地下水管網泄漏檢測及工程實例

張 宇 黃 輝

（中國特種設備檢測研究院 北京 100029）

Zhang Yu Huang Hui

(China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)

地下水管網不僅是石化企業生產和生活用水的生命線，更是石化企業安全生產的重要保障。當地下水管線發生泄漏時，就會直接影響到石化企業的經濟效益。當消防水線泄漏時，遭遇突發狀況，水壓不足，提壓困難，就會失去安全保障的作用。當淡水線泄漏時，不僅給廠內員工的生活帶來不便，而且還要付出昂貴的水單；當循環水線泄漏時，不僅導致水中添加的防腐藥劑白白流失，而且還會給生產設備帶來嚴重的損害。為此，對于石化企業的水管網泄漏檢測是一項長期而又艱巨的任務，是一個普遍而又難以徹底解決的問題，任重而道遠。

1 管道泄漏原因

管道漏水的規律是由暗漏到明漏，有時暗漏的水流入河道、下水道或電纜溝后則始終成不了明漏。一般造成漏水的原因有很多中，但常見的原因有如下所列：

1.1 管材的質量

金屬管道在生產、裝卸過程中易產生裂縫、沙眼，防腐層不完整等；而塑料管的缺點是管壁厚薄不均勻，抗老化性能差，抗應力弱等。

1.2 管道的腐蝕、老化

管道隨著使用時間的年限增長，受地下土質酸堿程度的影響，會慢慢地腐蝕老化，特別是鍍鋅鋼管、鑄鐵管、水泥管等老化現象比較嚴重。

1.3 接口質量

有些管道為水泥接口，這類接口剛性強，氣溫變化時，易引起水管收縮或膨脹斷裂。或在管道不均勻沉降時引起徑向裂開。在接口過程中，如果填料不均勻，打口水泥敲打得不密實，則管道在正常工作時也會出現接口漏水。

1.4 閥門銹蝕、磨損而漏水

管道元件質量不合格，閥門盤根不嚴，導致閥桿處常少量漏水；閥門使用一段時間后，易老化、銹蝕、磨損等原因造成閥門漏水；消防栓質量較差，操作數次后就關不嚴。

1.5 施工質量不規范

施工過程中基礎未處理好，導致管道不均勻沉降，引起管道斷裂及接口漏水；有的管道不夠平直，接口處錯位較多，使接口容易損壞；接口間隙不勻，夾角過大，橡膠圈位置異常引起漏水；施工時管道受損傷，大石塊回填，竣工驗收把關不嚴等造成的漏水；有些工程為了搶進度，施工技術不符合規范要求。[1]

1.6 其他外力引起的漏水

石化廠區內經常行駛的大型車輛碾壓，車輛噸位增加，管道動載荷增加，使管道松動脫節，焊口開裂等。其他施工單位在沒有查清供水管管位時，盲目施工人為造成的破壞。系統運行誤操作，運行故障、局部加壓，導致部分閥門、管道爆裂或輕微損傷。

2 泄漏檢測方法

由于石化廠區內噪音種類繁多，管線復雜，根據現場實際檢測經驗歸結，以及國內外調研，目前，主要的檢測方法以音聽檢漏法、相關檢漏法、區域泄漏檢測法三種檢測方法效果甚佳。

2.1 音聽檢漏法[2]

檢測主要設備為聽音桿，聽音桿的原理即為漏水噪音沿著管壁傳遞到桿尖，再傳至桿身，最后經振動膜和聽桶把音量擴大，這樣就可以聽到很遠的地方音量較小的漏水點了。

2.2 相關檢漏法[3]

檢測主要設備為萬能相關儀，其原理當管道發生泄漏時，漏水與管道發生摩擦產生漏水聲音，漏聲沿管道從漏點向兩端傳播，把兩個傳感器放在漏點兩邊的管道暴露部位上，漏聲信號傳到兩個傳感器的時間有一個差值Td（也叫作延遲時間）。這樣利用延遲時間Td就可以推算出漏點到較近傳感器的距離L，這個距離并不是簡單的直線距離，而是沿管線的具體長度。

設兩傳感器之間距離為D，則有

D代表管道總長；V代表漏聲沿管道傳播速度；Td代表時間差。特殊情況：當Td為零時，漏點在中間或中心相關；當Td為負值時，漏點在管道兩端的外側。如圖1所示。

圖1 相關檢漏示意圖

2.3 區域泄漏檢測法

檢測主要設備為多探頭相關儀組合，根據現場情況需要和配置組裝成2～192個探頭組合，能夠記錄檢測區域的多項漏水聲，一次檢測就可完成一定區域內的漏水點定位，提高了檢測效果和準確率。

3 漏水噪聲的物理特性

對于上述幾種檢測方法，都是針對泄漏點處漏水噪聲的采集與分析，因此，對漏水噪聲特性的探索與研究更尤為重要。

3.1 漏水噪聲的產生

地下壓力管道發生漏水時，產生3種可識別噪聲：

1）由于漏孔壓力下降，存在內外壓力差引起的管道振動及共振噪聲。

2）漏水沖擊周圍土壤產生的噪聲。

3）漏水在周圍孔穴中流動及環流產生的噪聲。

3.2 漏水噪聲的特點

漏水引起的管道振動及共振噪聲通常是聲音最大或聲強最強的漏水噪聲，聽起來為非常尖銳的“滋滋”聲。其頻率通常為300～2500Hz。

漏水沖擊周圍土壤產生的噪聲和漏水在周圍孔穴中流動及環流產生的噪聲通常較弱，只有在接近漏點處才可聽到。其頻率通常為100～800Hz。

漏水直接沖擊周圍土壤產生的噪聲聽起來是一種敲打聲或顆粒碰撞聲。漏水在周圍孔穴中流動及環流產生的噪聲聽起來像潺潺的小溪或山澗溪流流動的聲音。

3.3 影響漏水噪聲的因素

有多種因素影響在管道中傳播以及傳播到地面的漏水噪聲的聲強和頻率范圍：

1）漏水噪聲與水壓的關系：

漏水噪聲的聲強與管道內的水壓成正比例(存在極限值，大約為0.3MPa)。

2）漏水噪聲與管材的關系：

與PVC管或水泥管相比，通過金屬管道（例如鐵管、銅管和鋼管）傳播的漏水噪聲的聲強更大且頻率更高。因而清楚管道的管材十分重要。

3）漏水噪聲與漏孔的大小、形狀、部位的關系：

漏孔越大噪聲越大，但斷管時，斷管后部可能沒水而沒有聲音，漏孔形狀不規則或為裂縫時噪音大，漏水在管道接口時，特別接口為柔性材料時噪音小。

在許多大學生英語語用能力研究報告中，表明了工科與文科學生在語用能力上存在著一定的差異。工科學生的英語水平具有較強的一致性，語用能力相對于文科生來說較弱一些。導致出現語用失誤的原因主要是兩點，一是說話人措辭不當導致聽話人誤解了話語的意思；二是聽話人誤解了說話人要表達的意思。而工科院校的英語學習者因為較少與人進行英語交流，更多的是使用閱讀理解的能力，導致聽說能力相對薄弱，使得更容易出現語用失誤。因此，教師在進行英語教學中，要充分地意識到這點，培養學生的語用意識，在注重語言基礎知識的同時傳授語用知識[2]。

4）漏水噪聲與管徑的關系：

與小口徑管道相比，大口徑管道，無論是PVC、水泥、鋼還是鐵管，傳播的漏水噪聲的聲強較小且頻率較低。

5）漏水噪聲與土壤介質的關系：

沙土和疏松土壤，特別是新鋪管道的土壤，傳播漏水噪聲的性能較差，像泥地和濕地等含水量大的土壤也是如此。堅硬、密實的土壤傳播漏水噪聲的性能較好。

土壤對漏水噪聲的吸收速度很快，以至于很難聽到2～2.5m深的漏水噪聲。如果漏點在積水面以下，則只能在地面聽到0.9～1.2m深的漏水噪聲。當管道深2～2.5m時，只有漏點較大且水壓較高從而能夠產生足夠的噪聲時才能在地面聽到漏水噪聲。

6）漏水噪聲與地面介質的關系：

地面是瀝青路面、松散土壤、水泥板還是草坪，對聽音也有著重要的差別。硬質路面和混凝土路面可與漏水噪聲產生共振，因而可以聽到1.5～3.0m深的漏水噪聲；而草地和松散土壤沒有可產生共振的板狀表面。大部分噪音為沿管壁傳播的漏水噪聲。

3.4 漏水噪聲的傳播距離

金屬管特別是150～300mm的銅管和鋼管向漏點兩側傳播的漏水噪聲的距離可達幾百米，而水泥管和PVC管傳播距離較近，漏水噪聲僅能傳播30～120m。同管材一樣，漏水噪聲的傳播距離與管徑成反比例：

表1 漏水噪聲的傳播距離

因此清楚了解管材和管徑后就可以知道漏水噪聲沿管壁傳播的大概距離。

4 相關儀的使用

4.1 相關儀的組成

4.2 相關儀的使用技巧

1）傳感器跟管道需接觸良好，在接觸處應除銹、除泥、除防腐保護層等。

2）兩傳感器之間的相關距離最好在200m以內，塑料管道最好在100m以內。

3）為保證無線連接信號的穩定，最好使發射機高于地面30cm。

4）當閥門井內充滿水或污泥時，最好先抽水或清井，以便能吸附的更好。

5）檢測管道的閥門有漏水時，最好能先修復明漏后再作檢測。

6）測量的漏水點跟三通或彎頭重合時，需謹慎對待。

7）可以用播放功能，對播放的聲音進行放大，以便能聽到很弱的漏水聲。

4.3 相關儀的分析技巧

1）聲音信號分析。

有漏水聲音時，聲音信號應該是“強度級數大、密集、強度均勻”，否則信號“強度小、稀疏、強度不均勻”。

2）頻譜信號分析。

有漏水頻譜時，一般金屬管道漏頻譜在100～1500Hz，非金屬管道在0～300Hz。如果頻譜超2000Hz以上一般為干擾信號（也有可能是由于無線通訊信號弱所致）。如果有高頻譜為單一的一條線一般為電流干擾，可通過陷波設置來消除50Hz、60Hz的干擾。

3）相干函數分析。

相干函數是指兩個傳感器采集的頻譜信號是否來自同一信號源，用來判斷兩端的傳感器是否可以同時采集到漏水聲音。如果管道上沒有漏水、傳感器沒有放置在同一跟管道上或一側傳感器采集不到漏水音，那么相干頻譜就會比較低。

4）濾波設置。

如果確實有漏水，但測量結果不太好，可手動設置濾波重新計算。按“相關-演算方法”設置濾波范圍，此范圍可通過“相干函數”的結果來設置。

5）離線分析。

對保存的結果可以離線分析，操作方式和采集相同。打開文件-輸入參數-選擇重新相關保存的信號即可出現結果。

6）查看或生成報告。

按“報告”按鈕，可以直接查看或生成報告，報告可以生成Excel格式。

4.4 漏點探測中的干擾因素及排除

漏點探測中的干擾因素眾多而復雜，很難面面俱到的解釋清楚，這常常需測漏工作者在具體工作中多總結、多探索。這里只對一些常見的干擾因素作簡要敘述。

1）正常用水聲和環境噪聲常給音聽測漏法造成影響。

在測漏時一般不能中斷供水或另擇環境，因此這兩種干擾就難以避免。在實際測漏時，常用以下一些方法排除用水聲和環境噪聲的干擾。

（1）可以用延長測試時間和增加測試次數的辦法來排除用水或其他瞬時噪聲；

（2）根據泄漏聲和噪聲的頻譜差別，選擇合適的濾波范圍和方法排除其他干擾；（3）利用先進的分析軟件或分析方法減少干擾；（4）可以選擇夜間或其他環境噪聲和用水噪聲較少的時段測漏；

（5）盡量使用防風抗干擾設備。

2）管道狀況不同也常常會影響音聽測漏。

如三通、彎頭、變徑和相叉會使管道發生共振“串聲”給音聽帶來影響。這種情況要仔細分析管道狀態、相互關系、最好有詳細的管網圖作參照，排除其他干擾，判斷真實的漏點。

3）其他漏水相似音。

漏水相似音有很多，主要有如下幾種：（1）管內流水音。

這種聲音，是流水通過水管內，栓閥等突起物時產生摩擦，在管壁和水中傳播的振動音，如閥門不是全開的狀態下，水流的沖擊音和漏水音幾乎完全沒有區別。

（2）電力管線產生的回路音。

地下電纜、高架設壓器、路燈等電力設備會產生300Hz以下的低頻噪音，有時與漏水音極其相近。

（3）其他相似音。

如下水音、汽車行駛音、風聲、都市噪音等，給檢漏帶來很多障礙，只要仔細、并利用經驗都可判別。

5 工程實際應用

5.1 實例1（相關儀與聽音桿配合應用）

某石化公司廠區三催化裝置區淡水線供水壓力不足，懷疑是否有泄漏產生。檢測人員到達現場進行勘查，對周邊地面閥井進行逐一打開，發現有一處閥井里充滿清水，而該管線正是在該閥井旁通過，準備利用相關儀進行精準定位。但發現該管線可利用加電點較少，且加電點間距離較長，超出設備規定管徑下的有效檢測距離，檢測過程困難。

該管線管徑219mm，壓力為0.3MPa，可加電點為ABC三點（見圖2），其中AB間距離120m，BC間距離185m，AC間距離280m，通過實際檢測BC段與AC段均無泄漏信號，只有AB段有明顯泄漏信號，并且泄漏點距離B點25m處，也正是三通的位置附近，但無法利用其他管段進行泄漏驗證。用聽音桿對其漏水閥井附近測聽，噪聲通過土壤層傳導，聽到D點處漏水噪音較大，并結合相關儀檢測圖譜分析該位置有極大可能，只有AB段符合設備檢測距離，并有很明顯信號，而D點距離三通處只有10m左右，相關圖譜（見圖3）顯示在其三通處很有可能是D點處泄漏噪聲傳遞過來的。

圖2 管線路由圖

圖3 相關函數圖譜

對其D點進行開挖驗證，該處確為泄漏點，誤差為0.3m。該泄漏原因為螺旋焊縫焊口開裂，裂口長度近40mm，最終查表所得泄漏量為13t/h。見圖4（該圖為關閥后的現場取證圖片）。

圖4 開挖泄漏點

5.2 實例2 （多處漏點泄漏應用）

某石化公司氣分罐區車間淡水線有疑似泄漏，該管線僅為氣分車間生活用水管線，無其他支線，通過查看該車間淡水水表，在車間內停止一切生活用水后，水表仍繼續運行，顯然有泄漏點存在。

對管線進行相關儀檢測，該淡水線管徑114mm，壓力0.3MPa，管線路由較為清晰，無支線，選擇一處在水表附近加信號，另一處在車間內水龍頭下鋼管加信號，兩端探頭傳感器相距52m，得到相關圖譜，見圖5。

圖5 相關函數圖譜

該相關圖譜不同于典型泄漏圖譜僅有一處最高波峰值，它有兩處較高波峰值存在，這種情況較為少見，相對于一般情況下，管線沒有泄漏點是不會有明顯波峰存在的，因此檢測人員為了能定位精準，查看其相干圖譜（見圖6），確切證明了有漏點存在，初步假設是否可能存在兩處泄漏點的可能。

圖6 相干函數圖譜

根據相關圖譜指示位置在距藍色傳感器12.6m處，進行開挖驗證時發現果然存在兩處泄漏點，相距近30mm，均為管體腐蝕穿孔造成，定位偏差幾乎為零。當場對泄漏點進行帶壓堵漏措施，修復后計算泄漏量為14.83t/h。見圖7和圖8。

圖8 管線修復后

5.3 實例3（變徑管線的應用）

某石化公司二催化循環水線，該水線穿過二催化裝置區，并供給裝置區內其他設備冷卻用水，支線較多，主管線管徑426mm，支線管徑168mm，壓力0.4MPa。由于水管網車間無法縮小泄漏范圍，檢測人員只能對整套裝置進行普查，再逐一管線排除。最后鎖定位于一處支線有疑似泄漏。但兩端所加探頭處，分別位于兩種管徑上，為了定位精確，檢測人員必須使用相關儀中的變徑檢測方法。準確測得168mm管徑的管線長度4m，426mm管徑的管線長度34.5m，將該參數輸入相關儀中，得出相關圖譜，見圖9。

圖9 相關函數圖譜

泄漏點在距離白色傳感器2m處位置（見圖10），開挖驗證誤差0.5m。與之前不變換管徑的檢測方法對比，誤差減少了近2.5m。因此，要達到泄漏點的精準定位，就必須要建立在對基本參數的精準把控上。

圖10 管線開挖時泄漏

6 結束語

漏水檢測工作是一項涉及諸多環節，并具有耐心和經驗的探索性工作。探索的特點就體現在漏點是暗藏在地下的，需要通過各種手段和方法去判斷，所以經常出現被某些假象誤導的情況，為此要注意一些常見問題，以減少誤判。

1）發現冒水等明漏現象時，不要輕易認為漏點就在下面，要用音聽手段加以驗證。

2）判定漏點和三通、變徑接頭重合時，不要輕易下結論，要用其他方法加以驗證。

3）有些泄漏是聽不到的，不要因為聽不到就否定漏點的存在。

4）要善于利用手中的其他儀器輔助找漏，例如金屬管道全斷開時，音聽法往往難以奏效，但利用管線儀的電流測量功能卻可以解決問題。

5）要學會分析周圍環境來幫助找漏，如地面的變形、植被變化、新建構筑物或地表其他施工、排水溝等都有可能給我們提供有用的信息。

6）最重要的也是經常被忽略的一點就是要熟悉管道。

[1] 何孔群.地下給水管網檢漏[J].節能與環保，2003（05）：50-51.

[2] 馬紅杰，曾昌軍，郝新煥，等．埋地水管道泄漏檢測方法及應用[J]．石油化工設備，2010，39(S1)：52-54.

[3] 王富東，殷啟超，劉西濤，等．石化企業地下水管網泄漏檢測方法的探究[J]．甘肅科技，2012，28(06)：21-22.