1 引言

城市燃气是城镇能源供应体系的重要组成部分，目前我国城市燃气以天然气为主，其主要成分为甲烷（CH₄），体积分数一般在90%以上。天然气经长输管道输送至城市门站，经过滤、计量、调压、加臭后进入城市输配管网，再通过中压、低压管网和楼栋调压器送至用户端。由于燃气具有爆炸下限低（甲烷在空气中的爆炸体积分数约为5%～15%）、火焰传播速度快、泄漏点多埋设于地下等特点，一旦发生泄漏并在密闭或半密闭空间积聚，极易引发着火、爆炸和人员中毒事故。

随着我国城镇化进程加快，燃气敷设范围不断扩大，管网总长度持续增长，部分早期建设的钢管、铸铁管已进入老化期，腐蚀、第三方施工破坏、接口松动等导致的泄漏风险居高不下。因此，研究高效、可靠的泄漏检测与安全预警技术，对于降低城市燃气事故率、保障公共安全具有重要的现实意义。本文在梳理输配系统泄漏风险的基础上，对主流检测技术进行原理分析与适用性比较，并探讨在线监测预警体系的构建方法。

2 城市燃气输配系统及泄漏风险特征

城市燃气输配系统通常由门站、储配站、调压站（箱）、各级管网和用户设施构成。按压力等级，我国城镇燃气管道一般分为高压、次高压、中压和低压四级，不同压力等级承担长输接收、储配调峰和末端分配功能。燃气在进入管网前需进行加臭处理，通常注入四氢噻吩（THT）或乙硫醇，使无色无味的天然气具备可被嗅觉识别的警示气味，这是早期人工检漏的物理基础。

泄漏按发生部位可分为管道本体泄漏、接口与附件泄漏、设施泄漏三类；按泄漏量与时间特征又可分为微泄漏、明显泄漏和破裂泄漏。从风险成因看，城市燃气管道泄漏主要来源于：①管材老化与电化学腐蚀，尤其在潮湿、盐碱土壤环境中钢管外壁腐蚀速率加快；②第三方施工破坏，如道路开挖、顶管、桩基施工误伤管道；③地基沉降与温度应力导致接口错位、焊缝开裂；④调压设备、阀门、流量计等附件密封失效。与工业管道不同，城市燃气管网敷设于人口密集区，泄漏后果的社会放大效应明显，因此对检测的及时性和定位精度提出了更高要求。

3 燃气管道泄漏检测技术原理与比较

3.1 人工巡检与可燃气体探测

人工巡检是最传统的检测手段，巡检人员沿管道路由步行或驾车，使用嗅敏仪、手持式可燃气体检测仪检测路面、井盖、阀门井附近的可燃气体浓度。该方法成本低、操作灵活，但受风速、井盖封闭程度、人员经验影响大，漏检率较高，且难以发现深埋管段的缓慢微泄漏。

固定式可燃气体探测器一般安装在调压站、阀门井、地下室、锅炉房等易积聚场所，当环境中可燃气体浓度达到报警设定值（通常取爆炸下限的25%即LEL）时发出声光报警。该方法属于"点监测"，只能覆盖安装点位附近，无法沿管道实现连续监测，适用于场站和封闭空间，不适用于长距离埋地管网。

3.2 压力与流量平衡检测法

压力梯度法和流量平衡法利用泄漏引起的水力工况变化进行判断。当管道某点发生泄漏时，泄漏点上游流量增大、压力沿程下降曲线出现折点，泄漏点下游流量减小、压力回升变缓。通过在SCADA系统中采集沿线压力、流量数据，建立正常工况水力模型，将实测值与模型预测值比对，当偏差超过阈值时即可判定疑似泄漏并估算泄漏点位置。

该方法无需开挖、可在线连续监测，适合长输干管和大口径主干管；但灵敏度受负荷波动、工况调整、计量误差影响较大，对微泄漏和低压支管的识别能力有限，且定位精度通常为管段级而非精确点位。

3.3 声学相关检测法

声学相关法是目前埋地燃气管道精确定位的主流技术。燃气从泄漏点喷出时会产生宽带噪声振动，该振动沿管壁向两侧传播，由安装在泄漏点上下游两个探测点（如阀门、压力表连接点）的高灵敏度振动传感器接收。仪器对两路信号做互相关运算，根据信号到达两个传感器的时间差Δt和声波在管材中的传播速度v，按式（1）计算泄漏点距上游传感器的距离：

$$x = \frac{L - v \cdot \Delta t}{2} \tag{1}$$

式中：L为两传感器间距，m；v为声波沿管壁传播速度，m/s；Δt为互相关延时，s。

相关法定位精度可达0.5～1.0 m，可在不开挖条件下精确定位泄漏点，对金属和PE管均有较好适应性，是燃气企业检漏作业车的核心配置。其局限在于依赖有效探测点间距，且当管道埋深大、覆土密实或背景噪声强时信号衰减明显，需要结合频谱分析剔除交通、水流等干扰。

3.4 光纤传感与在线监测技术

光纤传感技术利用光纤对外界温度、应变和声波的敏感特性实现沿管道的连续分布式监测。其中，分布式温度传感（DTS）和分布式声波/振动传感（DAS）可沿光纤每米级间隔获取数据，当燃气泄漏喷射引起局部温度异常或振动信号时，系统可沿光缆定位并报警。该技术监测距离长、抗电磁干扰、本质安全，适合长输管线、穿越段和重点区域，但工程造价高，需在新建管道同步敷设光缆，存量改造难度较大。

此外，探地雷达、激光遥测车、气体示踪剂法等也在特定场景中应用。激光甲烷巡检车利用可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）原理，在行驶中遥测路面上方甲烷浓度，检测效率高，适合城市道路快速普查。

3.5 技术适用性比较

综合比较可见：人工巡检与便携探测适合周期性普查和疑似点复核；压力流量法适合主干管网在线预警；声学相关法适合精确检漏定位；光纤DAS/DTS适合新建长输管道的连续监测；激光遥测适合道路快速普查。各类技术在灵敏度、定位精度、覆盖范围、投资成本和适用管段上各有优劣，不存在单一技术通吃的方案，工程中应组合配置、互为补充。

4 基于SCADA与物联网的安全预警体系

现代城市燃气安全预警以SCADA（数据采集与监视控制）系统为中枢，整合场站压力、温度、流量、阀门状态和加臭装置运行数据，实现远程监视与紧急切断。在此基础上，引入物联网智能燃气表、压力监测终端、井室可燃气体探测器和阴极保护测试桩，将监测对象从场站延伸到末端管网和用户端。

预警体系的关键在于多源数据融合与阈值动态修正。简单固定阈值报警误报率高，应结合管网水力模型、时段用气量规律和气象条件建立基线，采用趋势预警与突变报警相结合的策略：当压力持续偏离基线或相邻流量节点不平衡度超过设定范围时，先发出疑似泄漏预警，再调度巡检人员现场复核。GIS系统将管网拓扑、阀门位置、巡线轨迹和报警点位叠加到电子地图，实现"报警—定位—派单—关阀—抢修"的闭环调度。需要强调的是，预警系统不能替代现场检漏，其作用是缩小排查范围、缩短响应时间。

5 工程应用与讨论

在实际工程中，建议按压力等级和人口密度实施分级监测：高压、次高压主干管优先纳入SCADA并设置压力流量在线监测，条件允许时同步敷设DAS光纤；中压管网以人工巡检加激光遥测车定期普查为主，重点管段加装振动探测；低压庭院管和立管以户内智能表、井室探测器和用户报警装置兜底。对于老旧铸铁管和穿越人口密集区的管段，应结合定期泄漏检测结果和腐蚀评价，安排有计划的更新改造，从源头降低泄漏概率。

运行管理中还应注意：加臭浓度需定期检测，确保泄漏时气味可被感知；第三方施工地段应加密巡线并设置管道标识；探测器需按周期标定，防止传感器漂移导致漏报或误报。技术手段与管理制度相结合，才能真正发挥检测与预警体系的效能。

6 结论

本文对城市燃气管道泄漏检测与安全预警技术进行了系统梳理，可得到以下结论：

第一，城市燃气泄漏风险具有隐蔽性、累积性和后果放大性特征，检测技术选择必须兼顾灵敏度、定位精度与经济性，单一技术难以满足全部要求。

第二，压力流量法适合主干管在线预警，声学相关法适合埋地管精确检漏定位，光纤传感适合新建长输管道连续监测，激光遥测与人工巡检适合道路普查与现场复核，应按压力等级分级组合配置。

第三，安全预警应以SCADA为中枢、物联网为延伸、GIS为调度平台，通过多源数据融合和动态阈值实现"监测—预警—派单—抢修"闭环，但预警系统不能替代现场检测与人工复核。

第四，检测技术必须与管网更新、加臭管理、巡线制度等措施协同，老旧管网应结合检测结果有序改造，方能从根本上提升城市燃气系统的本质安全水平。

参考文献

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