏部位较多、泄漏频繁的管道，应当果断予以更换。
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(本文作者：李鸿志1 张秀琴2 1.邯郸市燃气公司 河北邯郸 056001；2.中国市政工程华北设计研究总院 天津 300074)