CN101322021A - 气体管泄漏的排空和监测系统 - Google Patents

气体管泄漏的排空和监测系统 Download PDF

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Abstract

排空漏气管道周围的土壤中气体的装置和方法，利用不打火花和除静电部件来降低爆炸的风险。仅靠下游送风机排空泄漏点附近的钻孔中探针的气体，在下游送风机处将空气与气体混合，而且监测气体/空气混合物以保持气体的浓度低于潜在的爆炸水平。

Description

气体管泄漏的排空和监测系统
技术领域
本发明涉及快速和准确地查明气体管的地下泄漏位置的装置和方法，从而大大降低爆炸的危险。
背景技术
对气体管紧急修理人员来说，确定地下气体管的泄漏位置一直以来都很困难。尽管泄漏的气体管本身很容易定位，但是泄漏的气体渗入土壤或其它覆盖物使得查明泄漏的实际位置非常困难。因此，非常常见的是，对于大面积表面，包括铺砌的路面，不得不有些随意地挖开以定位泄漏的实际位置。当然，这样成本较高，且浪费时间。另外，持续的泄漏气体会产生很大的危险，而且泄漏持续时间越长危险越大。
已知现有技术中使用所谓的“杆孔排气器”(bar hole purger)，以从怀疑的泄漏点附近钻小孔释放气体。压缩机/文氏管布局为与杆孔探针连接，以从所述钻孔中吸引气体，而且当探针抽出之后，气体返回钻孔所花费的时间指示出所述孔离实际泄漏点有多近。在用于定位泄漏所需要的装置数量方面，这种系统慢且成本高。另外，这种系统没有防止爆炸性气体/空气混合物可能点燃的安全保障。
最近研发的一个装置中，在一串钻孔的每一个上设置真空抽吸头，钻孔沿通常泄漏区域中的漏气管道的长度间隔设置。每个抽吸头通过柔性管与歧管连接，歧管又与卡车上安装的工业真空装置连接。压缩空气源也与所述歧管的上游连接。同时，压缩空气以100psi(磅/平方英寸)和160cfm(立方英尺/分)提供给歧管，而且真空装置以全容积(例如750cfm)运行给真空料斗。在压缩空气所产生的气流和真空装置所产生的真空的联合作用下，将地下土壤中的气体从钻孔中吸引到抽吸头中以快速地排空钻孔区域中的气体。气体从钻孔中排空之后，移开抽吸头，且将带有气体传感器的探针插入钻孔中测量气体水平。由于正在渗入的气体会更快地返回离泄漏点最近的钻孔，所以能够很快地确定泄漏位置。钻孔中气体水平的最初读数也可以被用于再定位抽吸头，包括更接近所指示的泄漏位置再钻其它的孔。这个系统也可以被用于通常地排空气体管的泄漏点周围渗入土壤的气体，以便减小建筑物和类似区域中中毒和爆炸的危险。
上述系统有很多缺点。此系统要求基本被压缩的空气容积进入排放管。运行此系统一段时间(例如5分钟)预计已经把所有钻孔中的气体排空。最后，通常与这些真空系统一起使用的大真空料斗提供了大体积，这个大体积可能潜在地成为爆炸气体/空气混合物源，突然地火花或静电放电会将其点燃。
本发明的装置和方法处理和解决现有技术中的缺陷。
发明内容
本发明的装置用于排空漏气管周围的土壤或其它多孔覆盖层中的气体，以有助于定位泄漏点和减小点燃爆炸气体/空气混合物的危险。所述装置包括若干气体探针，其每一个适于可操作地连接土壤中的钻孔，每个探针具有允许土壤中气体进入的入口。共用头部和柔性管使探针互相连接，且包括在下游端与真空源的连接，以从钻孔周围的土壤中抽吸气体。设置可拆卸的管配件和连接器以使所述头部和管与所述探针和真空源相互连接。所述探针、配件和连接器由不打火花的材料制成。所述管，优选为柔性的，具有除静电结构。
真空源也适于抽吸周围的空气以与来自钻孔中的气体混合。优选地，设置气流控制阀以改变与所述气体混合的空气的体积。监测装置用于测量且有利于空气/气体混合物中气体浓度的输出的管理。所述装置也可以包括报警装置，其可操作地与所述监测装置连接，以在预先选定的气体浓度处输出报警。也可以使所述输出操作关闭所述装置。
在优选实施例中，共用头部和柔性管包括串连连接探针的柔性的共用头部。
根据本发明的另一个实施例，所述装置包括若干气体探针，其每一个连接土壤中的钻孔，且具有允许土壤中气体进入的入口。共用头部和柔性管使探针互相连接，且包括在下游端与真空源的连接，以从钻孔周围的土壤中抽吸气体。所述真空源抽吸周围的空气与所述气体混合，且气流控制阀可操作得改变与所述气体混合的空气的体积。监测装置测量且提供空气/气体混合物中气体浓度的输出。
前述实施例的装置还优选包括可拆卸的管配件和连接器以使所述头部和管与所述探针和真空源相互连接。所述探针、配件和连接器由不打火花的材料制成。另外，所述管是柔性的，且具有除静电结构。在另一个实施例中，可操作地连接监测装置和气流控制阀，以保持混合物中气体浓度在预先选定的最大值以下。
另外，根据本发明，公开了排空漏气管周围的土壤或其它多孔覆盖层中的气体的方法，以有助于定位泄漏点和最小化点燃爆炸气体/空气混合物的危险。所述方法优选包括以下步骤：(1)在泄漏点附近的覆盖层中形成若干钻孔，(2)将具有气体入口的探针插入所述钻孔，(3)连接所述探针和共用头部，(4)抽吸位于所述头部的下游端的真空装置，以抽吸来自钻孔中探针的气体，(5)同时利用所述真空装置来抽吸周围空气，且将所述气体和空气混合，(6)监测气体/空气混合物中的气体的浓度，(7)当气体浓度接近0时停止所述真空装置，(8)测试钻孔中气体的返回，(9)用气体的返回时间来更为准确地确定泄漏位置，和(10)重复步骤(2)-(9)。
优选地，重复步骤(2)-(9)包括根据步骤(9)的结果在更靠近泄漏点的位置钻其它孔的步骤。所述方法还包括当所述气体浓度达到预先选定值时产生报警的步骤。所述方法还包括当所述气体浓度达到预先选定值时自动停止真空抽吸的步骤。优选地，所述方法还包括调整与所述气体混合的周围空气的体积的步骤，以保持气体浓度低于预先选定的最大值。
附图说明
图1是用于本发明的装置中的安装在卡车上的真空单元的后部透视图，其可操作地与气体移除探针连接，所述探针通常沿泄漏的地下气体管道线设置；
图2是真空单元的透视图，其大致位于如图1所示的位置；
图3是真空单元的透视图，其与图2所示的位置大致相反；
图4是其中一个排气探针的正视图，此排气探针部分地插入钻透铺砌的表面的钻孔。
具体实施方式
首先参考图1，其中示出本发明的安装在卡车11的后部的真空单元10，其具有柔性排气管12，所述柔性排气管12与若干个串联气体探针13连接，所述气体探针13安装在穿过铺砌的表面延伸的钻孔中，且大致与地下气体管道(未示出)对齐。在图1中示出六个气体探针13，相邻的每对气体探针用柔性连接管14相互连接。连接管14和位于每个探针13顶部的连接器包括可能特征在于用于若干探针13的柔性头。最下游的探针15的一端与排气管12连接，排气管12的另一端与真空单元10上的进气歧管16相连。
参考图4，气体探针13包括由铝或其它不打火花金属或材料制成的中空管17。管17可以为任何适当的长度，例如，大约四英尺，在大约一英尺的下端部分上设有一系列轴向间隔的入气孔18。在使用中，探针13几乎将其全部长度插入预先钻好的孔中，所述孔穿过覆盖在被检测泄漏的气体管道上方的路面或其它表面。所述管17的上部可以设有柔性保护罩或者波纹管型密封构件，以防止气体漏出钻孔或者周围空气进入钻孔。管17顶部的T型接头20包括用于快速连接柔性连接管14的快速连接器21，在其相反端设有互补的半连接器。最下游的探针15上的T型接头20的一半包括与排气管12连接的快速连接器21，排气管12将所有六个钻孔排出的气体传送到真空单元10中。接头20和连接器21都是由不打火花的金属制成，例如黄铜或其它适当的不打火花材料。用于探针管17，T型接头20和连接器21的不打火花材料都倾向于最小化由于打火产生气体爆炸的可能性。另外，包括下游排气管12和连接管14的所有的柔性气体管都是除静电结构，再次最小化静电产生火花的可能性。这种除静电结构包括嵌入制成管的柔性材料的连续电线，有助于防止静电电荷的积累。
再参考图2和3，真空单元10包括前述的入气歧管16，入气歧管16在所示出的实施例中提供与多至四个排气管12相连的入口连接件22。优选地，入气歧管16与大致圆柱形的过滤器壳体27一体形成。歧管16的一端包括周围空气入口23，以把外部空气与歧管内的气体混合。如后续更为详细的描述，通过手动气流控制阀24操作周围空气入口23，用以控制气体/空气混合物。
由汽油发动机26或其它原动机驱动的容积式送风机25产生系统真空。操作送风机25从歧管16中抽吸气体和空气的混合物，切向送入过滤器壳体27，在过滤器壳体27中从气体/空气混合物中分离微粒和其它杂质，以防止损坏送风机25。送风机25可以具有800cfm的容积且被24hp(马力)的发动机26驱动。送风机的容积足够同时很好地操作超过六个气体探针13，且可以预期真空系统足够操作均具有六个探针中的四条管。
过滤器壳体27中的气体/空气混合物穿过直接与送风机入口30连接的排气管道28。气体浓度监测器31被接入，且接收来自排气管道28的气体/空气样本。气体浓度监测器31可以具有直接的浓度读出器32，也可以输出代表浓度的电信号。当气体浓度接近潜在的爆炸混合物水平时，一个这样的输出信号被用于产生报警。另一个输出可以在预先选定的浓度水平被用于触发第二报警和/或切断发动机26和真空单元10。气体浓度信号也可以被用于操作自动气流控制阀(未示出)，以响应于气体流入量的波动自动调整周围空气的流入，从而维持气体浓度的恒定安全操作范围。信号也可以被用于操作声光报警器33。
在工作过程中，本发明的气体排空装置被快速地布置在地下气体泄漏的位置，此位置通常由天然气的特殊气味来确定，对没有气味的天然气传入特殊气味能更为准确地使它可探测。泄漏管道的位置(管和深度)对被分派去的紧急维修人员来说通常是已知的。在怀疑泄漏的位置上以预定的间隔(例如10英尺)沿管道的长度钻大量的孔。气体探针管17被插入上述钻孔，且从最下游的探针13将排气管12与进气歧管16的入口连接件22连接之后，启动真空单元10抽吸来自钻孔的泄漏气体。根据需要可以调整气流控制阀24，以设置和保持气体浓度适当低于潜在的爆炸混合物的大约5％的浓度水平。优选地，所述浓度被维持在3％或更少。真空单元10可以工作预定的时间段，或者更为优选地，工作到读出器32示出排气管道28中没有气体存在。
实际的足够产生潜在的爆炸混合物的气体浓度依赖于其它变量，例如空气中的湿度和氧浓度。这有时被称作“爆炸下限”或LEL。因此，在本发明的优选实施例中，气体浓度监测器31包括在给定的一组条件下确定LEL的催化剂传感器。所述监测器根据所选定的百分比LEL产生信号来设定一个或多个报警限值。例如，如果传感器确定5.5％的LEL，第一报警限值可以被设置在50％LEL，其对应于2.75％的浓度。例如，另一个较高的限值可以被设置在75％LEL，此时会产生切断发动机的信号。
此时，探针13单个地尽可能快地从钻孔中取出，并将气体传感器插入钻孔中。从泄漏处泄漏出的连续气流再次出现在钻孔中或与泄漏处最接近的孔中，因此能够非常精密地查明泄漏的准确位置。如果需要，可以在更接近怀疑泄漏的位置钻其它的孔，而且操作真空单元10再次排空钻孔，之后将探针再次移开，并将气体传感器插入钻孔中。
已经发现本发明的方法能够在覆盖层被挖开之前，在泄漏的准确位置的一或二英尺范围内查明泄漏，覆盖层经常包括铺砌的表面。
使用气体浓度监测器31提供大量操作上的优点。仔细地监测气体/空气混合物中的气体浓度，以当浓度达到临界值时产生报警信号。所述信号能够被用于产生报警，且也可以在读出器32上看到。气体浓度增加到潜在的爆炸水平会产生另外的报警和/或停止真空单元10。监测气体浓度也可以当所监测的浓度接近0时指示钻孔中气体排空完成。
不打火花部件13，20，21和22和除静电管12和14的使用最小化了产生点燃气体的火花或静电放电的可能性。除此之外，真空单元10在没有大体积真空料斗的情况下工作，大体积真空料斗很可能被爆炸性气体/空气混合物填满。然而监测和控制气体浓度实质上消除了这种情况发送的风险。
本发明的装置和方法在排空泄漏的气体方面具有重大的实用性，泄漏的气体能够在铺砌的表面、建筑物的地基或其它的固体结构之下穿过土壤和石油层移动。使用上述的探针和头部管装置，渗入建筑物或其它结构的附近或下面的土壤中的泄漏气体能够被快速地和安全地排放。
应该注意到上述气体探针13仅仅是典型实例，而且依赖于铺砌类型、土壤类型、土壤湿度条件和其它局部表面特性等变化，也可以使用其它探针或抽吸头结构。例如，一个现有装置包括很短的探针和在顶部的密封装置，以减少周围表面空气进入真空管的流入量。然而，无论如何，相信用不打火花材料形成探针和它的流体连接件是重要的。

Claims (18)

1、一种装置，用于排空漏气管道周围的土壤或其它多孔覆盖层中的气体，以有助于定位泄漏点并最小化点燃爆炸性气体/空气混合物的风险，所述装置包括：
多个气体探针，每个气体探针适于操作性地连接到土壤中的钻孔且具有允许土壤中的气体进入的入口；
将探针互相连接的共用头部和柔性管，包括在下游端连接到真空源的连接件，以从钻孔周围的土壤中抽吸气体；
可拆卸的配件和连接器，以便使所述头部和管与所述探针和真空源相互连接，所述探针、配件和连接器由不打火花的材料制成；和，
所述管具有除静电结构。
2、如权利要求1所述的装置，其中所述真空源适于抽吸周围的空气以与所述气体混合。
3、如权利要求2所述的装置，包括气流控制阀，操作它以改变与所述气体混合的空气的体积。
4、如权利要求3所述的装置，包括监测装置，用于测量且提供空气/气体混合物中气体浓度的输出。
5、如权利要求4所述的装置，包括报警装置，操作性地与所述监测装置连接，以在预先选定的气体浓度下输出报警。
6、如权利要求5所述的装置，其中所述输出被操作来关闭所述装置。
7、如权利要求1所述的装置，其中真空源包括由发动机驱动的送风机。
8、如权利要求1所述的装置，其中共用头部和柔性管包括串连连接探针的柔性共用头部。
9、一种装置，用于排空漏气管道周围的土壤或其它多孔覆盖层中的气体，以有助于定位泄漏点并最小化点燃爆炸性气体/空气混合物的风险，所述装置包括：
多个气体探针，每个气体探针操作性地连接到土壤中的钻孔，且具有允许土壤中的气体进入的入口；
将探针互相连接的共用头部和柔性管，包括在下游端连接到真空源的连接件，以从钻孔周围的土壤中抽吸气体；
所述真空源适于抽吸周围的空气与所述气体混合；
气流控制阀，用于改变与所述气体混合的空气的体积；和，
监测装置，用于测量且提供空气/气体混合物中气体浓度的输出。
10、如权利要求9所述的装置，包括可拆卸的配件和连接器，以使所述头部和管与所述探针和真空源相互连接，所述探针、配件和连接器由不打火花的材料制成。
11、如权利要求9所述的装置，其中所述管是柔性的，且具有除静电结构。
12、如权利要求9所述的装置，其中操作性地连接监测装置和流量控制阀，以保持混合物中的气体浓度在预先选定的最大值以下。
13、一种方法，用于排空漏气管道周围的土壤或其它多孔覆盖层中的气体，以有助于定位泄漏点并最小化点燃爆炸性气体/空气混合物的风险，所述方法包括如下步骤：
(1)在泄漏点附近的覆盖层中形成多个钻孔；
(2)将具有气体入口的探针插入所述钻孔；
(3)连接所述探针和共用头部；
(4)在所述头部的下游端抽真空，以从钻孔中的探针抽吸气体；
(5)同时利用所述真空来抽吸周围空气，且将所述气体和空气混合；
(6)监测气体/空气混合物中气体的浓度；
(7)当气体浓度接近0时停止所述抽真空；
(8)测试钻孔中气体的返回；
(9)用返回时间来更为准确地确定泄漏位置；和，
(10)重复步骤(2)-(9)。
14、如权利要求13所述的方法，其中所述重复步骤包括根据步骤(9)的结果在更靠近泄漏点的位置形成其它的钻孔。
15、如权利要求13所述的方法，包括当所述气体浓度达到预先选定值时产生报警的步骤。
16、如权利要求13所述的方法，包括当所述气体浓度达到预先选定值时自动停止真空装置抽吸的步骤。
17、如权利要求13所述的方法，包括调整与所述气体混合的周围空气的体积的步骤，以保持气体浓度低于预先选定的最大值。
18、一种装置，用于排空漏气管道周围的土壤或其它多孔覆盖层中的气体，以有助于定位泄漏点并最小化点燃爆炸性气体/空气混合物的风险，所述装置包括：
多个气体探针，每个气体探针适于操作性地连接到土壤中的钻孔且具有允许土壤中的气体进入的入口；
将探针互相连接的共用头部和柔性管，包括在下游端连接到真空源的连接件，以从钻孔周围的土壤中抽吸气体；
与真空源连接的周围空气连接件，以将所述气体与空气混合；
包括送风机和驱动所述送风机的原动机的真空源；
过滤器，在送风入口的上游和周围空气连接件的下游安装在过滤器壳体内，选择所述过滤器和过滤器壳体用于最小化真空源中气体/空气混合物的总体积。
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