一种长距离双层管内管漏点定位方法
阅读说明：本技术 一种长距离双层管内管漏点定位方法 (Method for positioning leakage point of inner pipe of long-distance double-layer pipe ) 是由 管玉峰 张喜胜 杨炯 魏建军 张震 柏佳磊 嵇永臣 曹百通 张晓宇 王成浩 高超 于 2020-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明属于长距离管道泄漏检测技术领域,具体涉及一种长距离双层管内管漏点定位方法,包括：设置安装用于定位长距离双层管内管漏点的设备；初步检查内管是否泄漏,确定漏点个数；设置上游参考漏点、下游参考漏点,确定上游参考漏点与吸枪之间的距离、下游参考漏点与吸枪之间的距离及内管的直径；识别内管上待测漏点；计算待测漏点与吸枪之间的距离,确定待测漏点的位置。本发明方法在长距管道进出口两端实施监测操作,便可确定埋地双壁管道内管漏点个数和详细位置,确保能够安全、便捷、精准定位双壁管内管多个泄漏点位置。(The invention belongs to the technical field of long-distance pipeline leakage detection, and particularly relates to a method for positioning inner pipe leakage points of a long-distance double-layer pipe, which comprises the following steps: arranging and installing equipment for positioning the leakage point of the inner pipe of the long-distance double-layer pipe; preliminarily checking whether the inner pipe leaks or not, and determining the number of leakage points; setting an upstream reference leakage point and a downstream reference leakage point, and determining the distance between the upstream reference leakage point and the suction gun, the distance between the downstream reference leakage point and the suction gun and the diameter of the inner pipe; identifying a leak point to be detected on the inner pipe; and calculating the distance between the leakage point to be detected and the suction gun, and determining the position of the leakage point to be detected. The method of the invention can determine the number and the detailed positions of the leakage points of the inner pipe of the buried double-wall pipe by monitoring the inlet and the outlet of the long-distance pipe, and ensure that the positions of the leakage points of the inner pipe of the double-wall pipe can be safely, conveniently and accurately positioned.)
技术领域
本发明属于长距离管道泄漏检测技术领域，具体涉及一种长距离双层管内管漏点定位方法。
背景技术
电厂发电机氢气运输管线多为长距离双壁管道，某电厂氢气运输管道1000多米埋在地下两米深处，当内管发生泄漏时，会在夹层监测到氢气的存在，但由于管道长，管段不可达，导致漏点定位工作很难开展，目前现有的气泡法和氦检技术很难对内管实施漏点定位。由于氢气为着火能量低、爆炸极限宽、燃烧速率快的危险可燃气体，如不能及时定位消除缺陷，氢气将在内外管夹层中积累，着火和爆炸风险会急剧增大。
目前电力行业长距离埋地管线漏点定位方法很少，油气运输行业主要在管道安装阶段预装泄漏检查装置并需要定期通弱电开展检漏工作。但是由于氢气易燃易爆属性，通电或加热操作均不适用于氢气管线漏点定位。
因此，非常有必要开发一种针对长距离双壁管道内管漏点检测定位的方法，能够安全、便捷、精准地检测定位长距离双壁管道内管漏点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长距离双层管内管漏点定位方法，通过该方法，在长距离管道的进出口两端实施监测操作，便可确定埋地双壁管道内管漏点个数和详细位置，确保能够安全、便捷、精准定位双壁管内管多个泄漏点位置。
实现本发明目的的技术方案：一种长距离双层管内管漏点定位方法，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)、设置安装用于定位长距离双层管内管漏点的设备；
步骤(2)、初步检查内管，确定漏点个数；
步骤(3)、设置上游参考漏点、下游参考漏点，确定上游参考漏点与吸枪之间的距离、下游参考漏点与吸枪之间的距离及内管的直径；
步骤(4)、定位内管上待测漏点；
步骤(5)、重复定位内管上待测漏点；
步骤(6)、计算待测漏点与吸枪之间的距离，确定待测漏点的位置。
进一步地，所述步骤(1)中用于定位长距离双层管内管漏点的设备包括：空气气源(1)、氦气气源(2)、秒表(3)和氦质谱仪(4)；长距离双层管包括外管(6)和内管(7)；所述空气气源(1)与被检管道内管(7)的一端相连，用于为内管(7)提供各种流量和温度特征的空气；所述氦气气源(2)与被检管道外管(6)管壁连接，用于为内管(7)与外管(6)之间的夹层提供稳定压力的氦气，使内管(7)与外管(6)之间的夹层保持稳定压力的氦气环境；所述秒表(3)用于记录空气气源的流量变化时刻至质谱仪显示浓度发生变化的时刻的用时；所述氦质谱仪(4)设置于被检管道内管(7)的另一端对空端的出口位置，用于通过安装于其上的吸枪监测管道对空端的氦气浓度的变化情况。
进一步地，所述步骤(2)具体为：打开空气气源、氦气气源和氦质谱仪，氦质谱仪的浓度曲线稳定后，调节空气气源的流量至初始空气流量V1，观察氦质谱仪上的浓度曲线显示的浓度变化次数，确定漏点个数。
进一步地，所述步骤(3)具体为：根据氦质谱仪显示的漏率确定上游参考漏点和下游参考漏点的漏点漏率，并在被检管道内管的两端设置上游参考漏点和下游参考漏点，用于为被检管道提供已知位置和漏率的漏点；通过测量确定上游参考漏点与氦质谱仪的吸枪位置之间的距离L0、下游参考漏点与氦质谱仪的吸枪位置之间的距离L1，以及被检管道内管的直径d。
进一步地，所述步骤(4)具体为：调节空气气源的流量至检测空气流量V，根据氦质谱仪的浓度曲线变化，记录空气气源流量调整至V的时刻至氦质谱仪的浓度曲线显示浓度第一次变化的时刻之间的时间t0、空气气源流量调整至V的时刻至氦质谱仪的浓度曲线显示浓度最后一次变化的时刻之间的时间t1，及浓度第一次变化和浓度最后一次变化这两次浓度变化之间发生的其他浓度变化所需时间t。
进一步地，所述步骤(6)包括：
步骤(6.1)、采用直接计算公式，直接计算待测漏点与氦质谱仪上的吸枪位置之间的距离L；
步骤(6.2)、采用热膨胀误差修正公式，计算引入温度修正的待测漏点与氦质谱仪上的吸枪位置之间的距离L；
步骤(6.3)、采用系统误差修正公式，计算引入系统反应时间的待测漏点与氦质谱仪上的吸枪位置之间的距离L；
步骤(6.4)、采用上下游参考漏点计算公式及上下游参考漏点最终计算公式，计算引入上、下游参考漏点修正的待测漏点与氦质谱仪上的吸枪位置之间的距离L；
步骤(6.5)、采用扩散修正系数计算公式及平均扩散修正系数计算公式，计算扩散修正系数K’及平均扩散修正系数K；
步骤(6.6)、采用上下游参考漏点扩散效应修正公式，计算扩散效应修正的待测漏点与氦质谱仪上的吸枪位置之间的距离L。
进一步地，所述步骤(6.1)中直接计算公式为：
其中，
L：待测漏点与氦质谱仪的吸枪位置之间的距离；
V：内管检测空气流量；
t：空气气源流量调整至V时刻至氦质谱仪的浓度曲线显示浓度变化的时刻之间的时间，第1个和最后1个浓度变化除外；
d：内管直径。
进一步地，所述步骤(6.2)中热膨胀误差修正公式为：
其中，T：内管空气温度。
进一步地，所述步骤(6.3)中系统误差修正公式为：
其中，t’：系统反应时间。
进一步地，所述步骤(6.4)包括：
步骤(6.4.1)、采用上下游参考漏点计算公式，利用已知的上、下游参考漏点进行修正，计算上、下游参考漏点与待测漏点之间的距离△L0和△L1；
步骤(6.4.2)、采用上下游参考漏点最终计算公式，计算引入上、下游参考漏点修正的待测漏点与氦质谱仪上的吸枪位置之间的距离L。
进一步地，所述步骤(6.4.1)中上下游参考漏点计算公式分别为：
上游参考漏点计算公式：
下游参考漏点计算公式：
其中，
L0：上游参考漏点与氦质谱仪的吸枪位置之间的距离；
t0：空气气源流量调整至V的时刻至氦质谱仪的浓度曲线显示浓度第一次变化的时刻之间的时间；
L1：下游参考漏点与氦质谱仪的吸枪位置之间的距离；
t1：空气气源流量调整至V的时刻至氦质谱仪的浓度曲线显示浓度最后一次变化的时刻之间的时间；
△L0：上游参考漏点与待测漏点之间的距离；
△L1：下游参考漏点与待测漏点之间的距离。
进一步地，所述步骤(6.4.2)中上下游参考漏点最终计算公式分别为：
上游参考漏点最终计算公式：
下游参考漏点最终计算公式：
其中，
(ΔL0)n：第n次试验中ΔL0的计算结果；
(ΔL1)n：第n次试验中ΔL1的计算结果。
进一步地，所述步骤(6.5)包括：
步骤(6.5.1)、采用扩散修正系数计算公式，计算扩散修正系数；
步骤(6.5.2)、采用平均扩散修正系数计算公式，计算平均扩散修正系数。
进一步地，所述步骤(6.5.1)中扩散修正系数计算公式为：
其中，K’：扩散效应修正系数。
进一步地，所述步骤(6.5.2)中平均扩散修正系数计算公式为：
其中，
Kn’：第n次试验计算的扩散效应修正系数K’；
K：平均扩散修正系数。
进一步地，所述步骤(6.6)中上下游参考漏点扩散效应修正公式分别为：
上游参考漏点扩散效应修正公式：
下游参考漏点扩散效应修正公式：
本发明的有益技术效果在于：
1、本发明的一种长距离双层管内管漏点定位方法通过质谱仪浓度曲线变化次数，检测出被检双层管内管的是否存在泄漏及漏点个数；
2、本发明的一种长距离双层管内管漏点定位方法使用氦气和空气作为检查介质，性质稳定，安全系数高，被检对象无需加热和通电等操作，可在易燃易爆、高温等高风险场所实施检测漏点；
3、本发明的一种长距离双层管内管漏点定位方法能够安全、精确、灵活的检测双层管内管泄漏点位置和个数，具有安全性高、准确性好、实施相对便捷的特点，在1000米以下的管道漏点定位偏差不超过2m，在1000米以上的管道漏点定位精度高于99.9％；
4、本发明的一种长距离双层管内管漏点定位方法中用于定位长距离双层管内管漏点的设备结构简单，仅需在管道进出口两端设置已知参考漏点，即可检测出整个管段的漏点个数和精确位置，中间管道无需任何操作，广泛适用于海底隧道、油气管线，高空管道、地下管道等不可达长距离双层管的内管漏点定位。
附图说明
图1为本发明所提供的一种长距离双层管内管漏点定位方法中用于定位长距离双层管内管漏点的设备安装示意图；
图2为本发明所提供的一种长距离双层管内管漏点定位方法中测量计算参数示意图。
图中：1-空气气源；2-氦气气源；3-秒表；4-氦质谱仪；5-待测漏点；6-双层管道外壁；7-双层管道内壁；8-上游参考漏点；9-下游参考漏点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供的一种长距离双层管内管漏点定位方法，所述方法包括以下步骤：
步骤(1)、设置安装用于定位长距离双层管内管漏点的设备
如图1所示，用于定位长距离双层管内管漏点的设备包括：空气气源1、氦气气源2、秒表3和氦质谱仪4。长距离双层管包括外管6和内管7，所述空气气源1与被检管道内管7的一端相连，用于为内管7提供各种流量和温度特征的空气；所述氦气气源2与被检管道外管6管壁连接，用于为内管7与外管6之间的夹层提供稳定压力的氦气，使内管7与外管6之间的夹层保持稳定压力P的氦气环境；所述秒表3用于记录空气气源的流量变化时刻至质谱仪显示浓度发生变化的时刻的用时；所述氦质谱仪4设置于被检管道内管7的另一端对空端的出口位置，用于通过安装于其上的吸枪监测管道对空端的氦气浓度的变化情况。
在一种实施方式中，将空气气源1的气源管线与被检管道内管7的一端通过法兰连接，内管7的另一端对空，形成管道的对空端，在管道的对空端出口放置安装于氦质谱仪4上的吸枪，氦气气源2的气源管线与外管6外壁法兰连接并将氦气通入夹层。
在另一种实施方式中，将空气气源1的气源管线与被检管道内管7的一端通过侧阀门接口进行端接，内管7的另一端对空，形成管道的对空端，在管道的对空端出口放置安装于氦质谱仪4上的吸枪，氦气气源2的气源管线与外管6外壁法兰连接并奖氦气通入夹层。
步骤(2)、初步检查内管7，确定漏点个数
打开氦气气源2，将内管7与外管6之间的夹层压力提升至稳定检测压力P，打开空气气源1，将流量调节成起始空气流量V0，打开氦质谱仪4，稳定运行一段时间至氦质谱仪4的浓度曲线稳定后，调节空气气源1将流量调节成初始空气流量V1，调节空气气源1的流量后观察氦质谱仪4上的浓度曲线显示的浓度变化次数，即确定漏点个数。
步骤(3)、设置上游参考漏点8、下游参考漏点9，确定上游参考漏点8与吸枪之间的距离、下游参考漏点9与吸枪之间的距离及内管的直径
根据氦质谱仪4显示的漏率确定上游参考漏点8和下游参考漏点9的漏点漏率，且上游参考漏点8和下游参考漏点9的漏点漏率为同一个量级，并在被检管道内管7的两端设置上游参考漏点8和下游参考漏点9，用于为被检管道提供已知位置和漏率的漏点。分别测量确定上游参考漏点8与氦质谱仪4的吸枪位置之间的距离L0、下游参考漏点9与氦质谱仪4的吸枪位置之间的距离L1，以及被检管道内管7的直径d，测量参数如图2所示。
在另一种实施方式中，在内管7无漏点接口的情况下，在空气气源1的气源管线上设置上游参考漏点8，在管道的对空端外接一段临时管段，在临时管段上设置下游参考漏点9。分别测量确定上游参考漏点8与氦质谱仪4的吸枪位置之间的距离L0、下游参考漏点9与氦质谱仪4的吸枪位置之间的距离L1，以及被检管道内管7的直径d，测量参数如图2所示。
步骤(4)、定位内管7上待测漏点5
调节空气气源1，将空气流量调整为检测空气流量V，并记录空气温度T，仔细观察氦质谱仪4的浓度曲线变化情况，分别记录空气气源流量调整至V的时刻至氦质谱仪4的浓度曲线显示浓度第一次变化的时刻之间的时间t0、空气气源流量调整至V的时刻至氦质谱仪4的浓度曲线显示浓度最后一次变化的时刻之间的时间t1，及浓度第一次变化和浓度最后一次变化这两次浓度变化之间发生的其他浓度变化的次数和所需时间t，记录的时间参数如图2所示。
步骤(5)、重复定位内管7上待测漏点5
调整空气气源1，将空气流量调节为初始空气流量V1，稳定运行至氦质谱仪4的浓度曲线稳定后，重复步骤(4)，采集足够数据后，关闭空气气源1、氦气气源2和氦质谱仪4。
步骤(6)、计算待测漏点5与吸枪之间的距离，确定待测漏点5的位置
根据步骤(3)确定的上游参考漏点8与氦质谱仪4的吸枪位置之间的距离L0、下游参考漏点9与氦质谱仪4的吸枪位置之间的距离L1，以及被检管道内管7的直径d，步骤(4)和步骤(5)确定的空气气源流量调整至V的时刻至氦质谱仪4的浓度曲线显示浓度第一次变化的时刻之间的时间t0、空气气源流量调整至V的时刻至氦质谱仪4的浓度曲线显示浓度最后一次变化的时刻之间的时间t1，及浓度第一次变化和浓度最后一次变化这两次浓度变化之间发生的其他浓度变化所需时间t，按照计算公式计算待测漏点5与氦质谱仪4上的吸枪位置之间的距离L，确定待测漏点5的位置。
其中，计算公式包括直接计算公式(式1)、热膨胀误差修正公式(式2)、系统误差修正公式(式3)、上下游参考漏点计算公式(式4和式5)、上下游参考漏点最终计算公式(式6和式7)、扩散修正系数计算公式(式10)、平均扩散修正系数计算公式(式11)、上下游参考漏点扩散效应修正公式(式12和式13)。
具体计算步骤如下：
步骤(6.1)、采用直接计算公式，直接计算待测漏点5与氦质谱仪4上的吸枪位置之间的距离L
待测漏点5与氦质谱仪4上的吸枪位置之间的距离L的直接计算公式如下：
其中，
L：待测漏点5与氦质谱仪4的吸枪位置之间的距离；
V：内管检测空气流量；
t：空气气源流量调整至V时刻至氦质谱仪4的浓度曲线显示浓度变化的时刻(第1个和最后1个浓度变化除外)之间的时间；
d：内管直径。
步骤(6.2)、采用热膨胀误差修正公式，计算引入温度修正的待测漏点5与氦质谱仪4上的吸枪位置之间的距离L
鉴于当前流量测量工具均显示标况下的流量，故在气体流速计算时，必须考虑温度对比体积影响，故引入温度修正，引入温度修正的热膨胀误差修正公式如下：
其中，T：内管空气温度。
步骤(6.3)、采用系统误差修正公式，计算引入系统反应时间的待测漏点5与氦质谱仪4上的吸枪位置之间的距离L
在实际测量过程中，氦质谱仪测量存在吸枪反应时间、设备反应时间等误差因素，故引入系统反应时间(t’)并在时间取值时扣除，系统修正计算公式如下：
其中，t’：系统反应时间。
步骤(6.4)、采用上下游参考漏点计算公式及上下游参考漏点最终计算公式，计算引入上、下游参考漏点修正的待测漏点5与氦质谱仪4上的吸枪位置之间的距离L
步骤(6.4.1)、采用上下游参考漏点计算公式，利用已知的上、下游参考漏点进行修正，计算上、下游参考漏点与待测漏点5之间的距离△L0和△L1
一般质谱仪设备铭牌会明确系统反应时间t’，但是在实际测量过程中，系统反应时间与设计值存在差异，为了尽可能减少其他因素影响，利用已知参考漏点的方法进行修正计算。根据参考漏点的设置位置不同分为上游参考漏点计算公式和下游参考漏点计算公式，上游参考漏点计算公式(式4)和下游参考漏点计算公式(式5)分别如下：
其中，
L0：上游参考漏点与氦质谱仪4的吸枪位置之间的距离；
t0：空气气源流量调整至V的时刻至氦质谱仪4的浓度曲线显示浓度第一次变化的时刻之间的时间；
L1：下游参考漏点与氦质谱仪4的吸枪位置之间的距离；
t1：空气气源流量调整至V的时刻至氦质谱仪4的浓度曲线显示浓度最后一次变化的时刻之间的时间；
△L0：上游参考漏点8与待测漏点5之间的距离；
△L1：下游参考漏点9与待测漏点5之间的距离。
步骤(6.4.2)、采用上下游参考漏点最终计算公式，计算引入上、下游参考漏点修正的待测漏点5与氦质谱仪4上的吸枪位置之间的距离L
在定位实施时，进行多次平行试验取平均值是减少误差的有效手段，因此对步骤(6.4.1)的上、下游参考漏点与待测漏点5之间的距离进行多次平行试验计算获得上、下游参考漏点与待测漏点5之间的平均距离，然后根据上游参考漏点、下游参考漏点分别计算上、下游参考漏点修正的待测漏点5与氦质谱仪4上的吸枪位置之间的距离L。上游参考漏点最终计算公式(式6)和下游参考漏点最终计算公式(式7)分别为：
其中，
(ΔL0)n：第n次试验中ΔL0经过公式4计算的结果；
(ΔL1)n：第n次试验中ΔL1经过公式5计算的结果。
步骤(6.5)、采用扩散修正系数计算公式及平均扩散修正系数计算公式，计算扩散修正系数及平均扩散修正系数
步骤(6.5.1)、采用扩散修正系数计算公式，计算扩散修正系数
在一般的管道漏点定位中，公式(6)和公式(7)的计算结果精度完全可以满足要求。
然而，针对1000米及以上的管道漏点定位中，分子扩散效应会影响试验时间取值的准确性，故在长距离管道漏点定位中，有必要引入分子扩散效应修正系数(K’)，在公式(4)和公式(5)的基础上进行分子扩散效应修正，扩散效应修正系数(K’)与两个漏点的距离长度成正比，如公式(8)和公式(9)所示。
由公式(8)和公式(9)得：
其中，K’：扩散效应修正系数。
步骤(6.5.2)、采用平均扩散修正系数计算公式，计算平均扩散修正系数
重复进行平行试验，计算平均扩散修正系数(K)。平均扩散修正系数公式为：
其中，
Kn’：第n次试验计算的扩散效应修正系数K’；
K：平均扩散修正系数。
步骤(6.6)、采用长距离扩散效应修正公式，计算扩散效应修正的待测漏点5与氦质谱仪4上的吸枪位置之间的距离L
根据上游参考漏点计算公式(式4)、扩散修正系数计算公式(式10)和平均扩散修正系数计算公式(式11)，或者根据下游参考漏点计算公式(式5)、扩散修正系数计算公式(式10)和平均扩散修正系数计算公式(式11)，分别计算上下游参考漏点扩散效应修正的待测漏点5与氦质谱仪4上的吸枪位置之间的距离L。上游参考漏点扩散效应修正计算公式(式12)和下游参考漏点扩散效应修正计算公式(式13)分别如下：
在具体实施计算漏点位置时，首先根据公式(3)计算漏点位置。
如果根据公式(3)计算结果小于1000米，漏点位置根据公式(4)和公式(6)进行修正计算，或者根据(5)和(7)进行修正计算。
如果根据公式(1)计算结果大于1000米，漏点位置根据公式(4)、公式(10)、公式(11)、公式(12)进行修正计算，或者根据(5)公式(10)、公式(11)、公式(13)进行修正计算。
根据本发明的方法，通过在实验室建立试验台架的形式进行模拟试验，在试验室开展近千次的“双壁管模拟漏点定位试验”，部分试验结果见表1。
表1双壁管模拟漏点定位试验结果(流量为2.4m3/h，夹层压力0.2MPa)
试验结果表明，使用该方法完全可以检测到漏点位置，且1000米以内误差可控制在2m以内。
根据本发明的方法，对田湾核电站氢气双壁管内管漏点进行检查。结合相配套检测装置，对1050米长的双壁管道内管漏点实施定位，并成功定位到内管漏点位置为距离吸枪口9.5m位置，挖开地面后核实发现，定位位置与实际漏点位置偏差不到4cm。
本发明方法在现场实施的成功应用，充分表明了该方法的精准性和实用性。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
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