歡迎訪問山東省中遠(yuǎn)天然氣技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司
一種天然氣管道泄漏快速檢測裝置研制
發(fā)布日期:2022-04-08發(fā)布單位:(發(fā)明專利號:201910680329X;實(shí)用新型專利號:2019211874873)
高新杰
前言
長輸天然氣管道途徑山區(qū)、丘陵、平原、沼澤和水網(wǎng)等地區(qū)。管道沿線遍布湖泊、河流、池塘、溝渠等水域,這些水域容易產(chǎn)生沼氣,目前在日常巡線過程中,若發(fā)現(xiàn)管道經(jīng)過的水域有氣泡產(chǎn)生,需要對該區(qū)域進(jìn)行開挖,以進(jìn)一步確認(rèn)是天然氣管道泄漏還是沼氣導(dǎo)致的氣泡,這種開挖確認(rèn)的方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力,成本高,代價(jià)大(降壓運(yùn)行以及用戶壓減等),確認(rèn)周期長,安全隱患大,并且容易產(chǎn)生次生風(fēng)險(xiǎn)。
目前國外有一種“燃?xì)夤芫W(wǎng)綜合檢測裝置”,例如德國GMS4000等,該裝置內(nèi)置氣相色譜分析,可以準(zhǔn)確辨識沼氣和天然氣,但該裝置無氣體收集器,無法收集被測氣體,且造價(jià)昂貴,該裝置約15萬元/套。
1.研發(fā)思路及方案
為解決上述問題,研發(fā)團(tuán)隊(duì)以天然氣與沼氣物理及化學(xué)特性不同為著力點(diǎn),以安全、準(zhǔn)確、快速、實(shí)用為出發(fā)點(diǎn),重點(diǎn)分析了沼氣與天然氣的組分差異:
沼氣的主要成分是甲烷。沼氣主要由約50%-80%甲烷(CH4)、20%-40%二氧化碳(CO2)、0%-5%氮?dú)猓∟2)、小于1%的氫氣(H2)等氣體組成。
天然氣主要成分為甲烷,其中氣田氣甲烷含量約為94~98%,油田伴生氣甲烷含量約為83%,GB17820-2018(國家標(biāo)準(zhǔn)天然氣)中規(guī)定,天然氣商品氣中二氧化碳(CO2)含量應(yīng)≤4%。
通過分析發(fā)現(xiàn),天然氣與沼氣最大的組分差異為二氧化碳及甲烷的含量,該團(tuán)隊(duì)最終確定了解決方案,即通過發(fā)明一套完整的檢測裝置,準(zhǔn)確測定被測氣體中二氧化碳和甲烷的含量,再根據(jù)檢測結(jié)果科學(xué)判定被測氣體為天然氣還是沼氣。
2.檢測裝置及工作原理
該套裝置只需要將氣體收集器、導(dǎo)氣管、干燥管、氣泵、采氣袋按照順序緊密連接。將氣體收集器裝滿水倒扣水中,緩慢移至疑似泄露的冒泡處,通過排水法收集疑似泄漏的氣體(樣氣),打開電動(dòng)泵(防爆)將氣體增壓抽取至采氣袋中。
泄漏氣體進(jìn)行高純度收集后,利用“比長式二氧化碳檢測管”判斷泄漏氣體中二氧化碳濃度,利用XP-3140準(zhǔn)確判斷泄漏氣體中甲烷濃度,根據(jù)天然氣和沼氣二氧化碳含量相差較大的特點(diǎn),快速、準(zhǔn)確判斷水域氣體泄漏是否屬于沼氣益散,或是天然氣泄漏,或是二者混合氣體的泄漏。
圖1水下天然氣管道疑似泄漏快速檢測裝置
3.裝置管理及技術(shù)要求
3.1用途及適用范圍
用途:快速準(zhǔn)確判斷水網(wǎng)地區(qū)天然氣管道疑似泄露。
適用范圍:湖泊、河流、池塘、溝渠等水域。
工作溫度:0-40℃
3.2主要技術(shù)指標(biāo)及要求
比長式二氧化碳檢測管檢測濃度為0.5-20%。
比長式二氧化碳檢測管通氣體積50ml。
比長式二氧化碳檢測管通氣時(shí)間100s。
比長式二氧化碳檢測管最小分度值1%。
比長式二氧化碳檢測管原色:白色,呈色:紫色。
XP-3140工作正常且在檢定有效期內(nèi)。
采氣泵氣膜組件密封良好。
導(dǎo)氣管為硅膠管(硅膠性態(tài)穩(wěn)定)。
進(jìn)氣方式:正壓推氣式。
3.3使用方法
3.3.1 將氣體收集器、導(dǎo)氣管1、干燥管、導(dǎo)氣管2、氣泵、導(dǎo)氣管3按照順序緊密連接。
3.3.2 將氣體收集器裝滿水倒扣水中,緩慢移至疑似泄露的冒泡處,通過排水法收集疑似泄漏的氣體(樣氣)。
3.3.3 打開電動(dòng)泵,抽取樣氣對所有裝置的管路進(jìn)行沖洗。
3.3.4 打開采氣袋上的進(jìn)口閥門(同時(shí)確保出口閥門處于關(guān)閉狀態(tài)),將導(dǎo)氣管3與采氣袋進(jìn)口閥門進(jìn)行緊密連接。
3.3.5 采氣袋裝滿后關(guān)閉采氣袋進(jìn)口閥門,關(guān)閉采氣泵。
3.3.6 將上述裝置、儀器等部件依次分離并歸位。
3.3.7 將采樣器與采氣袋出口閥門緊密連接,打開閥門,用采樣器從采氣袋中抽取樣氣,樣氣抽取完畢后關(guān)閉閥門。
3.3.8 用配備的小砂輪片把比長式二氧化碳檢測管兩端切開,用短膠管將‘O’線一端與采樣器進(jìn)行緊密連接。
3.3.9 推動(dòng)手把在100秒時(shí)間內(nèi),均勻的把樣氣通過比長式二氧化碳檢測管推出采樣器。
3.3.10 按照比長式二氧化碳檢測管變色柱上端指示的數(shù)字讀出測定結(jié)果(即二氧化碳含量),并做好記錄。
3.3.11 將XP-3140氣體采集管與采氣袋出口閥門緊密連接,打開閥門,用XP-3140檢測樣氣中甲烷含量,并做好記錄。
3.4結(jié)果判定
3.4.1若二氧化碳含量大于等于20%,甲烷含量大于等于50%,則泄漏氣體為沼氣。
3.4.2若二氧化碳含量小于等于4%,甲烷含量大于等于83%,則泄漏氣體為天然氣。
3.5注意事項(xiàng)
3.5.1裝置使用過程中必須嚴(yán)格遵守主要技術(shù)指標(biāo)及要求。
3.5.2樣氣抽取過程中時(shí)刻觀察氣體收集器水位情況,防止將水抽取至導(dǎo)氣管內(nèi)。
3.5.3干燥管內(nèi)為變色硅膠,干燥狀態(tài)下硅膠為藍(lán)色,受潮后變成紅色,若干燥管內(nèi)硅膠紅色部分超過三分之一,則需要更換干燥管。
3.5.4樣氣抽取過程中時(shí)刻觀察采氣袋充氣情況,防止過充。
3.5.5單位換算:百分濃度%=ppm值*0.0001;mg/m3=1.521ppm。
3.5.6受內(nèi)外部檢測環(huán)境影響,比長式二氧化碳檢測管檢測偏差約為±10%-15%,即8.1中若二氧化碳含量大于等于17%,也可作為判定依據(jù);8.2、若二氧化碳含量小于等于4.6%,也可作為判定依據(jù)。
3.5.7作業(yè)人員應(yīng)穿戴好勞保防護(hù)用品,水域作業(yè)應(yīng)做好防溺水工作(例如穿戴好救生衣等),且切實(shí)做好全過程防火、防爆、防靜電措施。
4.裝置檢測及實(shí)驗(yàn)
2019年8月,本裝置依托川氣東送管道安徽管理處完成了功能測試及可靠性驗(yàn)證,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足要求,二氧化碳及甲烷含量測定準(zhǔn)確,可以在8分鐘內(nèi)判明泄漏氣體為沼氣還是天然氣。
圖2 沼氣收集
圖3 二氧化碳含量測定
圖4 甲烷含量測定
為做好公司知識產(chǎn)權(quán)保護(hù),該裝置已申請國家發(fā)明及實(shí)用新型專利(發(fā)明專利號:201910680329X,實(shí)用新型專利號:2019211874873),并具有很高的“高價(jià)值”專利潛力。
5.總結(jié)
本裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙,安全高效,制作成本低,安裝快捷方便、靈活性強(qiáng),攜帶方便,檢測結(jié)果準(zhǔn)確度高且科學(xué)有效,能夠快速判斷被測氣體性質(zhì)。
經(jīng)濟(jì)效益:
該裝置制作成本約0.2萬元/套,而“燃?xì)夤芫W(wǎng)綜合檢測裝置”約15萬元/套,每臺節(jié)約費(fèi)用約14.5萬元。若川氣東送管道每個(gè)巡線分隊(duì)配備一套檢測設(shè)備,與國外設(shè)備對比,公司自主發(fā)明的檢測裝置可節(jié)約費(fèi)用約360萬元。
管理效益:
水下天然氣管道疑似泄漏快速檢測裝置是針對天然氣管道穿越水網(wǎng)等地區(qū)時(shí),管道穿水區(qū)域若發(fā)生疑似天然氣泄漏,能夠?qū)崿F(xiàn)不開挖的方式快速準(zhǔn)確區(qū)分是管道泄漏的天然氣還是地下沼氣,減少應(yīng)急判斷等待時(shí)間,為應(yīng)急搶險(xiǎn)工作提供決策性依據(jù)。
主辦單位:山東省中遠(yuǎn)天然氣技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司濟(jì)南分公司
CopyRight2021山東省中遠(yuǎn)天然氣技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司濟(jì)南分公司 魯ICP備16020000號-1
技術(shù)支持:開創(chuàng)云