在天然气能源产业链中，天然气场站扮演着至关重要的角色。然而，天然气场站泄漏是一个极其严重的安全隐患，因此对其进行深入了解和有效防控至关重要。

01天然气场站气体泄漏的常见原因

设备老化与磨损

管道腐蚀：天然气中可能含有少量的硫化氢、二氧化碳和水分等杂质，这些物质会与金属管道发生化学反应，导致管道内壁腐蚀。例如，硫化氢会与铁反应生成硫化亚铁，使管道壁变薄。长期使用后，腐蚀部位可能出现穿孔，从而引发天然气泄漏。在一些运行多年的老场站中，这种管道腐蚀问题尤为突出。

阀门密封失效：阀门是天然气场站中控制流体的关键设备。频繁的开闭操作、介质的冲刷以及长期的压力作用，会使阀门的密封面磨损或变形。如球阀的球体与阀座之间的密封在长期使用后可能出现缝隙，导致天然气从缝隙中泄漏。另外，阀门的填料也可能因老化或安装不当而失去密封作用。

压缩机部件损坏：天然气压缩机是提高天然气压力以便于输送的重要设备。压缩机的活塞环、气阀等部件在高速运转和频繁摩擦过程中容易磨损。一旦这些部件损坏，就会导致天然气从压缩机的密封部位泄漏。

连接部位问题

法兰连接处泄漏：法兰连接是天然气场站中管道连接的常用方式。如果法兰垫片老化、损坏或安装不当，就会导致泄漏。例如，垫片在长期受到压力和介质的作用下，可能会出现破裂或变形，使天然气从法兰间隙泄漏。此外，法兰螺栓拧紧力矩不均匀，也会导致法兰密封面不能紧密贴合，从而产生泄漏。

焊接接头缺陷：焊接接头是管道系统中的薄弱环节。焊接过程中可能出现气孔、夹渣、未焊透等缺陷，这些缺陷在压力作用下可能会成为天然气泄漏的通道。特别是在一些新建或改造的场站中，如果焊接质量控制不到位，就容易出现焊接接头泄漏的问题。

操作失误与超压

误操作：操作人员在开关阀门、启停设备等操作过程中，如果没有按照操作规程进行，可能会导致天然气泄漏。例如，在未完全关闭或开启阀门的情况下，就进行下一步操作，可能会使天然气从阀门的半开半闭状态中泄漏。

超压情况：当天然气系统的压力超过设备或管道的设计压力时，就会对设备和管道的密封结构造成巨大压力，从而引发泄漏。超压可能是由于下游管道堵塞、压缩机故障导致压力异常升高，或者是压力调节系统失灵等原因引起的。

02天然气场站气体泄漏的危害

经济损失与能源浪费

天然气泄漏意味着能源的浪费，这会给企业带来直接的经济损失。同时，为了修复泄漏部位、恢复生产，企业需要投入大量的人力、物力和财力。此外，泄漏事故还可能导致场站停产，影响天然气的供应，给下游用户带来不便，造成间接的经济损失。

火灾与爆炸风险

天然气主要成分是甲烷，甲烷是一种易燃易爆气体。当天然气泄漏到空气中，其浓度在爆炸极限范围内（5% - 15%）时，一旦遇到火源，如静电火花、明火或高温物体，就会引发剧烈的爆炸。爆炸产生的冲击波和火焰会对场站的设备、建筑物以及人员造成毁灭性的伤害。

环境污染

天然气泄漏会对环境造成污染。一方面，甲烷是一种温室气体，其温室效应比二氧化碳强得多。大量的天然气泄漏会加剧全球气候变暖。另一方面，天然气中可能含有少量的硫化氢等有毒有害物质，泄漏后会对周围的土壤、水体和空气造成污染，影响生态平衡和人类健康。

03天然气场站气体泄漏的检测方法

天然气场站泄漏检测是保障场站安全运行的关键环节，以下是一些常用的检测方法：

超声波检测法

原理：当天然气从泄漏点泄漏时，会在泄漏处产生超声波信号。这是因为天然气在高压下高速泄漏，会引起周围空气的振动，从而产生超声波。超声波检测设备通过高灵敏度的传感器接收这些超声波信号，经过信号处理后判断是否存在泄漏。而且，这种超声波信号的频率通常在 20kHz - 100kHz 之间，与环境噪声有明显的区别，便于检测。

应用场景：超声波检测法能够检测到微小的泄漏，并且可以在不影响天然气场站正常运行的情况下进行检测。它适用于检测各种类型的设备和管道，尤其是对于那些难以接近或者处于复杂环境中的部位，可以快速发现潜在的泄漏点。

压力检测法

原理：在正常情况下，天然气管道和设备内的压力是相对稳定的。如果存在泄漏，管道或设备内的压力会逐渐下降。通过在管道和设备上安装压力传感器，实时监测压力变化。当压力下降速度超过正常的波动范围时，就有可能存在泄漏。

应用场景：压力检测法主要用于对管道和设备整体的泄漏情况进行初步判断。在天然气场站的入口和出口管道、大型储气罐等部位，可以安装压力检测系统，用于长期监测压力变化，及时发现可能的泄漏隐患。

流量检测法

原理：根据质量守恒定律，在一个稳定的天然气输送系统中，进入某一区域的天然气流量应该等于离开该区域的流量（不考虑储存情况）。通过在管道的进口和出口安装高精度的流量传感器，测量天然气的流量。如果进口流量和出口流量之间存在明显的差值，且排除了正常的计量误差等因素，就可能存在泄漏情况。

应用场景：流量检测法适用于对整个天然气输送流程进行监测，例如在天然气场站的主要输送管道、加气站的加气柱等部位，通过流量检测可以及时发现泄漏情况，并且还可以结合其他检测方法进一步定位泄漏点。

红外热成像检测法

原理：天然气泄漏会导致周围环境温度发生变化。当天然气从管道或设备中泄漏出来时，由于焦耳 - 汤姆逊效应，天然气会迅速膨胀吸热，使得泄漏点周围的温度降低。红外热成像仪能够检测到这种温度差异，将其转化为可见的热图像。在热图像中，泄漏点通常会显示为温度较低的区域，从而可以直观地发现泄漏位置。

应用场景：红外热成像检测法可以快速扫描大面积的区域，能够对整个天然气场站进行快速巡检。它对于检测设备表面、管道连接处等部位的泄漏非常有效。例如，在冬季，当场站环境温度较低时，红外热成像仪可以更容易地发现因天然气泄漏而导致的温度异常区域。

04天然气场站在线式超声波泄漏检测仪

仪器工作原理

在线式超声波泄漏检测仪主要基于超声波检测原理。在天然气场站中，当天然气从泄漏点泄漏时，会在泄漏处产生超声波信号。这是因为天然气在高压下高速泄漏，使周围的空气分子产生强烈振动，形成频率在 20kHz - 100kHz 之间的超声波。这种超声波信号的频率通常与环境噪声有明显的区别，便于仪器进行识别。

传感器接收信号

超声波检测系统配备有高灵敏度的超声传感器。这些传感器一般安装在管道周围的关键位置，如管道的接头、阀门附近、容易受到腐蚀的部位等。传感器的功能是接收由天然气泄漏产生的超声波信号。当接收到信号后，传感器会将超声波振动转换为电信号，这是后续信号处理的基础。

信号处理过程

放大信号：传感器转换得到的电信号通常比较微弱，需要进行放大处理。放大后的信号强度足以进行后续的分析和判断。例如，通过多级放大器将微弱的电信号增强到合适的幅值范围。

滤波处理：由于环境中可能存在各种干扰噪声，如机械振动、电磁干扰等产生的非泄漏相关的超声波信号，需要对接收的信号进行滤波。滤波电路可以去除这些干扰频率的信号，只允许与天然气泄漏相关的频率范围的信号通过，从而提高信号的信噪比。

特征提取与分析：经过滤波后的信号会被送入信号处理单元进行特征提取。主要提取的特征包括信号的频率、幅值、相位等。通过与预先设定的天然气泄漏信号特征模型进行对比分析，例如，比较信号的频率是否在泄漏产生的典型超声波频率范围内，幅值是否超过了一定的阈值（该阈值是通过大量实验和实际应用数据确定的，用于区分泄漏信号和正常背景信号）。如果信号特征符合天然气泄漏的模式并且超过设定的阈值，仪器就会判定为发生泄漏，并及时发出警报。

检测优势

实时监测

在线式超声波泄漏检测仪能够 24 小时不间断地对天然气场站进行实时监测。无论是在白天正常的生产运营期间，还是在夜晚人员活动较少的时候，它都可以时刻监测天然气泄漏情况。这与传统的人工巡检方式形成鲜明对比，人工巡检存在时间间隔，在巡检间隙可能会出现泄漏而未被及时发现的情况。

及时预警

一旦检测到天然气泄漏，仪器会立即触发声光报警信号。同时，它还可以通过有线或无线通信方式，如以太网、485、光纤等将泄漏报警信息发送到中控室的监控系统，让值班人员第一时间获取泄漏信息。

微小泄漏检测能力

仪器具有极高的灵敏度，能够检测到微小的天然气泄漏。在天然气场站中，即使是每分钟几毫升的微小泄漏量，也能被仪器准确检测出来。这对于早期发现泄漏隐患、在泄漏问题还处于较小规模时就进行处理非常重要，有助于减少天然气的损失和降低安全风险。

精准定位泄漏点

先进的在线式超声波泄漏检测仪可以通过对多个传感器接收到的超声波信号进行分析，利用信号的时间差、强度差等信息，对泄漏点进行相对准确的定位。

适应复杂环境

非接触式检测

超声波泄漏检测仪采用非接触式检测方式，通过传感器接收超声波信号，无需与天然气管道或设备进行直接接触。这不仅避免了对场站正常运行的干扰，而且在检测过程中不会对设备表面造成损坏。在天然气场站的复杂环境中，有许多设备处于高压、高温等危险状态，非接触式检测可以确保检测工作的安全性。

北控电力BKSN21EX在线式超声波泄漏检测仪

BKSN21EX在线式超声波泄漏检测仪通过非接触、远距离测试，实现对被测设备运行状态和气体管路泄漏的实时监测，可以检测被测设备异常运转、带压气体泄漏的主要噪声源，当检测到存在泄漏噪声信号时，发出泄漏报警指令。

气体泄漏声学监测系统是以声学监测网络为基础的，基于声信息检测技术、大数据技术、人工智能技术、物联网技术、高性能计算技术的，适用于快速部署的一体化气体泄漏声学监测解决方案。

适用防爆场合

主要适用于爆炸性气体环境中1区或2区危险区域，爆炸性气体为ⅡA、ⅡB级、ⅡC级，温度组别为T1-T6组爆炸性气体环境级粉尘环境中，如石油、化工、仓储、港口等行业。

防护等级

声学监测传感器全封闭外壳，IP66防护等级；可以抵御潮湿、腐蚀环境和工业污染的影响。

传感器免维护设计

传感器无老化和漂移，在正常工作条件下不需要更换任何零件。传感器持续自检确保设备正常。

微小泄漏监测

BKSN21EX在线式超声波泄漏检测仪通过检测由带压气体泄漏而产生的超声波(超声频段的声压变化)来识别持续微小的气体泄漏发生。

声学特征分析

采集声学正样本库，排除场站自有声学干扰；可对气体场站范围内噪声变化状态与趋势进行动态分析与长期监测。

设计用于苛刻工况

超声波气体泄漏探测器的设计温度范围为-40°C到+80 ℃。

产品特点

◆采用MEMS传感器，进行声学采集和监测

◆可对气体场站范围内噪声变化状态与趋势进行动态分析与长期监测

◆宽带声学信号采集，声学信号分析频率50Hz~70kHz

◆可实现对气体泄漏的自动检测

◆可对背景噪音干扰滤除，可选则屏蔽25KHZ以下声学信号

◆可实现对气体泄漏事件的自动声光报警，可实现泄漏现场报警与实现主控室或调度室的远程同步报警

◆支持局域网互联，以组成更大监控系统，可与用户单位的上位监控系统对接

◆以太网/485/光纤等多种通讯方式可选

◆支持4—20mA模拟量输出、HART通讯协议，支持OPC UA通讯协议

◆支持远程浏览，能对浏览的画面进行切换巡视和查询浏览

◆可对气体场站范围内噪声特征进行同步显示

05客户案例河北某天然气公司

在日常运营过程中，天然气泄漏一直是该公司最为担忧的安全隐患。由于管道及设备长期处于高压运行状态，且受到自然环境等多种因素影响，泄漏风险始终存在。传统的检测方法，如人工巡检时的目视观察和简单的压力监测，存在诸多局限性。目视观察难以发现微小泄漏，而压力监测只能判断系统整体压力变化，无法精确定位泄漏点，一旦发生泄漏，难以及时准确地采取应对措施，这给该公司的安全生产运营带来了巨大挑战。

北控电力BKSN21EX在线式超声波泄漏检测仪的高灵敏度、精准定位和实时监测功能，让该天然气公司能够及时掌握管道的运行状况，有效预防了泄漏事故的发生。

施工现场