摘 要： 天然气管道泄漏易造成环境污染、爆炸等事故，目前检测天然气管道泄漏方法众多，而光谱检测技术具有非接触、快速、可高空测量等优点受到行业人士的关注。首先分析了天然气管道光谱检测技术特点，然后综述了天然气管道光谱检测技术涉及到的天然气管道泄漏扩散特性和天然气光谱性质，论述了现有研究的不足以及发展趋势。
关 键 词：天然气管道；泄漏；扩散特性；光谱检测
中图分类号：TE 832 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2015）07-1721-04
Research Progress of Spectra Detection Technology of
Diffusion Cloud in Natural Gas Pipeline Leakage
WU Guo-zhong1，LI Qian1，WANG Yu-shi2，LI Dong1，QI Han-bing1，WANG Qiu-shi1
（1. School of Civil Engineer and Architecture， Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163000，China；
2. Experiment and Detection Research Institute， PetroChina Xinjiang Oilfield Company， Xinjiang Karamay 834000，China）
Abstract： Natural gas pipeline leakage is easy to cause environmental pollution， explosion and other accidents， and now many methods can detect pipeline leakage， and spectrum detection technology has the advantages of non-contact， rapid and high altitude measurement. In this paper， characteristics of the spectrum detection technology was analyzed， and then gas diffusion characteristics of pipeline leak and gas optical properties were summarized， and the deficiency of existing research and development trend were discussed.
Key words： natural gas pipeline； leakage； diffusion characteristics； spectra detection
随着社会经济的快速发展，天然气作为一种清洁、高效、便宜的能源正越来越受到人们青睐。这不仅为人们的生活提供了便利，与此同时也带来了相应的风险。天然气的输送主要通过管道输送，国内天然气管道总长里程约5.5万km[1]，敷设形式主要有两种架空管道和埋地管道。由于管道自身以及外界因素的影响，管壁很容易老化变薄，最终可能造成管道泄漏事故的发生。管道泄漏影响正常输送，容易发生着火、爆炸，造成重大的人员伤亡，严重威胁周边人们的身体健康以及经济财产安全。
天然气管道泄漏的检测方法有很多，如生物检测[2]、声波检测法[3]、负压波法[4]以及光谱检测法[5]等。每种检测方法都有各自的利弊，其中光谱检测法属于非接触测量方法，具有可高空测量、响应迅速等特点，因此光谱检测技术在天然气管道泄漏检测领域具有很好的应用前景。天然气管道泄漏扩散云团光谱特性是天然气管道泄漏光谱检测技术开发的关键基础。天然气管道泄漏扩散云团光谱特性涉及天然气管道泄漏扩散特性和天然气光谱性质，其中近年来有关天然气管道泄漏扩散研究很多，然而对天然气光谱性质研究较少。
本文首先分析了天然气管道光谱检测技术特点，然后综述了天然气管道光谱检测技术涉及到的天然气管道泄漏扩散特性和天然气光谱性质，论述了现有研究的不足以及发展趋势。
1 天然气管道泄漏光谱检测技术
天然气管道泄漏光谱检测技术主要包括激光检测技术、光纤检测技术、红外检测技术。
1.1 激光检测技术
激光检测技术是目前应用较多的一项光谱检测技术，其原理如图1所示。该技术利用气体对光谱选择吸收的特性，当激光扫过泄漏点时，一部分激光能量被气体云团吸收，另一部分气体通过反射被探测器吸收，根据回波功率和初始功率利用朗博比尔定律反演气体浓度，基本公式如[6]
（1）
式中：P — 激光的回波功率；
k — 光学接收效率；
P0 — 初始功率；
S — 吸收光程；
ν — 激光频率；
CR — 甲烷气体的路径积分浓度。
图1 激光检测试验系统原理图[7]
Fig.1 The principle diagram of the laser test system[7]
目前对天然气管道泄漏的检测，主要采用机载激光雷达技术。例如，张帅等[8]采用波长为1.65 μm可调谐半导体激光器对天然气管道泄漏进行了测试，并通过进行了天然气泄漏模拟实验，针对遥测回波吸收光谱特性，提出了改进软阈值小波去噪法，提高了移动遥测灵敏度，可达80×10-6。
1.2 光纤检测技术