船舶管路系統(tǒng)泄漏定位的方法分析

劉 梅

（招商局金陵船舶（南京）有限公司，南京 210015）

在船舶中，管路系統(tǒng)主要起到輸送氣體、液體的作用，若按照管路系統(tǒng)功用對其分類，可將其分為輔助管路與動力管路兩大類。船舶輔助管路系統(tǒng)主要任務(wù)是保證船舶安全營運(yùn)和滿足船上人員生活需要；動力管路系統(tǒng)主要由冷卻水系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)以及壓縮空氣系統(tǒng)管路構(gòu)成，該管路系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)為船舶動力裝置提供支持[1]。基于此，結(jié)合實(shí)際，針對船舶管路系統(tǒng)泄露原因與影響做簡要分析。

1 船舶管路系統(tǒng)泄露的原因與危害

在船舶整個構(gòu)造中，管路是非常重要的一個組成部分，船舶的主輔機(jī)以及相關(guān)設(shè)備均通過管路連接。在船舶中，管路數(shù)量較多，分布也比較分散，因此一旦發(fā)生泄露問題很難在較短時間內(nèi)完成故障定位，從而使船舶的整體運(yùn)行狀態(tài)受到嚴(yán)重影響。研究與實(shí)踐表明，傳播管道系統(tǒng)泄露故障與管道的工作環(huán)境有關(guān)。船舶管道常處在強(qiáng)振動、強(qiáng)噪音、高溫或潮濕以及腐蝕的環(huán)境中，高溫、潮濕等外部環(huán)境條件會引起管路材料的性能變化，使材料的抗腐蝕性、耐久性以及承壓性能降低，導(dǎo)致管路出現(xiàn)裂紋或破損，最終引發(fā)泄露問題。除外部環(huán)境條件的影響外，船舶在運(yùn)行過程中管路會不可避免地受到磨損，當(dāng)受磨損程度較為嚴(yán)重時，管路也更容易出現(xiàn)泄露故障。船舶管道出現(xiàn)故障后，若故障較輕，則會使得船舶的運(yùn)行速度、平穩(wěn)程度等受到影響；若故障嚴(yán)重，則有可能造成輪船沉沒。因此，對于船舶管道系統(tǒng)的泄漏問題必須高度重視。在船舶運(yùn)行過程中要能按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范與要求制定傳播檢修計劃，并根據(jù)船舶型號、體積、內(nèi)外部構(gòu)造特征等選擇適合的檢修維護(hù)技術(shù)做好船舶管路故障檢查與防范工作，將船舶管路系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率降到最低[2]。

2 船舶管道泄露常規(guī)檢檢測定位方法

2.1 外部環(huán)境檢測技術(shù)

人工巡檢是當(dāng)前最基礎(chǔ)的一項(xiàng)管道泄露檢測定位方法。在船舶運(yùn)行過程中，值班人員定期巡視船舶各部位，通過巡視發(fā)現(xiàn)管道泄漏問題并根據(jù)具體的泄漏量、污水井水位等初步了解故障情況，之后再采取其他措施對故障原因、位置等進(jìn)行排查確定。人工巡檢法有一定的應(yīng)用價值，但也存在較多缺陷，如盲目性大、故障處理滯后、速度緩慢等。與此同時，在這一監(jiān)測定位方法下，容易忽略一些較為隱蔽管道的泄漏問題，從而使故障影響快速擴(kuò)大。因此，這一檢測技術(shù)使用范圍較窄，多被用于小型船舶以及新造船舶[3]。

2.2 管道狀況檢測方法

在檢測管路外壁時，多借助聲音傳感器判斷管路的工作狀態(tài)。首先給管道外壁施加一定的作用力，然后通過聲音傳感器來聽管路傳過來的聲音，根據(jù)聲音判斷管路有無發(fā)生泄露故障。這一方法的缺點(diǎn)是在檢測是難排除外部噪音的影響，容易造成判斷結(jié)果不準(zhǔn)。在檢測管路內(nèi)部時，常用到管內(nèi)探測球。管內(nèi)探測球主要用到一種超聲波檢測技術(shù)，在檢測時使管內(nèi)探測球隨著介質(zhì)在管內(nèi)流動，然后通過觀察探測球N、S極狀態(tài)的變化情況來判斷管路是否出現(xiàn)泄露問題。這一技術(shù)之所以適用，是因?yàn)楫?dāng)管路出現(xiàn)泄露故障時，探測球兩極磁場會因異常信息的干擾而出現(xiàn)變化，根據(jù)這種變化就能確定出具體的泄露部位[4]。

2.3 管內(nèi)流動狀態(tài)檢測技術(shù)

計算機(jī)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的迅猛發(fā)展提升了船舶管路系統(tǒng)泄露定位技術(shù)的水平，使故障定位技術(shù)更可靠、更高效。在現(xiàn)代化技術(shù)體系下，可利用智能傳感器動態(tài)、精確采集管路運(yùn)行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)潛存于管路內(nèi)的各項(xiàng)故障隱患并做出預(yù)警與處理，使故障影響得到有效控制。例如，在對管路工作狀態(tài)進(jìn)行檢測時可運(yùn)用模式識別與人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)法。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)輸入到輸出的非線性映射，具有模擬任何連續(xù)非線性函數(shù)的能力和從樣本學(xué)習(xí)的能力，合理運(yùn)用這一技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對管路泄露故障的準(zhǔn)確定位。

3 基于壓力梯度法的船舶管路系統(tǒng)泄漏定位

3.1 壓力梯度法原理

壓力梯度法屬于一種信號處理方法，該方法被證實(shí)有較高的精確性與可靠性，能為船舶管路系統(tǒng)的泄露檢測與定位工作帶來一定幫助。壓力梯度法檢測船舶管路系統(tǒng)泄露位置的主要原理如下：在流體管路中，若流動條件穩(wěn)定，流體壓力分布會呈現(xiàn)性變化；反之，當(dāng)流動條件不穩(wěn)定也就是出現(xiàn)泄露故障，那么流體壓力分布也會發(fā)生明顯變化。漏點(diǎn)之前流量變大，漏點(diǎn)之后流量變小，漏點(diǎn)之前壓力分布斜率變大，漏點(diǎn)后相應(yīng)斜率變小。當(dāng)斜率不同時，兩條直線必定會有一定相交點(diǎn)，按照相關(guān)理論，該交點(diǎn)便為故障所在位置[5]。

3.2 壓力梯度法檢測過程

在使用壓力梯度法檢測船舶管路系統(tǒng)中泄露故障時，先以流體網(wǎng)絡(luò)模型為基礎(chǔ)初步判斷管路工作狀態(tài)，確定管路會否存在泄露故障。進(jìn)行這一檢測判斷工作的主要依據(jù)是：當(dāng)管路出現(xiàn)泄露故障時，流體壓力分布狀態(tài)會有所變化。通過這一變化首先確定出管路存在泄露故障然后再對發(fā)泄露點(diǎn)進(jìn)行排查確定。在定位故障時，主要是運(yùn)用壓力梯度法（基于雙傳感器）。在檢測定位過程中，首先借助先進(jìn)技術(shù)手段與信息化軟件搭建起海水系統(tǒng)管路模型，利用該模型監(jiān)測了解管路工作狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，其次基于流體網(wǎng)絡(luò)相關(guān)知識將海水管路轉(zhuǎn)換為便于分析與計算的電路模型圖。在分析船舶管路系統(tǒng)泄露問題時，就是在分析電路中各節(jié)點(diǎn)電流、電阻與電壓的問題，使得整個檢測與定位難度大大降低。

3.2.1 基于流體網(wǎng)絡(luò)模型的管線泄露

在利用流體網(wǎng)絡(luò)模型檢測船舶管路系統(tǒng)運(yùn)行故障時，先借助該模型準(zhǔn)確計算出管路壓力值，將計算出的壓力值作為參考設(shè)定范圍，設(shè)定出相應(yīng)的參考值，在通過壓力傳感器采集到管路的運(yùn)行信息后，將采集到的實(shí)際值與參考值對比較，根據(jù)比較結(jié)果判斷管路是否存在泄露問題。一般來說，當(dāng)實(shí)際值超出設(shè)定范圍時，就可判定管路系統(tǒng)存在泄露故障。之后再根據(jù)這一判定結(jié)果做進(jìn)一步的故障定位。

3.2.2 基于壓力梯度法的泄露故障定位

在判定出船舶管路系統(tǒng)存在泄露故障后，使用壓力梯度法確定故障位置。在檢測過程中，將球閥打開，進(jìn)行管路泄露模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中做好計時與記錄，根據(jù)記錄的各項(xiàng)數(shù)據(jù)將泄露體積準(zhǔn)確計算出來，經(jīng)過精準(zhǔn)計算最終得到管路泄露時的具體流量。對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過處理與轉(zhuǎn)換得到能直觀觀察與分析的流量變化趨勢圖以及管路各采集點(diǎn)的壓力變化趨勢圖，通過對圖形的分析準(zhǔn)確確定出管路泄露點(diǎn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)與經(jīng)驗(yàn)可知，若船舶管路系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)泄露，那么各壓力采集點(diǎn)的壓力會重新穩(wěn)定在某值附件，據(jù)此也就可以實(shí)現(xiàn)對管路泄露故障的準(zhǔn)確定位。

4 結(jié)語

管路是船舶的重要組成部件，管路泄露會對船舶的安全性、耐久性產(chǎn)生很大影響。因此，對于船舶管路系統(tǒng)泄露問題一定要提高重視，要能結(jié)合實(shí)際情況靈活選用合適的檢測與定位技術(shù)快速獲得故障位置并做出有效處理解決，將故障影響降到最低。傳統(tǒng)的人工巡檢、管壁聲音檢測等技術(shù)雖有一定的科學(xué)性、可行性，但也存有諸多缺陷，無法保證檢測與定位精度。在檢測過程中還需創(chuàng)新工作理念與思路，積極推廣應(yīng)用壓力梯度檢測法等先進(jìn)技術(shù)手段對船舶管路系統(tǒng)泄露故障進(jìn)行檢測分析，以提升故障定位速度與質(zhì)量。