CN102758973A - 双层管壁的复合型燃气管道及泄漏监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双层管壁复合型燃气管道以及用于该管道的泄漏监测方法，主要解决高风险区域燃气管道运行安全性不足及泄漏点难以确定的问题。其特征在于：在内管与外管之间设置间隙腔，间隙腔内进行氮气置换，外管外壁的顶部设置若干与间隙腔连通的竖直支管，竖直支管的顶端设置混凝土板进行密封，侧壁连通一个向下弯曲的支管，支管末端安装有压力爆破片，混凝土板底面安装可燃气体探头，伸入竖直支管内部，通过模拟信号线和RS485数据总线电缆分别连接到远方监控室中的可燃气体报警器和工控计算机，工控计算机计算出管道发生泄漏的位置。本种方法能够安全快捷的确定泄漏点。

Description

双层管壁的复合型燃气管道及泄漏监测方法
技术领域
本发明涉及对城镇燃气埋地管道结构的改进，具体地说是涉及一种双层管壁的复合型燃气管道，同时还提供了应用此种管道输送城镇燃气时的泄漏检测方法，属于管道技术领域。 
背景技术
城镇燃气管道多埋设于人员密集及交通繁华等高风险区域的地下，由于管道长期受到土壤溶液的侵蚀作用并且城镇燃气管道用户众多，无法加设阴极保护，管道的管壁会逐渐变薄、穿孔，引起燃气泄漏。目前的城镇燃气供气管道的压力范围大多为0.2—0.4MPa，属于中压管线，管道泄漏多为地下腐蚀穿孔泄漏，泄漏量相对较小，泄漏气体不能在短时间内扩散到地面，且由于周边环境因素的复杂性，泄漏气体常发生严重的串气现象，积聚在附近的电缆沟及光缆套内，或者扩散至周边雨排、污排、马葫芦等附属物散发出来，扩散范围较大，发现存在滞后性，泄漏点较难辨认。同时由于地表交通车辆启动、人为吸烟、用电设施打火等不可控因素较多，燃气泄漏后容易发生着火爆炸，造成重大的人员伤亡、经济损失以及社会影响。 
发明内容
为了解决背景技术中所提出的技术问题，本发明提供了一种运行安全性极高，防腐蚀性能良好，使用寿命长久，并在管道发生燃气泄漏时能迅速计算出发生泄漏的位置的双层管壁的复合型燃气管道及泄漏监测方法。 
为了达到上述目的，本发明提供了一种双层管壁的复合型燃气管道，其特征在于：包括内管和外管，在内管与外管之间设置一个间隙腔，间隙腔内进行氮气置换，外管外壁的顶部设置有若干与间隙腔连通的竖直支管，竖直支管彼此相距40—60m且顶端高出地面至少80cm，每一根竖直支管的顶端设置一个混凝土板进行密封，竖直支管地上部分的侧壁上连通一个向下弯曲的支管，该支管末端安装有压力爆破片。 
所述的间隙腔可通过以下两种方式实现：（1）内管外径小于外管内径，在内管外壁沿轴向设置若干瓣状支撑片；（2）内管外径等于外管内径，在内管外侧管壁上设置若干沿轴向延伸的、相互连通的凹槽。 
所述的瓣状支撑片采用不锈钢片并固定于内管外壁上，可相对于外管内壁滑动。 
所述的内管采用不锈钢管或者耐蚀合金钢管。 
所述的外管、竖直支管、向下弯曲的支管均采用普通碳素钢管或者低合金钢管。 
所述的外管以及竖直支管地下部分的外周包裹有防腐材料层。 
所述的防腐材料层选用3PE复合防腐涂层。 
本发明还提供了一种双层管壁的复合型燃气管道的泄漏监测方法，其特征在于：每一根竖直支管顶端的混凝土板底面都安装有一个可燃气体探头，可燃气体探头伸入竖直支管内，并通过模拟信号线和RS485数据总线电缆分别连接到位于远方监控室中的可燃气体报警器和工控计算机，压力爆破片上安装一根与一个常闭继电器相连的导线，常闭继电器控制一个带有指示灯的回路的通断，指示灯安装在远方监控室内，将各个可燃气体探头及其对应的可燃气体报警器和指示灯进行编号。 
所述的可燃气体探头可同时向可燃气体报警器传递4-20mA模拟信号，向工控计算机传递RS485数据总线信号。 
所述的可燃气体报警器和工控计算机时刻接收来自可燃气体探头的信号，可燃气体报警器通过及时的声光报警动作指示泄漏的发生及可燃气体在管道间隙腔内扩散的范围，同时工控计算机通过记录最先报警的两台可燃气体报警器的编号及其发出报警动作的时间差，利用预先编制好的程序可迅速计算出管道产生泄漏的位置。 
计算的基本原理如下：设燃气在间隙腔内扩散的速度为v，泄漏发生的时刻为t0，最先报警的两台可燃气体报警器发生报警动作的时刻分别为t1，t2，两台可燃气体报警器之间的距离为L，泄漏点距离先报警的可燃气体报警器的距离为x，则 
t1- t0=x/v                  (1)
t2- t0=(L-x)/v              (2)
(2)-(1),得:
t2- t1=(L-2x)/v             (3)
整理(3),得到：
            当t2>t1时，x= [L-(t2- t1)v]/2     (5)   
            当t2<t1时，x= [L+(t2- t1)v]/2     (6)
由于L、(t2- t1)为已知量，v为经验值，因此通过式(5)、(6)即可解出x，从而确定泄漏点位置。
所述的带有指示灯的回路在管道正常运行时是断路，当有燃气泄露并且使间隙腔内的压力达到压力爆破片的爆破压力时，压力爆破片爆破，切断连接常闭继电器的导线，常闭继电器动作，恢复到闭合状态，同时连通带有指示灯的回路，位于远方监控室内的指示灯点亮，监控人员可根据点亮的指示灯编号得到发生爆破动作的压力爆破片的位置。 
同时，可通过以下步骤将若干所述的双层管壁的复合型燃气管道连接在一起以满足远距离输送的需要： 
1、制备一根外管，将其外壁喷涂3PE复合防腐涂层；
2、制备一根内管，内管外径小于外管内径，内管长度大于外管50—80cm，在内管上沿轴向安装若干直径等于外管内径的瓣状支撑片；
3、将内管装入外管中，并确保内管两端分别超出外管两端25—40cm，为焊接工作提供作业空间；
4、制备另一根内管，其长度等于第一根外管的长度，其余结构与第一根内管相同，并将此根内管与上一根内管焊接；
5、制备另一根外管，其结构与第一根外管相同，并将此根外管套在上一根内管上，与上一根外管焊接；
6、当管道需要改变走向时，根据需要制备一根具有相应转弯角度及适宜长度的内管弯头，其余结构与前述内管相同，将其与上一根内管焊接；
7、制备再一根内管，其结构与第二根内管相同，将其与内管弯头的另一端焊接；
8、制备再一根外管，其结构与第二根外管相同，将其套在上一根内管上，并使上一根内管的空余端长出此外管相应端25—40cm；
9、制备一根具有与内管弯头相同转弯角度及适宜长度的外套管弯头，其管壁沿纵向剖开为两瓣，其内径等于外管外径，将其扣合在内管弯头两端对应的外管上，并将其两瓣之间以及与外管搭接处进行焊接密封，最后在外套管的外周喷涂3PE复合防腐涂层，至此完成管道弯头的连接。
10、不断重复4—9步，则由双层管壁的复合型燃气管道组成的输送管线就可以不断延伸，满足远距离输送的需要。 
此外，还可通过以下步骤将若干所述的双层管壁的复合型燃气管道连接在一起以满足远距离输送的需要： 
1、制备一根外管，将其外壁喷涂3PE复合防腐涂层；
2、制备一根内管，内管外径等于外管内径，内管长度大于外管50—80cm，在内管外壁设置若干沿轴向延伸的、相互连通的凹槽。
3、将内管装入外管中，并确保内管两端分别超出外管两端25—40cm，为焊接工作提供作业空间； 
4、制备另一根内管，其长度等于第一根外管的长度，其余结构与第一根内管相同，并将此根内管与上一根内管焊接，焊接时注意将管壁上的凹槽对正；
5、制备另一根外管，其结构与第一根外管相同，并将此根外管套在上一根内管上，与上一根外管焊接；
6、当管道需要改变走向时，根据需要制备一根具有相应转弯角度及适宜长度的内管弯头，其余结构与前述内管相同，将其与上一根内管焊接；
7、制备再一根内管，其结构与第二根内管相同，将其与内管弯头的另一端焊接；
8、制备再一根外管，其结构与第二根外管相同，将其套在上一根内管上，并使上一根内管的空余端长出此外管相应端25—40cm；
9、制备一根具有与内管弯头相同转弯角度及适宜长度的外套管弯头，其管壁沿纵向剖开为两瓣，其内径等于外管外径，将其扣合在内管弯头两端对应的外管上，并将其两瓣之间以及与外管搭接处进行焊接密封，最后在外套管的外周喷涂3PE复合防腐涂层，至此完成管道弯头的连接。
10、不断重复4—9步，则由双层管壁的复合型燃气管道组成的输送管线就可以不断延伸，满足远距离输送的需要。 
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： 
1、外管和内管之间设置间隙腔，可收集、容纳从内管泄露出来的燃气，避免了串气现象的发生，并且间隙腔内进行氮气置换，避免了燃气在间隙腔内发生着火爆炸的危险，将由燃气泄露造成着火爆炸灾害的可能性几乎降为零。
2、可燃气体报警器和工控计算机时刻接收来自可燃气体探头的信号，节省了大量的人工巡线成本。 
3、外管以及竖直支管地下部分的外周包裹的防腐材料层可有效阻止土壤溶液对埋地管道的腐蚀作用。 
4、内管采用的不锈钢管或耐蚀合金钢管可有效阻止燃气中酸性成分对内管内壁的腐蚀作用。 
5、在内管外壁安装的瓣状支撑片可相对于外管内壁滑动，避免了由于内、外管热膨胀系数不同而造成的内、外管连接处的热应力。 
6、在外管外壁的顶部设置的若干与间隙腔连通的竖直支管，其彼此相距40—60m且顶端高出地面至少80cm，因此可以代替现在数量众多的、外形简陋呆板的燃气管道标志桩，此外还可以在竖直支管顶端的混凝土板上设置具有艺术造型的装饰物，达到进一步美化环境的效果。 
7、竖直支管内的可燃气体探头采用催化氧化原理，对燃气浓度的变化具有敏锐的反应，一旦有泄漏发生可以及时迅速地向位于远方监控室内的可燃气体报警器和工控计算机发出信号。 
8、可燃气体报警器能以声光报警动作指示泄漏的发生及可燃气体在管道间隙腔内扩散的范围，同时工控计算机通过记录最先报警的两台可燃气体报警器的编号及其发出报警动作的时间差，利用预先编制好的程序可迅速计算出管道产生泄漏的位置，从而可以使工作人员在第一时间做出应急处理，并且节省了大量的人工查漏费用。 
9、采用压力爆破片作为保护，避免了因为间隙腔内气体压力过大导致外管管路发生超压爆炸的危险，并且作为压力爆破片载体的支管竖直向下弯曲，使压力爆破片发生爆破动作时碎片冲向地面，在卸除间隙腔内压力的同时避免了对周围人员及设施的意外损害。 
10、当某一个压力爆破片发生爆破动作时，与其对应的位于远方监控室内的指示灯点亮，工作人员即可通过指示灯的编号确定发生动作的压力爆破片的位置，从而为更换新的压力爆破片提供方便。 
  
附图说明：
图1为本发明的一个实施例的纵向剖面图。
图2为本发明的另一个实施例的纵向剖面图。 
图3为本发明沿图1中A—A线的剖面图。 
图4为本发明沿图2中A’—A’线的剖面图。 
图5为本发明图2所示的实施例的内管示意图。 
图6为本发明图1所示的实施例的管道弯头示意图。 
图7为本发明形成的双层管壁的复合型燃气管道及泄漏监测系统示意图。 
图1至图7中，1-内管，2-外管，3-瓣状支撑片，4-间隙腔，5-防腐材料层，6-竖直支管，7-竖直支管防腐材料层，8-向下弯曲的支管，9-压力爆破片，10-可燃气体探头，11-混凝土板，12-连通槽，13-外套管弯头，14-外套管弯头防腐材料层，15-外套管弯头间隙腔，16-模拟信号线，17-可燃气体报警器，18-RS485数据总线电缆，19-工控计算机，20-常闭继电器，21-指示灯回路，22-指示灯。 
具体实施方式： 
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1示出了本发明的一个实施例。该种双层管壁的复合型燃气管道包括内管1和外管2，内管1外径小于外管2内径，在内管1外壁沿轴向设置若干直径等于外管2内径的瓣状支撑片3，由此在内管1与外管2之间形成一个间隙腔4，间隙腔4内进行氮气置换，外管2外周包裹有防腐材料层5，在外管2侧壁的顶部设置有若干与间隙腔4连通的竖直支管6，竖直支管6彼此相距40—60m且顶端高出地面至少80cm，每一根竖直支管6的顶端设置一个混凝土板11进行密封，混凝土板11底面安装有一个可燃气体探头10，可燃气体探头10伸入竖直支管6内，竖直支管6地下部分的外周包裹有竖直支管防腐材料层7，竖直支管6地上部分的侧壁上连通一个向下弯曲的支管8，该支管末端安装有压力爆破片9。
内管1采用不锈钢管或者耐蚀合金钢管。 
外管2、竖直支管6、向下弯曲的支管8均采用普通碳素钢管或者低合金钢管。 
瓣状支撑片3采用不锈钢片并固定于内管1外壁上，可相对于外管2内壁滑动。 
防腐材料层5选用3PE防腐涂层。 
图2示出了本发明的另一个实施例。在该实施例中，内管1和外管2之间的间隙腔4由以下方式实现：内管1外径等于外管2内径，在内管1外侧管壁上设置若干沿轴向延伸的凹槽，在内管1外侧管壁上设置一个周向的连通槽12将各个凹槽连通。 
图6示出了本发明一实施例中管道弯头的结构。下面结合图1、图2和图6说明利用本发明满足远距离输送需要的步骤： 
1、制备一根外管1，将其外壁以喷涂3PE复合防腐涂层的方式设置一层防腐材料层5；
2、制备一根内管1，内管1外径小于外管2内径，内管1长度大于外管2长度50—80cm，在内管1上沿轴向安装若干直径等于外管2内径的瓣状支撑片3；
3、将内管1装入外管中，并确保内管1两端分别超出外管2两端25—40cm，为焊接工作提供作业空间；
4、制备另一根内管1，其长度等于第一根外管2的长度，其余结构与第一根内管1相同，并将此根内管1与上一根内管1焊接；
5、制备另一根外管2，其结构与第一根外管2相同，并将此根外管2套在上一根内管1上，与上一根外管2焊接；
6、当管道需要改变走向时，根据需要制备一根具有相应转弯角度及适宜长度的内管弯头，其余结构与前述内管1相同，将其与上一根内管1焊接；
7、制备再一根内管1，其结构与第二根内管1相同，将其与内管弯头的另一端焊接；
8、制备再一根外管2，其结构与第二根外管2相同，将其套在上一根内管1上，并使上一根内管1的空余端长出此外管2相应端25—40cm；
9、制备一根具有与内管弯头相同转弯角度及适宜长度的外套管弯头13，其管壁沿纵向剖开为两瓣，其内径等于外管2外径，将其扣合在内管弯头两端对应的外管2上，并将其两瓣之间以及与外管2搭接处进行焊接密封，由此形成了与间隙腔相通的外套管弯头间隙腔15，最后在外套管的外周以喷涂3PE复合防腐涂层的方式设置一层外套管弯头防腐材料层14，至此完成管道弯头的连接。
10、不断重复4—9步，则由双层管壁的复合型燃气管道组成的输送管线就可以不断延伸，满足远距离输送的需要。 
此外，还可通过以下步骤满足远距离输送的需要： 
1、制备一根外管1，将其外壁以喷涂3PE复合防腐涂层的方式设置一层防腐材料层5；
2、制备一根内管1，内管1外径等于外管2内径，内管1长度大于外管2长度50—80cm，在内管1外壁设置若干沿轴向延伸的凹槽，同时设置一个周向的连通槽12将各个凹槽连通。
3、将内管1装入外管2中，并确保内管1两端分别超出外管2两端25—40cm，为焊接工作提供作业空间； 
4、制备另一根内管1，其长度等于第一根外管2的长度，其余结构与第一根内管1相同，并将此根内管1与上一根内管1焊接，焊接时注意将管壁上的凹槽对正；
5、制备另一根外管2，其结构与第一根外管2相同，并将此根外管2套在上一根内管1上，与上一根外管2焊接；
6、当管道需要改变走向时，根据需要制备一根具有相应转弯角度及适宜长度的内管弯头，其余结构与前述内管1相同，将其与上一根内管1焊接；
7、制备再一根内管1，其结构与第二根内管1相同，将其与内管弯头的另一端焊接；
8、制备再一根外管2，其结构与第二根外管2相同，将其套在上一根内管1上，并使上一根内管1的空余端长出此外管2相应端25—40cm；
9、制备一根具有与内管弯头相同转弯角度及适宜长度的外套管弯头13，其管壁沿纵向剖开为两瓣，其内径等于外管2外径，将其扣合在内管弯头两端对应的外管2上，并将其两瓣之间以及与外管2搭接处进行焊接密封，由此形成了与间隙腔相通的外套管弯头间隙腔15，最后在外套管的外周以喷涂3PE复合防腐涂层的方式设置一层外套管弯头防腐材料层14，至此完成管道弯头的连接。
10、不断重复4—9步，则由双层管壁的复合型燃气管道组成的输送管线就可以不断延伸，满足远距离输送的需要。 
下面结合图7说明本发明整个系统的工作过程： 
整条管线制作、连接、敷设、试压工作完成之后，将间隙腔4及外套管弯头间隙腔15进行氮气置换，同时将可燃气体探头10通过模拟信号线16和RS485数据总线电缆18分别连接到位于远方监控室中的可燃气体报警器17和工控计算机19，并按设计值设定好可燃气体报警器17的报警动作。
可燃气体探头10可同时向可燃气体报警器17传递4-20mA模拟信号，向工控计算机19传递RS485数据总线信号。 
压力爆破片9上安装一根与一个常闭继电器20相连的导线，常闭继电器20控制一个带有指示灯的回路21的通断，指示灯22安装在远方监控室内。     
将各个可燃气体探头10及其对应的可燃气体报警器17和指示灯22进行编号。
以上工作全部完成后，管线即可投入燃气的输送运行。 
在管线的运行程中，可燃气体报警器17和工控计算机19时刻接收来自可燃气体探头10的信号，一旦内管发生燃气泄露且间隙腔4内燃气的浓度达到报警值，可燃气体报警器17即可通过及时的声光报警动作指示泄漏的发生及可燃气体在管道间隙腔4内扩散的范围，同时工控计算机19通过记录最先报警的两台可燃气体报警器17的编号及其发出报警动作的时间差，利用预先编制好的程序可迅速计算出管道产生泄漏的位置，使工作人员可以在第一时间做出应急处理，同时节省了大量人工查漏费用。 
带有指示灯的回路21在管道正常运行时是断路，当有燃气大量泄露并且使间隙腔4内的压力达到压力爆破片9的爆破压力时，压力爆破片9爆破，卸掉间隙腔4内压力并切断连接常闭继电器20的导线，常闭继电器20动作，恢复到闭合状态，同时连通带有指示灯的回路21，位于远方监控室内的指示灯22点亮，工作人员可根据点亮的指示灯22编号得到发生爆破动作的压力爆破片的位置，从而为更换新的压力爆破片提供方便。 
本发明适用于直接埋入地下的各种输送可燃气体的管道工程，尤其适用于埋设于高风险区域地下的城镇燃气管道工程。 
通过本发明的实施，不仅可以将由燃气泄露造成着火爆炸灾害的可能性几乎降为零，还可以节省大量的人工巡线及查漏费用，同时又可对环境起到一定的美化作用。此外，本发明还具有防腐蚀性能良好，使用寿命长久等优点。 

Claims (5)

1.一种双层管壁的复合型燃气管道，其特征在于：包括内管和外管，在内管与外管之间设置一个间隙腔，间隙腔内进行氮气置换，外管外壁的顶部设置有若干与间隙腔连通的竖直支管，竖直支管彼此相距40—60m且顶端高出地面至少80cm，每一根竖直支管的顶端设置一个混凝土板进行密封，竖直支管地上部分的侧壁上连通一个向下弯曲的支管，该支管末端安装有压力爆破片；所述的内管采用耐蚀的不锈钢管或者合金钢管，所述的外管、竖直支管和向下弯曲的支管均采用普通碳素钢管或者低合金钢管；所述的外管以及竖直支管地下部分的外周包裹有防腐材料层。
2.根据权利要求1所述的双层管壁的复合型燃气管道，其特征在于：所述的防腐材料层选用3PE防腐涂层。
3.根据权利要求2所述的双层管壁的复合型燃气管道，其特征在于：所述的间隙腔通过以下方式实现，即使得内管外径小于外管内径，在内管外壁沿轴向设置若干瓣状支撑片，所述的瓣状支撑片采用不锈钢片并固定于内管外壁上，可相对于外管内壁滑动。
4.根据权利要求2所述的双层管壁的复合型燃气管道，其特征在于：所述的间隙腔通过以下方式实现，即内管外径等于外管内径，在内管外侧管壁上设置若干沿轴向延伸的、相互连通的凹槽。
5.一种对权利要求1中所述燃气管道的泄漏进行监测的方法，该方法的步骤为如下：
Figure 2012102465979100001DEST_PATH_IMAGE002
每一根竖直支管顶端的混凝土板底面都安装有一个可燃气体探头，可燃气体探头伸入竖直支管内，并通过模拟信号线和RS485数据总线电缆分别连接到位于远方监控室中的可燃气体报警器和工控计算机；
压力爆破片上安装一根与一个常闭继电器相连的导线，常闭继电器控制一个带有指示灯的回路的通断，指示灯安装在远方监控室内，将各个可燃气体探头及其对应的可燃气体报警器和指示灯进行编号；
Figure 2012102465979100001DEST_PATH_IMAGE006
可燃气体探头同时向可燃气体报警器传递4-20mA模拟信号，向工控计算机传递RS485数据总线信号；可燃气体报警器和工控计算机时刻接收来自可燃气体探头的信号，可燃气体报警器通过及时的声光报警动作指示泄漏的发生及可燃气体在管道间隙腔内扩散的范围，同时工控计算机通过记录最先报警的两台可燃气体报警器的编号及其发出报警动作的时间差，利用预先编制好的程序可迅速计算出管道产生泄漏的位置；
Figure 2012102465979100001DEST_PATH_IMAGE008
带有指示灯的回路在管道正常运行时是断路，当有大量燃气泄露并且使间隙腔内的压力达到压力爆破片的爆破压力时，压力爆破片爆破，卸掉间隙腔内压力并切断连接常闭继电器的导线，常闭继电器动作，恢复到闭合状态，同时连通带有指示灯的回路，位于远方监控室内的指示灯点亮，工作人员可根据点亮的指示灯编号得到发生爆破动作的压力爆破片的位置。
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