直埋供熱管網(wǎng)泄漏原因分析及檢測

杜鵬丞

(太原市熱力集團有限責任公司，山西 太原 030001)

目前在城市供熱管網(wǎng)的設計和施工中，所采用的敷設方式主要有地溝敷設、架空敷設、直埋敷設等三種，而隨著我國的城市化進程正在不斷加速，導致地上可用空間快速縮減，另外開展城市建設過程中還要考慮到美觀因素，因此當前在供熱管網(wǎng)敷設中一般不會考慮架空敷設。同時相較于地溝敷設，直埋敷設的優(yōu)勢是成本投入少、工期短、不需要進行大量維護和斷面開挖，因此直埋供熱管網(wǎng)的應用范圍越來越廣。但直埋供熱管網(wǎng)的故障發(fā)生率比較高，而且一旦發(fā)生泄漏難以快速找到具體位置，以至于當發(fā)生泄漏時需要比較長的維修時間和較高的搶修成本，如果搶修不及時甚至還會釀成嚴重安全事故。因此，為了避免發(fā)生上述情況，確保直埋供熱管網(wǎng)能夠安全穩(wěn)定地運行，更好地滿足居民供熱需求，非常有必要對此展開分析。

1 直埋供熱管網(wǎng)泄漏原因分析

1.1 設計原因

在設計直埋供熱管網(wǎng)敷設方案過程中，有可能會出現(xiàn)駐點漂移的情況，其主要原因是設計過程中并沒有考慮到直埋供熱管網(wǎng)在敷設過程中可能遭遇的實際情況，如果敷設過程中遭遇了河流、明渠或者復雜十字路口，那么就會導致無法按照設計方案進行管線敷設。通常在直埋供熱管網(wǎng)設計方案中會采用橫向補償器和軸向補償器，具體如圖1所示，管道在實際運行過程中，平衡軸向補償期內(nèi)壓力的方式是，依靠兩個補償器的管道和土壤之間的摩擦力，而在運行過程中管道和土壤之間的摩擦力會逐漸降低，進而引發(fā)因為摩擦力無法平衡管道壓力，管道位移會因此逐漸輛增加，此時補償器的作用就會被嚴重削弱，甚至失去補償功能，進而導致管道出現(xiàn)嚴重的泄漏隱患。因此開展管道在智能設計過程中，應避免采用這種布置方法，如果必須采用應在補償器之間加裝固定裝置，從而避免發(fā)生駐點漂移。

圖1 直埋供熱管網(wǎng)設計

1.2 管道材質(zhì)原因

直埋供熱管網(wǎng)敷設對管道材質(zhì)的質(zhì)量要求非常高，如果質(zhì)量不達標也很容易引發(fā)泄露問題。當前我國的直埋供熱管道材質(zhì)以鋼材為主，鋼材的質(zhì)量直接影響管道在承受來自內(nèi)部和外部的荷載，以及長時間處在低溫條件和腐蝕條件下的運行狀態(tài)，因此實際設計和施工過程中必須嚴格依據(jù)相關標準控制管道質(zhì)量。但在眾多的供熱管道泄漏搶修中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)管壁厚度不達標、保溫層容易氧化和碳化、密度和設計要求不符等諸多情況。

1.3 施工原因

施工原因指的是在施工過程中就為管道后期泄漏埋下了隱患，具體表現(xiàn)在以下幾方面。第一是焊接質(zhì)量差，比如焊縫夾氣、不均勻，以至于焊縫處很容易在管道的長時間運行中，由于受內(nèi)部壓力影響而發(fā)生泄漏。第二是管道存在接頭質(zhì)量問題，密封防水是直埋供熱管道施工中必須達到的標準，并且要真正做到整體性密封，也就是整個管道系統(tǒng)任何一處都不能出現(xiàn)密封不嚴的情況。而在管道的保溫層，都正常都會采用聚氨酯泡沫，這種材料在干燥條件下很容易破損和受潮，進而導致密封不嚴。在管道接頭處的保溫處理中，通常都會采用現(xiàn)場發(fā)泡保溫方式，如果在這個過程中沒有對接頭進行嚴格的密封處理，或者處理過程中的溫度不滿足設計要求，很容易引發(fā)熱熔膠不能充分熔融的情況，這樣當管道進入運行狀態(tài)時，外界水就很容易進入保溫層，進而導致保溫層被腐蝕、破壞，最終引發(fā)泄漏。第三是沒有對發(fā)泡孔進行嚴格密封，在直埋供熱管道的搶修中，會經(jīng)常遇到發(fā)泡孔沒有進行嚴格密封的問題，以至于地下水經(jīng)過發(fā)泡孔空氣進入了保溫層，另外雖然有些發(fā)泡孔已經(jīng)被嚴格密封，但沒有進行徹底拉伸，以至于連接熔融處因為管道受熱膨脹而出現(xiàn)縫隙，進而導致外泄水侵入。

1.4 運行原因

因為運行原因而導致的管道泄漏主要和管理工作有關，具體表現(xiàn)在以下三個方面。第一，在執(zhí)行巡檢工作時，一些泄露隱患并沒有被及時發(fā)現(xiàn)，比如沒有執(zhí)行管道的水質(zhì)檢測工作，以至于管道內(nèi)進入了未經(jīng)處理的自來水，進而導致管道內(nèi)部在氧、氯、二氧化碳等物質(zhì)的影響逐漸被腐蝕。第二是閥門操作，在閥門操作中如果出現(xiàn)違規(guī)操作和不當操作，很有可能引發(fā)水錘現(xiàn)象，進而導致管道被破壞。第三是管道的運行環(huán)境，這一點主要和管道運行壓力、溫度等有關。我國對供熱管道的運行壓力和溫度都給出了相關標準，以溫度為例，管道的運行溫度應在120°C以下，如果超過這個溫度范圍，那么管道的使用壽命將會快速降低，但實際情況是供熱管道的實際運行溫度經(jīng)常會高于相關溫度標準。

2 直埋供熱管網(wǎng)泄漏預防措施

2.1 設計原因的預防

正式開始直埋供熱管網(wǎng)的設計之前，應全面勘察施工地點，明確地質(zhì)條件、地下水情況、地理條件、地下管線情況等諸多內(nèi)容，然后將這些內(nèi)容詳細描述在設計文件當中。設計過程中應根據(jù)前期調(diào)查對管道平面進行合理布置，并且為后續(xù)的管道運行維護工作創(chuàng)造便利。在設計中還應融入線路檢測，以此保證當管道發(fā)生泄漏事故時可以通過及時有效的檢測定位故障位置，并快速排除故障。

2.2 材質(zhì)原因的預防

預防因為材質(zhì)原因而引發(fā)的管道泄露問題，必須從管道材料的采購、運輸、現(xiàn)場安裝等多個環(huán)節(jié)入手。在材料采購過程中，應結合設計標準選擇材料類型，確保管道材料厚度以及各類保溫材料的能夠充分滿足要求，接下來再將管道合理接收到施工場地然后進行安裝。

2.3 施工原因的預防

開展直埋供熱管道的施工，要嚴格遵守CJJ 28—2014《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)工程施工及驗收規(guī)范》的相關要求，并且以施工現(xiàn)場的實際情況為基礎編制施工方案，然后通過以下五種方式對管道施工質(zhì)量實施控制。第一，敷設管道之前，應在底部鋪設黏土或者沙土，然后對地基進行平整處理，并將石塊等雜物完全清除，從而使管道能夠和地基充分接觸。第二，使用機械設備挖掘管道機構后。應通過人工對地溝進行修整，同時控制土壤沉降，避免不均勻沉降的發(fā)生。第三，焊接管道之前應進行一次全面檢查，過程中重點針對管道外觀，確認管道外觀不存在任何問題后才能開始焊接操作。焊接結束后應清理焊口和焊面，并且在兩次焊接操作之間要封堵管道口。第四，應依據(jù)設計要求處理直埋供熱管道的接頭，完成安裝接頭套袖之后要開展氣密性試驗，過程中可將壓力值設定為20kpa，確認不存在泄露問題后才能進行發(fā)泡密封，結束發(fā)泡密封后要處理發(fā)泡孔。第五，我回填直埋供熱管道地溝過程中，要注意檢查回填物，避免其中摻有尖銳的顆粒物或者過大塊狀物以及樹枝等雜物。

2.4 運行原因的預防

在直埋供熱管道的運行中，應做好日常巡查工作，執(zhí)行巡查工作時要詳細檢查供熱管網(wǎng)所管轄設備和土建結構情況，查找是否存在因為野蠻施工而導致的管道損壞。同時向管道注水之前必須進行處理，確保水質(zhì)完全符合供熱用水要求，并依據(jù)調(diào)度指令調(diào)整注水量。依據(jù)最大補水量調(diào)整閥門開啟度，且要注意應緩慢開啟閥門，避免閥門開啟過快而導致管網(wǎng)出現(xiàn)壓力波動過大的情況。應派專人檢查管道沿線，確定不存在泄露之后排凈管內(nèi)空氣，然后關閉封門，注水工作結束后要檢查管道和相關附件設備。

3 直埋供熱管網(wǎng)的泄漏檢測

3.1 檢測原則

在直埋供熱管線的滲漏檢測中，對以下幾項原則必須提高重視。第一，應盡量采用電阻法或者阻抗法等監(jiān)測系統(tǒng)，以此對早期泄露問題進行預警。第二，為了便于搶修，可在保溫層的監(jiān)測系統(tǒng)中埋設報警線，這樣在搶修時可有效避免報警線受到損壞，而且有利于及時發(fā)現(xiàn)線路故障。第三，為了提升檢測系統(tǒng)的可靠性，應選用能夠獨立運行的檢測設備，這樣可以避免設備之間發(fā)生干擾導致的數(shù)據(jù)無法有效傳輸。另外可使用移動設備及相關軟件獲取管道檢測信息，以此提升泄漏監(jiān)測的便利性。第四，為了能夠更快速地獲取管道的運行信息，所選擇的監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)要具備實時性的優(yōu)勢，同時要能夠有效避免外部因素干擾，從而提升監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性。第五，如果在供熱管道工程中，施工質(zhì)量控制以及補口質(zhì)量控制等無法有效解決，可以通過并行安裝阻抗法和光纖分布測溫系統(tǒng)的方式保證泄露報警信息能夠迅速傳出。第六，如果沒有在管道中提前安裝報警設施，可以通過人工巡查的方式開展管道檢測，檢測同時結合紅外線熱成像儀、聲波檢測等方式，從而更準確地獲取管道運行信息和故障信息。

3.2 人工巡查

人工巡查需要以準備供熱管網(wǎng)的使用年限和運行狀態(tài)為基礎，并且要定期開展檢查，內(nèi)容有以下幾方面。第一是設備室；第二是供熱管網(wǎng)的保溫層、支架和穿墻套袖；第三是相關檢查設備。檢查過程中，如果發(fā)現(xiàn)任何一項內(nèi)容發(fā)生了異常，那么必須詳細記錄，并及時向上級反饋，然后由技術人員對當前的異常狀態(tài)做出準確分析，接下來判斷當前是否需要對管網(wǎng)進行維護和維修。隨著城市化建設的不斷發(fā)展，直埋供熱管網(wǎng)的覆蓋范圍越來越大，這極大提升了人工巡查壓力，同時也對相關工作人員提出了更高要求。因此，為了更有效地開展人工巡查工作，相關單位需要定期開展人員培訓，不斷提升工作人員的綜合素質(zhì)，使其能夠對官網(wǎng)的真實運行狀態(tài)做出準確判斷，從而提升泄露故障查找以及預防的及時性。

3.3 聲波檢測

直埋供熱管網(wǎng)在出現(xiàn)泄漏故障時，會伴隨6～80Khz頻率的噪音，而且會隨著傳播距離的延長而逐漸減弱，同時當噪音受到水壓、接地材料、管線材質(zhì)、泄露點尺寸大小等因素影響時會發(fā)生相應變化。因此，采用聲波檢測可以根據(jù)聲波在經(jīng)過不同材質(zhì)所發(fā)生的變化，以及頻率變化的情況定位泄露位置。在聲波檢測中的常用設備是聽音棒，這是一種比較傳統(tǒng)，但是非常有效的檢測工具，使用方法和構造等都非常簡單，但對人員的要求比較高，必須具備豐富檢測經(jīng)驗的人員才能夠使用聽音棒迅速找到泄漏位置。另外，還可以使用自動相關儀，這類儀器設備的作用是可接收泄露管網(wǎng)兩端傳感器的連續(xù)震動音，然后根據(jù)音波的傳遞時間、傳播速度、頻率等計算泄露位置。同時通過自動相關業(yè)務還可確定當前供熱管網(wǎng)是否真正存在泄露問題，這樣就可以減少很多不必要的工作，極大減輕了管網(wǎng)維護和維修的工作壓力。因此，聲波檢測在供熱管網(wǎng)的聲波檢測中應用越來越廣泛，可以說聲波檢測目前在供熱管網(wǎng)的泄漏問題檢測中，是一種非常有效的方式，對故障位置的判斷非常準確，而且可以幫助工作人員迅速排除潛在故障，同時這種檢測方式不會對供熱管網(wǎng)產(chǎn)生任何負面影響，更能適應復雜的作業(yè)環(huán)境，因此可繼續(xù)大力推廣(如圖2所示)。

圖2 聲波檢測原理

3.4 紅外線熱成像儀檢測

這種檢查方法指的是通過紅外探測器、光機掃描機構獲取供熱管網(wǎng)的真實信息，然后將其轉換為電信號，將電信號處理轉換后以視頻信號的形式傳輸?shù)斤@示器，接下來就可以在顯示器上呈現(xiàn)出供熱供暖的紅外熱像。如果供熱管網(wǎng)存在泄露問題，會在泄漏處向外對周圍環(huán)境大量敷設紅外能量，對周圍環(huán)境以及地面的影響都非常大，此時利用紅外熱成像儀對相應區(qū)域進行大范圍掃描和拍攝，就能夠快速獲取管線當前的真實狀態(tài)，并且根據(jù)地面溫度變化的成像狀態(tài)迅速查找泄露位置，確定泄露位置后就可以立即開展檢修。目前紅外線熱成像儀在直埋供熱管網(wǎng)的泄漏檢測和檢修中也得到了非常廣泛的應用，而且該儀器具有操作便捷、對工作人員要求比較低的優(yōu)勢，如果條件允許可以采用這種方式開展泄漏檢測工作。

3.5 電阻檢測

指的是電阻法檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)以Brande監(jiān)測系統(tǒng)為基礎，該系統(tǒng)利用中央控制系統(tǒng)，可對整個管網(wǎng)的運行狀況進行檢測，可實現(xiàn)對直埋供熱管網(wǎng)的自動檢測，并能夠自動定位泄漏點。在直埋管網(wǎng)的安裝階段，可將Brande監(jiān)測系統(tǒng)的感應線、反饋線等可直接在預制直埋管的保溫管道的聚氨酯泡沫層進行安裝。其中感應線材料為鎳鉻合金線，最外層為絕緣層，材料為紅色的聚四氟乙烯，絕緣層上有規(guī)則分布的小孔，當水進入到聚氨酯泡沫層后，變會因為接觸到鎳鉻合金線而產(chǎn)生信號。發(fā)饋線材料銅制導線，最外部絕緣層材料為綠色的聚四氟乙烯，發(fā)饋線的絕緣層沒有小孔，和感應線相比電阻非常小，作用是作為整個Brande監(jiān)測系統(tǒng)的導線。但絕緣層上沒有孔，且電阻遠小于感應線，在整個回路中反饋線作為導線使用。Brande監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理是，通過對聚氨酯泡沫進行實時檢測，如果管聚氨酯泡沫中進入水，且被感應線檢測到以后，工作鋼管和感應線之間的電阻會明顯降低，此時反饋線會傳回電阻降低位置的信號，然后將該位置判定為故障點，接下來便可進行修復。

3.6 阻抗檢測

指的是阻抗法檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)以EMS直埋預警線監(jiān)測系統(tǒng)為基礎，該系統(tǒng)由在管道保溫層中的特殊導線和監(jiān)測設備組成，其中特殊導線共有兩根，分別是預警線和信號線，同時配合在用戶換熱站內(nèi)安裝漏點檢測模塊、通信模塊等共同構成監(jiān)測系統(tǒng)。如果管道發(fā)生泄露，或者保護層出現(xiàn)了破損，水會進入聚氨酯泡沫層，此時聚氨酯泡沫層內(nèi)的報警線接觸到水后，其和鋼管的電阻會明顯下降，然后便可觸發(fā)檢漏儀。如果電阻變化呈現(xiàn)不均勻狀態(tài)，可通漏點檢測模塊輸出信號，并顯示反射波峰，并比較運算接收到反射波峰信號的時間和信號傳輸速率，然后即可獲得出現(xiàn)不均勻電阻變化位置的距離，從而定位故障點。

4 結語

綜上所述，近年來我國的經(jīng)濟發(fā)展態(tài)勢愈發(fā)良好，人們的生活水平相較于過去顯著改善，對生活質(zhì)量有了很高的要求。其中作為我國北方地區(qū)不可缺少的供暖，為了更好地滿足供暖需求、不斷提升供暖質(zhì)量，應全面分析并掌握一切能夠影響正常供暖的因素。對直埋供熱管網(wǎng)而言，應有效解決當前在直埋供熱管網(wǎng)中普遍存在的管網(wǎng)泄漏問題，以此達到促進供熱管網(wǎng)的穩(wěn)定運行的目的。