前海區(qū)域集中供冷管網(wǎng)泄漏監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用研究

聶武兵

摘要：通過(guò)對(duì)區(qū)域集中供冷的管網(wǎng)水泄漏的特征研究，利用電阻抗和超聲波的檢測(cè)原理，構(gòu)建供冷管道全管網(wǎng)水泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：前海;供冷管網(wǎng);電阻抗;超聲波;泄漏;報(bào)警

一.引言

區(qū)域集中供冷系統(tǒng)，管網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行是首要的要求。供冷管網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，其安全性將逐漸降低，因此提前預(yù)知管道的泄漏情況至關(guān)重要。

目前，區(qū)域集中供冷管網(wǎng)泄漏報(bào)警系統(tǒng)通常使用保溫管內(nèi)含電阻抗線的電阻分析判斷管道是否泄露，在國(guó)內(nèi)南方供冷管網(wǎng)有較少應(yīng)用，應(yīng)用相對(duì)不成功，原因?yàn)槟戏教鞖獬睗穸嘤?、土壤水分較多，施工及運(yùn)行階段水容易滲透進(jìn)入管道保溫發(fā)泡層，如利用管道自帶的電阻抗方式進(jìn)行檢測(cè)，成功率較低。國(guó)內(nèi)北方供熱管道有較多管道泄漏測(cè)量應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，部分應(yīng)用相對(duì)成功，成功應(yīng)用主要原因?yàn)楸狈教鞖飧稍锷儆?，管道安裝階段基本無(wú)水介質(zhì)進(jìn)入管道發(fā)泡層，且密封不嚴(yán)少量水進(jìn)入發(fā)泡層，供熱管道的熱量可以將發(fā)泡層的水蒸發(fā)，從而不影響阻值測(cè)量。

現(xiàn)有的管網(wǎng)泄漏檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要有三種應(yīng)用方式：電阻抗線測(cè)量、超聲波測(cè)量、光纖感溫線測(cè)量。其原理分別為：電阻抗線測(cè)量管道兩根電阻抗線的阻值;超聲波測(cè)量利用泄漏時(shí)水流與鋼管之間聲波進(jìn)行測(cè)量;光纖感溫線需要與管道同步敷設(shè)，檢測(cè)管道附近的溫度進(jìn)行測(cè)量。由于前海供冷管道均已提前敷設(shè)，且地下土壤與供冷管的溫差較小，光纖感溫測(cè)量不適用于區(qū)域集中供冷管道，適用供熱管道測(cè)量。

前海區(qū)域集中供冷管網(wǎng)均采用直埋保溫管內(nèi)含電阻抗線管道，目前前海二單元供冷管網(wǎng)已敷設(shè)完成并正在建設(shè)管網(wǎng)泄漏報(bào)警系統(tǒng)。此次主要基于電阻抗式管道泄漏檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析研究，并在部分電阻抗線斷線或阻值低的管道上，結(jié)合應(yīng)用超聲波測(cè)量管道泄漏。

二.現(xiàn)場(chǎng)缺陷

使用電阻抗線測(cè)量要求管道發(fā)泡層干燥無(wú)凝結(jié)水，在南方供冷管網(wǎng)在施工階段如遇下雨天或管道保護(hù)層包封不嚴(yán)，容易有水進(jìn)入至發(fā)泡層，從而影響測(cè)量。目前整個(gè)中國(guó)南方供冷管網(wǎng)泄漏檢測(cè)基本無(wú)成功應(yīng)用案例。針對(duì)以上情況，前海區(qū)域集中供冷管網(wǎng)泄漏報(bào)警系統(tǒng)建設(shè)結(jié)合以下方式建設(shè)：

1）分段布點(diǎn)。一般按設(shè)計(jì)院圖紙，一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元檢測(cè)全供回水管道的電阻抗，如其中一段阻值低或斷線，則后端管道檢測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)法檢測(cè)。前海區(qū)域集中供冷管道深化設(shè)計(jì)后，每個(gè)閥門(mén)井（約200米左右）均布置一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)單元，其中一段阻值低或斷線問(wèn)題，也不影響后端管道測(cè)量;

2）降低電阻值標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)范要求電阻抗值500MΩ以上電阻值合格，由于南方潮濕天氣及供冷管網(wǎng)易產(chǎn)生冷凝水特性，阻值可以相應(yīng)降低標(biāo)準(zhǔn)，如500Ω即可滿(mǎn)足要求，并保存實(shí)施管網(wǎng)泄漏報(bào)警系統(tǒng)前的電阻抗值作為基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，如實(shí)際檢測(cè)值低于基準(zhǔn)值則可判斷此部分管道存在泄露的可能。

3）結(jié)合超聲波測(cè)量一起使用。部分管道存在電阻抗線斷線的情況導(dǎo)致該部分管道無(wú)法測(cè)量，為了保證全管道泄漏的監(jiān)測(cè)，此部分管道使用超聲波測(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)存在泄漏，管道鋼管泄漏點(diǎn)流速較大產(chǎn)生聲波，超聲波的檢測(cè)裝置監(jiān)測(cè)鋼管聲波從而判斷是否有漏點(diǎn)。聲波測(cè)量的缺點(diǎn)為漏點(diǎn)流速較小時(shí)聲波較小，無(wú)法反饋漏點(diǎn)聲波。

三.檢測(cè)方案

前海二單元管網(wǎng)泄漏檢測(cè)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元和中央監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)組成?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況安裝在用戶(hù)地塊、綠化帶或閥門(mén)井內(nèi)，每套現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)單元可獨(dú)立運(yùn)行，通過(guò)無(wú)線、總線技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)至中央監(jiān)測(cè)管理平臺(tái);中央監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)安裝于值班室，具有自動(dòng)監(jiān)控、泄漏報(bào)警、精確定位、無(wú)線傳輸、人機(jī)互動(dòng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、趨勢(shì)分析、功能拓展、支持多種數(shù)據(jù)傳輸方式、維護(hù)操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

3.1管網(wǎng)泄漏報(bào)警系統(tǒng)電阻抗測(cè)量漏點(diǎn)定位原理

前海二單元區(qū)域供冷管網(wǎng)泄漏檢測(cè)系統(tǒng)為預(yù)制直埋保溫管管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，預(yù)制直埋保溫管主要由三部分組成工作管（鋼管）、聚氨酯泡沫層、外護(hù)管（高密度聚乙烯）。在聚氨酯泡沫層中預(yù)埋泄漏檢測(cè)線作為泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)線。信號(hào)線材質(zhì)為1根鍍錫銅線和1根裸銅線，兩根低阻值銅線實(shí)際效果一直，為區(qū)分兩根銅線，防止兩端接錯(cuò)，其中一根鍍錫。兩根導(dǎo)線相隔一定距離，由于保溫層是不導(dǎo)電，兩根導(dǎo)線之間保持絕緣。管道運(yùn)行時(shí)，在兩根線的首端施加一個(gè)恒定電壓，當(dāng)管道全長(zhǎng)的中段某一點(diǎn)發(fā)生泄漏事故時(shí)，管道內(nèi)的水分會(huì)從內(nèi)層的鋼管溢出而浸入保溫層，水量或濕氣較大時(shí)會(huì)使相隔一定距離的鍍錫銅線和裸銅線報(bào)警線和反饋線之間發(fā)生短路，根據(jù)電阻分壓與電阻大小成正比，而電阻大小與導(dǎo)線長(zhǎng)度成正比的原理，可推算出發(fā)生泄漏的位置。

管網(wǎng)泄漏報(bào)警系統(tǒng)電阻式反饋定位原理：在管道前端設(shè)置監(jiān)測(cè)模塊，監(jiān)測(cè)模塊中集成一個(gè)階躍源定時(shí)發(fā)出方波或正弦波信號(hào)注入到被測(cè)的銅線，如果傳輸線阻抗連續(xù)均勻，此信號(hào)就沿著傳輸線向前傳播。當(dāng)傳輸線某一點(diǎn)出現(xiàn)管道泄漏時(shí)，水分會(huì)影響線路周?chē)碾娐贩植紖?shù)，從而在故障點(diǎn)出現(xiàn)阻抗變化，此時(shí)，階躍信號(hào)到達(dá)故障點(diǎn)時(shí)會(huì)有一部分信號(hào)被反射回，而剩余部分繼續(xù)往前傳播。反射回來(lái)的信號(hào)可被示波器采集到，并根據(jù)采集到的信號(hào)與發(fā)射源信號(hào)的時(shí)間關(guān)系，可計(jì)算出傳輸線阻抗發(fā)生變化的位置。

為了進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，在管網(wǎng)建設(shè)完成初期，需繪制管網(wǎng)初始特性阻抗曲線圖，在發(fā)生泄漏故障時(shí)，用故障曲線與初始曲線進(jìn)行對(duì)比可找出故障點(diǎn)位置。

3.2 管網(wǎng)泄漏報(bào)警系統(tǒng)聲波測(cè)量漏點(diǎn)定位原理

介質(zhì)輸送鋼管的泄漏點(diǎn)就是一個(gè)噪聲源，泄漏會(huì)產(chǎn)生至少四種噪聲：1）水從泄漏點(diǎn)外流的水流聲;2）水流與管壁摩擦的摩擦聲 ;3）材料振動(dòng)噪聲 ;4）水流與管外物體的撞擊聲。以上四種噪聲是與鋼質(zhì)管道水介質(zhì)泄漏直接相關(guān)的特征噪聲，采集到以上特征噪聲，就能夠反過(guò)來(lái)發(fā)現(xiàn)管道泄漏問(wèn)題并對(duì)泄漏點(diǎn)進(jìn)行定位測(cè)量。

根據(jù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，鋼質(zhì)管道水介質(zhì)泄漏噪聲的頻率在一定的范圍，一般高于300Hz，低于2000Hz，完全處于人類(lèi)能夠聽(tīng)見(jiàn)的聲音頻率范圍。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警給出泄漏點(diǎn)的大概位置信息后，采用便攜式相關(guān)儀表至相關(guān)管段進(jìn)行定位測(cè)量，所測(cè)出的結(jié)果仍然不能直接作為開(kāi)發(fā)修復(fù)最終定位信息，必須經(jīng)過(guò)地面聽(tīng)音確認(rèn)漏點(diǎn)位置后才能進(jìn)行作為最終開(kāi)挖點(diǎn)精定位位置。

地面聽(tīng)音一般采用電子聽(tīng)漏儀通過(guò)噪聲比較找到噪聲水平最高的點(diǎn)，此噪聲點(diǎn)即為漏點(diǎn)位置。

四.實(shí)施建議

本實(shí)施例的有益效果是：可以減少冷凍水損失、影響保溫效果、管道腐蝕、造成水土流失及路面坍塌、影響客戶(hù)用冷的情況發(fā)生。

本項(xiàng)目應(yīng)用于人口密集的南方城市供冷管道，于現(xiàn)有單技術(shù)應(yīng)用相比，本研究應(yīng)用電阻抗線及超聲波兩種測(cè)量技術(shù)結(jié)合應(yīng)用;太陽(yáng)能光伏板及移動(dòng)電池供電多種技術(shù)結(jié)合應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備分段布點(diǎn)等方式，覆蓋全管道泄漏檢測(cè)。

由于聲波測(cè)量有以下缺陷：1）超聲波測(cè)量管道不超過(guò)250米，監(jiān)測(cè)距離受限;2）超聲波測(cè)量在漏點(diǎn)流量較小的情況下無(wú)聲波，無(wú)法檢測(cè)漏點(diǎn);3）受環(huán)境影響較大，如果上方為道路，經(jīng)常有大型車(chē)輛通過(guò)會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)到聲波，從而錯(cuò)誤發(fā)出管道泄漏的報(bào)警;4）無(wú)法檢測(cè)管道外漏，如果外護(hù)管（高密度聚乙烯）破損導(dǎo)致水與管道鋼管接觸，易腐蝕鋼管。需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析并應(yīng)用。