一种地埋式燃气泄漏气体分布采集管网的制作方法

本技术专利属于燃气安全监测领域，尤其涉及一种地埋式燃气泄漏气体分布采集管网。

背景技术：

1、燃气包括天然气、煤气、煤层气、石油气、生物气，是燃烧后释放大量热量的混合气体，是人类赖以生存的重要能源。工业、商业与居民使用燃气，特别是天然气量十分巨大，一般采用输气管网的方式进行输送。输气管线可以分为长距离输气管线、城市管道和工业企业管道，绝大部分管线采用地埋的方式进行敷设。根据《城镇燃气输配工程施工及验收规范》cjj33-2005的规定，管道埋于沟槽内，沟槽深1～2m，管道两侧及管顶以上0.5m内的回填土人工压实，管顶0.5m以上的回填土厚度0.25～0.4m。输气管线通常需要具备数十年的使用寿命，在长期的运行过程中，管道可能因为各种原因(如管道破裂、外力破坏等)发生燃气泄漏，给输气管网的安全威胁。以北京市为例，部分燃气管道运行年限已经逾30年。由于长期埋在地下，在土壤腐蚀、杂散电流腐蚀的作用下，埋地燃气管道逐渐进入事故多发阶段。近10年的统计数据表明，燃气输配系统的事故总体呈上升趋势，泄漏事故占管道总事故的95％以上。燃气管道通常地埋距离长、分布广，因此燃气管道的泄漏具有地域范围广、泄漏地点随机分散、长时间周期内泄漏偶然发生、不易察觉等特点，给燃气管道的泄漏监测造成巨大的技术难度。

2、由上可知，燃气管道的泄漏通常有一个泄漏发展与扩大的过程，往往从微小量的泄漏开始，逐渐发展为中等量的泄漏，直至大量泄漏，随着泄漏燃气的聚集，当达到或超过燃气的燃烧、爆炸阈值浓度时，遇到点燃、引爆的明火、火花、雷电就会发生爆燃或爆炸。避免事故最有效的措施在微小泄漏阶段及早发现，并采取运行安全维修措施。

3、现有技术中cn102518948b提出了一种在线检测燃气泄漏的装置和方法，该方法利用负压条件下让泄漏燃气进入检测管并流动至检测终端，再通过控制负压容器设备，记录燃气泄漏发生时间、浓度等，从而实现高精度泄漏检测和定位。但是该方法需要借助精度高的负压检测设备，这样的设备很难配合燃气管道敷设时并便于安装，要做到高精度的定位，无疑是要跟随燃气管道敷设大量设置检测装置的，显然该技术的检测设备不适用于距离长、分布广、地埋隐蔽的燃气管线。

4、目前现有技术中的最佳燃气泄漏检测方法是：先通过打孔检测与邻近井室、市政闸井检测的方法确认漏气大致范围，然后通过在漏气区域布置埋地燃气泄漏监测仪以快速获得多点的燃气体积分数分布数据，结合成熟的数值模型进行快速定位和修正定位，埋地燃气泄漏监测仪需要达到检测精度为能够测量甲烷体积分数为0.001％，因此单价为2000～3000元，现场需在漏气区域按沿平行于管道的横向50cm，垂直于管道的纵向1m的间距打孔埋设大量埋地燃气泄漏监测仪，对监测点甲烷体积分数进行连续监测，其施工量大、成本高昂。将多点数据输入基于dracy渗流方程建立的数值模型，在matlab环境下求解，获得地下甲烷体积分数实时分布。而且确认漏气大致范围需要通过人工巡检、无人机巡检、激光远程气体监测来实现，这些方法时效性较差、成本高、误报漏报率高，特别是需要泄漏气体通过土壤扩散到地面并达到足够的气体浓度才能进行监测，难以对管道泄漏进行早期、中期监测，错失了最佳的监测与安全维修时机，同时存在运营成本高、人员懈怠、部分区域难以巡检等问题。目前普遍采用的是激光检漏仪进行巡检，市场单价8万左右，检测距离3公里。所以基于现有状况，急需一种能实时、高效、可靠、无死角的泄漏燃气安全监测技术手段。

5、燃气的安全事关人民的生命、财产安全，政府、燃气公司都非常清楚其重要性和紧迫性，然而直至今日燃气管道仍安全事故频发、损失巨大、安全形势不容乐观，究其原因是缺乏一种长距离、分布式、实时监测、精确定位泄漏点、无误报无漏报、成本低、寿命长的燃气泄漏安全监测技术手段。现有技术手段囿于地面泄漏燃气监测或局部区域定点地埋泄漏燃气监测，且需要高灵敏度、高成本的检测传感器，只能间歇性、局部区域泄漏监测，不能真正解决长距离燃气管网的安全监测难题，以至于难以推广应用，解决燃气管道安全监测的技术痛点。为了保证燃气管网的安全运行，急需一种经济合理、有效可靠、分布监测、寿命与管道同步、时效性好的燃气安全监测技术手段，这正是本专利致力于解决的燃气管网安全监测的技术痛点。本专利打破了现有燃气管网安全监测的思维定式，提出与燃气管网同步、并行敷设的地埋泄漏燃气采集管网，以低成本、可靠有效的方式从根本上解决燃气管网安全监测的长期技术难题，在合理成本付出的前提下保障人民、燃气公司的生命财产安全。

技术实现思路

1、本实用新型专利针对地埋式燃气管网的泄漏监测，提出了一种地埋式燃气泄漏气体分布采集管网，能够及时快速收集泄漏燃气，有效满足燃气泄漏监测的经济合理、有效可靠、分布监测、寿命与管道同步、时效性好的技术需求。

2、一种地埋式燃气泄漏气体分布采集管网，包括：

3、与燃气管道并行铺设的采集管道，采集管道敷设在燃气管道外周的埋砂层中，采集管道上分布有多个支管和多个集水容器，相邻支管或相邻集水容器之间的采集管道上设置有多个防水透气的气体收集管段，气体收集管段收集从燃气管道内泄露到埋砂层中的燃气进入采集管道，并阻挡土壤层和埋砂层的地下水进入采集管道；

4、支管朝向地面敷设，燃气管道的阀门井中及土壤层中均设有所述支管；

5、抽湿装置，连通采集管道内的管道，用于定期抽出采集管道内的水汽和集水容器内的液态水，所述集水容器用于收集采集管道凝结的液态水。

6、有利地，支管朝向地面敷设可使置于支管顶部的监测传感器的地势较采集管道高，有利于汇集气体和避免被水淹，同时支管顶部的监测传感器更接近于地面，便于挖掘后进行维修，此外支管设于燃气管道的阀门井中时，电源线和信号线从阀门井的支管延伸到采集管道中，为各支管顶部内的监测传感器供电与传输信号，可通过从地面上的供电设施取电，和与地面上的通讯设施信号连接，向外传递检测信息。集水容器布置在采集管道下方，与采集管道水密性、气密性相连，收集采集管道内的冷凝水。防水透气的气体收集管段及采集管道铺设在燃气管道外周的埋砂层中时，由于埋砂层相对于土壤层疏松，因此一旦发生燃气管道泄露燃气，燃气会从埋砂层向防水透气的气体收集管段内渗透，有利于汇集燃气，故能灵敏及时的发现燃气管道的微小泄露，气体收集管段具有防水透气的特性，能避免渗入地面下的雨水渗入气体收集管段内避免堵塞采集管道，同时采集管道优选敷设在燃气管道上方的埋砂层中，避免被地下水淹没。

7、所述采集管道的管材口径为0.5cm至50cm，采集管道的材质为塑料管、塑料-金属复合管、铸铁管中任意一种。

8、所述防水透气的气体收集管段长度为0.5厘米至10厘米，相邻气体收集管段的间距为0.5米至5米，多个气体收集管段安装在采集管道上形成分布式的气体采集管线。

9、所述气体收集管段包括前后端面贯通的中空腔体，腔体内外被设于开孔区域的通孔连通，防水透气薄膜贴装在该段腔体的开孔区域外并覆盖通孔，在薄膜的外设有网罩，网罩覆盖薄膜并通过固定连接件与在腔体的外壁进行水密封连接安装，形成防水透气的气体收集管段，所述薄膜的材质优选为膨体聚四氟乙烯膜(eptfe)，所述网罩的面积不超过腔体的表面积。

10、所述腔体为在一个在壁面上开设有通孔的圆柱形或方形腔体，网罩覆盖防水透气薄膜，腔体的两端通过固定连接件与采集管道进行水密封连接安装。

11、有利地，网罩套管能保护薄膜套，避免被埋沙层内的细沙堵塞。eptfe薄膜材料制作的防水透气膜-bw1700的微孔直径<2.0μm，而气体的水蒸汽的分子大小为0.0004μm，eptfe薄膜孔径比气体直径大250～25000倍，因此气体可以通过，而毛细水滴的直径为500μm，比薄膜微孔直径大数百倍。这些微孔能防止水、污物和碎屑进入，eptfe薄膜的透气量为76.66～90ml/cm·s，eptfe薄膜能在-50～150℃下使用，且柔软并具有极强的化学惰性。eptfe薄膜的高透气性使燃气管道的微小泄露点泄露的微量燃气可以快速透过薄膜汇集到采集管道形成，浓度较高的气体环境，因此降低了对监测传感器的灵敏度的要求，从而可以使用高性价比的监测传感器。因此可使用较低成本的监测传感器，且由于采集管道内在泄漏点附近汇集的燃气浓度高，因此燃气在采集管道内长距离扩散后的浓度高，可降低监测传感器的布置密度，进一步降低成本，实现好用、有效、长距离分布式、高性价比的泄漏燃气采集与监测。

12、所述气体收集管段通过在内圈的管道与相邻采集管道进行气密和水密封连接，所述气体收集管段可内套接在两段相邻的采集管道的内壁上，或者外套接在两段相邻的采集管道的内壁上。

13、所述通孔为在管道通过机械钻孔或激光开孔方法在管道开设的阵列小孔，所述通孔的直径范围为0.1毫米至10毫米。

14、所述气体收集管段包括在一段采集管道的管壁上开设有通孔的管段，防水透气的固定套管套装在该段管道外并覆盖所述通孔，所述固定套管厚度为0.1毫米至数100毫米，所述固定套管的两端与管道的外壁水密封连接，构成一体式的防水透气的气体收集管段，所述固定套管为灰泥或紫砂陶瓷制成。

15、灰泥或紫砂陶瓷具有与eptfe薄膜类似的性能，透气不透水，且更耐水泡。

16、所述气体收集管段包括防水透气管件，所述防水透气管件的两端与相邻的采集管道进行水密封连接，所述防水透气管件可内套接在采集管道内壁或外套接在采集管道外壁，所述防水透气管件的材质为灰泥或紫砂陶瓷。

17、本实用新型的有益效果在于：

18、1)本实用新型采用与被监测的燃气管道并行敷设一条小口径、低成本的泄漏燃气采集管道，在管道敷设过程中间隔设置大量的泄漏气体收集管段，一方面降低了管线成本，另一方面解决了泄漏燃气的分布收集问题，可以分布式、充分有效收集泄漏燃气，仅利用数量有限的气体监测传感器，能够在长距离的燃气管线上实现燃气泄漏的高性价比、可定位、高时效性无死角、高可靠性监测与报警，从技术上根本解决了长期未能解决的长距离燃气管线燃气泄漏监测的技术难题；

19、2)本实用新型的泄漏燃气采集管线，采用分布式的“透气不透水”管段，该管道可以仅采集土壤中的气体，同时阻止了雨后土壤中液体水渗入采集管道，保证了采集管道长期、可靠的安全运行，与燃气管道同寿命，免除了采集管线更换的巨大工程量与高成本；另外，本实用新型的采集管网配置了湿气抽出装置，可定期抽出采集管道内水汽，并在埋砂层中易产生积水的管段配置了集水容器，有效回收了采集管道附近未抽出的水汽凝结液体水，保证了采集管线长期、稳定的安全运行；

20、3)本实用新型的燃气泄漏采集管网，可以避免采用人工巡检、无人机巡检、激光远程气体监测等方法，这些方法时效性较差、成本高、误报漏报率高，特别是当泄漏气体要通过土壤扩散到地面并达到足够的气体浓度才能被监测到时，是无法做到对管道泄漏进行早期、中期监测，很容易错失最佳的监测与安全维修时机。

21、故此，采用本实用新型的监测管网进行埋地燃气管道泄漏监测时，能在管道泄漏的早期、中期进行监测，利用分布式设置的采集管段能分布式的广泛、高效收集泄漏气体，做到了有效可靠监测，再借助同步设置的实时信号监测装置，可实现时效性好的燃气监测，整个监测管网经济合理，最大程度降低爆炸等安全事故的风险，为燃气管网提供高性价比、实时报警、准确定位的技术防范手段。