Smartball智能球滲漏檢測(cè)系統(tǒng)在污水管道中的應(yīng)用

王玉瀟 郭留術(shù) 王玉冰

（1.中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州450001；2.天津大學(xué) 建筑工程管理學(xué)院，中國(guó) 天津300000）

污水管道埋入地下，由于受地理環(huán)境、污水介質(zhì)等諸多復(fù)雜因素的影響，隨著年限的推移，會(huì)逐漸出現(xiàn)管道裂縫、滲漏等現(xiàn)象。污水管道的滲漏不僅污染環(huán)境，而且嚴(yán)重時(shí)可能造成路面塌陷、房屋圍墻倒塌，嚴(yán)重威脅人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。目前，通常采用CCTV檢測(cè)方法對(duì)污水管道滲漏進(jìn)行檢測(cè)，但是這種方法無(wú)法對(duì)微小滲漏進(jìn)行檢測(cè)，只對(duì)較大的滲漏點(diǎn)才能觀測(cè)到。由加拿大的Pure Technologies Ltd-Abu Dhabi公司提供的Smartball智能球泄露檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于污水管道中，很好地解決了對(duì)管道中微小滲漏進(jìn)行檢測(cè)和定位的問(wèn)題。

1 Smartball簡(jiǎn)介

Smartball是以聲波檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)壓力管道中滲漏水流或氣體異常聲波的檢測(cè)，而對(duì)微小滲漏進(jìn)行識(shí)別和定位的一項(xiàng)技術(shù),其主要包括智能球、主機(jī)、聲波接收器（SBR）。其中智能球是此檢測(cè)系統(tǒng)的核心部件，智能球是一個(gè)裝有聲波傳感器的專(zhuān)門(mén)用來(lái)檢測(cè)滲漏點(diǎn)的球體，它由一個(gè)緊密的鋁合金芯構(gòu)成，其中包括電源、電子儀器、聲波傳感器、三軸加速器、三軸磁力計(jì)、GPS同步超聲波發(fā)射器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、溫度傳感器。鋁合金芯外包一層氨基甲酸乙酯球殼，從而保證了結(jié)構(gòu)的密封性和抗腐蝕性。檢測(cè)時(shí)，將智能球裝在一個(gè)泡沫保護(hù)外殼里，這樣可使裝置在沿管線(xiàn)推進(jìn)過(guò)程中擴(kuò)大和管壁的接觸面。

圖1 Smartball、泡沫保護(hù)殼及聲波接收器

Smartball由發(fā)球設(shè)備進(jìn)入管道后，隨介質(zhì)在管道內(nèi)滾動(dòng)前進(jìn)，其在管道中移動(dòng)的位置，對(duì)于滲漏的定位起著至關(guān)重要的作用。圖2中是一個(gè)聲波傳感器，將其固定在管線(xiàn)中，通過(guò)同軸電纜連接到Smartball的接收器上。對(duì)于Smartball的追蹤以及滲漏的定位，我們采用特殊的技術(shù)方法處理。

1）球體運(yùn)動(dòng)：Smartball在沿管線(xiàn)移動(dòng)過(guò)程中發(fā)出超聲波，通過(guò)球體發(fā)出超聲波到接收器接收的時(shí)間，通過(guò)嚴(yán)密計(jì)算來(lái)對(duì)球體進(jìn)行定位。最重要的是，球體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，接收器通過(guò)發(fā)生點(diǎn)能夠非常及時(shí)的確定球體的位置，這對(duì)滲漏點(diǎn)的定位非常有效。

2）滲漏位置的確定:一旦懷疑有滲漏，通過(guò)分析Smartball通過(guò)管道位置時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對(duì)滲漏進(jìn)行定位。通過(guò)Smartball自身攜帶的加速度數(shù)據(jù)儀所測(cè)定的數(shù)據(jù)，用曲線(xiàn)擬合SBR接收點(diǎn)而建立速度變化圖，通過(guò)時(shí)間的變化確定準(zhǔn)確的距離，這就能對(duì)滲漏進(jìn)行定位。這些從SBR上接收的帶有時(shí)間的數(shù)據(jù)就可以確定出絕對(duì)的位置。

圖2 聲波傳感器

2 Smartball在實(shí)際工程中的應(yīng)用

2.1 工程背景

阿曼馬斯喀特污水收集工程位于阿曼首都馬斯喀特市，是當(dāng)?shù)卣顿Y的重要項(xiàng)目之一。2004年中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)中標(biāo)該項(xiàng)目。該項(xiàng)目起初橫跨 5個(gè)城區(qū)，主要工程包括：250km長(zhǎng)、管徑為 1000~ 2000mm GRP排水主干線(xiàn)管道鋪設(shè)；250km長(zhǎng)、管徑為160~800mm的PVC直線(xiàn)管道鋪設(shè)；建設(shè)流量為2000m3/s、水頭為59m的中央污水泵站一座和流量為200m3/s、水頭為20m的泵站兩座以及大約300km的pvc入戶(hù)連接和灌溉管道鋪設(shè)。2007年合同變更后，施工面積大約為20平方公里，施工區(qū)域主要為Ghubrah和Azaibah兩個(gè)區(qū)域，主要工程量包括：351.1km的管道施工，其中包括大約7km長(zhǎng)、管徑為1000~ 2000mm的GRP排水主干線(xiàn)管道鋪設(shè)以及160~800mm支線(xiàn)管道鋪設(shè)；流量為2000m3/s、水頭為59m的中央污水泵站一座。

2012年9月對(duì)從泵站到18#大街直徑為600mm的GRP管線(xiàn)（AV4~WO5）進(jìn)行滲漏檢測(cè)，此段管線(xiàn)修建于2009年，管線(xiàn)長(zhǎng)度為2365.8m，管道內(nèi)實(shí)際壓力為4bar-8bar。由發(fā)球筒將帶有泡沫球殼內(nèi)的球體通過(guò)AV4檢查井上的6寸法蘭進(jìn)入管道，利用SBR進(jìn)行檢測(cè)以確保Smartball順利進(jìn)入管道中，球體在水流作用下沿著管線(xiàn)移動(dòng)，最后在WO5檢查井處由收球筒收回。此段檢測(cè)共歷經(jīng)4小時(shí)10分鐘，其中檢測(cè)到4處聲波異常，經(jīng)過(guò)判斷為滲漏。滲漏點(diǎn)位置情況詳見(jiàn)表1。

小滲漏量大約為0-7.5L/min，中等滲漏量大約為7-37.5L/min，滲漏量大于37.5L/min為大滲漏量。

表1 Smartball所檢測(cè)的AV4～WO5段的滲漏位置

在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，Smartball的壓力傳感器所探測(cè)和實(shí)時(shí)記錄的數(shù)據(jù)為工作人員提供了重要的信息。另外，其內(nèi)部的三維加速計(jì)也有助于確定其在管道中的位置以及球體在管道中的運(yùn)行情況，這同樣也為工作人員識(shí)別流量中斷的位置以及球體離開(kāi)和到達(dá)收發(fā)筒的時(shí)間等提供了重要的信息。

3 小結(jié)

Smartball在歐美多個(gè)國(guó)家管道檢測(cè)中成功應(yīng)用，且效果頗佳。此次，在污水管線(xiàn)中的應(yīng)用是本項(xiàng)目首次采用這種先進(jìn)技術(shù)，效果良好。Smartball技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1）Smartball對(duì)于大直徑管線(xiàn)（直徑大于300mm甚至超過(guò)2400mm）可以進(jìn)行滲漏檢測(cè)，傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)對(duì)于大直徑管線(xiàn)的滲漏檢測(cè)有諸多限制，尤其是檢測(cè)環(huán)境對(duì)認(rèn)為活動(dòng)的限制；

2）Smartball檢測(cè)技術(shù)不受管材的影響；

3）檢漏精度高，Smartbll在管道運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)聲敏元件進(jìn)行滲漏檢測(cè)，管內(nèi)壓力在3bar以上時(shí)，能檢測(cè)出最小滲漏0.1L/min；

4）效率高，一次可以進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)12個(gè)小時(shí)的檢測(cè)。

由于Smartball的先進(jìn)技術(shù)及優(yōu)點(diǎn)為項(xiàng)目部進(jìn)行管道滲漏檢測(cè)及修補(bǔ)節(jié)約了大量的時(shí)間。