關(guān)于城市供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的思考

王錚

在當(dāng)今人民生活水平全面提升的背景下，人們的供熱需求也在不斷增加，但是，在供熱系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中也出現(xiàn)了不同程度的供熱管網(wǎng)泄漏故障問題，對于供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成了很大的阻礙。在這種情況下，加強(qiáng)對供熱管網(wǎng)泄漏故障的診斷檢測具有重要的意義，同時也為迅速的故障排除贏得時間。基于此，本文首先對當(dāng)前正在使用的供熱管網(wǎng)檢測技術(shù)進(jìn)行了分析，深入了解供熱管網(wǎng)泄露的原因，最后提出了基于人工智能的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法，以期為相關(guān)的故障診斷工作提供幫助。

現(xiàn)階段，在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過程中，人們對于生活水平以及環(huán)保的需求也在不斷提升，在此背景下，我國的城市供熱系統(tǒng)逐漸從原來的小型供熱方式轉(zhuǎn)變?yōu)楦庸?jié)能、環(huán)保的集中供熱系統(tǒng)，供熱管網(wǎng)的熱源也不再是傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)中的單熱源，而是發(fā)展為區(qū)域鍋爐房、熱電廠等一類的集中熱源，而且供熱方式也逐漸轉(zhuǎn)變成了環(huán)狀管網(wǎng)供熱，無論是從區(qū)域的供熱能力還是覆蓋范圍方面來看，供熱水平明顯提升。但是，在此過程中也發(fā)現(xiàn)了一種明顯的問題，供熱范圍的擴(kuò)大使得相應(yīng)的系統(tǒng)更加復(fù)雜，水力工況也無法得到有效的控制，從而也就引發(fā)了一系列的供熱管網(wǎng)故障情況。通過深入的分析發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的運(yùn)行時間、管道的材料、相關(guān)構(gòu)件的質(zhì)量對供熱管網(wǎng)產(chǎn)生很大的影響，在此情況下出現(xiàn)的一系列管道腐蝕、下沉以及焊縫開裂情況更加大了管網(wǎng)泄漏故障的發(fā)生。基于此，供熱管網(wǎng)的相關(guān)工作人員必須將供熱管網(wǎng)泄漏故障的檢測重視起來，盡可能找到一種能夠快速判斷供熱管網(wǎng)泄漏故障的技術(shù)，從而為供熱管網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

一、供熱管網(wǎng)泄漏故障的原因

1.管道方面

供熱管網(wǎng)泄漏故障的發(fā)生有很大一部分原因在管道方面，而管道方面出現(xiàn)的管道腐蝕以及焊縫破裂情況是導(dǎo)致供熱管網(wǎng)出現(xiàn)泄漏故障的主要原因。通過對供熱管網(wǎng)管道腐蝕情況的深入分析發(fā)現(xiàn)，電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕以及雜散電流的腐蝕、補(bǔ)口缺陷、固定支架根部的防腐缺陷都是最為常見的管道腐蝕情況，尤其是在熱媒溫度逐漸提升以及管徑見效的情況下，管道腐蝕的發(fā)生率將會大大提升。除此之外，焊縫破裂也是管道方面較為常見的情況，眾所周知，所有的供熱管網(wǎng)都是埋設(shè)在地下，如回填夯實(shí)不到位，當(dāng)外界的氣候和溫度發(fā)生變化時，土層就會出現(xiàn)不同程度的脹縮或沉降情況，在這種情況下，供熱管網(wǎng)的管口很容易會受到影響，焊口或者鑄鐵管機(jī)械的接口很容易出現(xiàn)破裂的情況，此時一旦出現(xiàn)大幅度的氣溫變化或重車碾壓的情況，管道極容易出現(xiàn)破裂現(xiàn)象。

2.元部件方面

元部件方面的故障主要可從閥門和補(bǔ)償器兩方面考慮，首先，從閥門故障方面來看，導(dǎo)致管道閥門出現(xiàn)損壞情況的主要原因就是閥門的閥體出現(xiàn)銹蝕、泄漏等，一些條件下，開關(guān)失靈也會導(dǎo)致閥門出現(xiàn)故障；此外，從補(bǔ)償器損壞方面來看，波紋管補(bǔ)償器是供熱管網(wǎng)中較為常見的補(bǔ)償器，也是最容易出現(xiàn)故障的元部件，由于波紋管補(bǔ)償器的原材料是以不銹鋼為主，而水中含有的氯離子又會對波紋管產(chǎn)生腐蝕，穿透補(bǔ)償器，安裝時軸向推力不同心，回填后的不均勻沉降，導(dǎo)致波紋管補(bǔ)償器出現(xiàn)多層裂縫的情況。

二、當(dāng)前的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

1.人工檢漏

就當(dāng)前供熱公司的供熱管網(wǎng)泄漏故障檢測而言，絕大多數(shù)的供熱公司都采用的是人工檢漏的方法來對供熱泄漏故障進(jìn)行檢測，其主要是由具有專業(yè)技術(shù)和多年實(shí)踐的工程人員根據(jù)供熱管網(wǎng)發(fā)生泄漏時管網(wǎng)的壓力變化、瞬時補(bǔ)水量變化以及聲音振動情況，判斷管網(wǎng)是否泄漏，對有可能發(fā)生泄漏的管段沿線采用聽音桿聽聲，紅外線測溫槍點(diǎn)測土壤表層的溫差變化，沿線井室積水變化等，對具體位置進(jìn)行分析。通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，此方法對表象泄漏檢測的便捷程度較高，但是人為因素和外界的變化對檢漏結(jié)果的影響非常大，準(zhǔn)確性相對較低，不能完全作為供熱管網(wǎng)泄漏故障檢測的唯一依據(jù)。

2.聲發(fā)射檢漏技術(shù)

現(xiàn)階段，國內(nèi)外研究專家都將研究的重點(diǎn)放在了通過聲發(fā)射技術(shù)來檢測供熱管道的泄漏情況方面，這種方法可以對管網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并且監(jiān)測覆蓋面較為全面，可以說是一種對管網(wǎng)沒有損傷的檢測技術(shù)。而聲發(fā)射技術(shù)在供熱管網(wǎng)泄漏故障中的良好運(yùn)用主要是供熱管道中的熱媒在出現(xiàn)一定程度的泄漏情況時就會出現(xiàn)一種連續(xù)性的聲發(fā)射信號，并在管道內(nèi)進(jìn)行傳播，此時，相關(guān)的檢測人員根據(jù)聲波信號的強(qiáng)弱就能判斷出管道內(nèi)某一部位的泄漏情況以及具體泄漏位置。但是，通過深入的分析發(fā)現(xiàn)，此方法所涉及到的影響因素非常多，泄漏孔徑的大小、形狀、液體壓力以及管段上方的其他市政管線設(shè)施的交叉等，都會對供熱管網(wǎng)泄漏故障檢測的準(zhǔn)確性造成一定的影響，而要想在這種方法下建立相對精確的數(shù)學(xué)模型可行性非常小，并且聲發(fā)射源的多樣性、信號的不確定性都會影響故障檢測，檢測的精確性無法得到保障。

3.在建立數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上發(fā)展的檢漏技術(shù)

當(dāng)供熱管網(wǎng)出現(xiàn)泄漏情況時，熱媒在管道中的流速和壓力都會發(fā)生不同程度的變化，在這種情況下，為了確保供熱管道中水力工況變化反映的準(zhǔn)確性，相關(guān)技術(shù)人員都會在連續(xù)性方程、質(zhì)量守恒、動量守恒等基礎(chǔ)上建立供熱管網(wǎng)水力模型，在供熱管道相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上求解此數(shù)學(xué)模型，就會得到實(shí)時的供熱管網(wǎng)水力情況，從而就能分析出管網(wǎng)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)流場分布，如果將標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后，偏差大于正常的數(shù)值變化范圍，此時就可以斷定供熱管網(wǎng)出現(xiàn)了不同程度的泄漏情況。但是在供熱管網(wǎng)涉及范圍不斷擴(kuò)大的背景下，相應(yīng)的供熱系統(tǒng)更加復(fù)雜，此時，數(shù)學(xué)模型的建立必須在全面分析的基礎(chǔ)上忽略一些因素對其造成的影響，最終求出的結(jié)果難免會與實(shí)際的數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定的差異，在這種情況下，數(shù)學(xué)模型檢漏技術(shù)的準(zhǔn)確性也將無法得到保障。

三、基于人工智能的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷

在當(dāng)今信息技術(shù)快速發(fā)展的背景下，我國的信息綜合處理能力得到了明顯的提升，此時，供熱企業(yè)也逐漸將人工智能技術(shù)應(yīng)用到供熱管網(wǎng)泄漏故障檢測工作中，成為了當(dāng)前的重點(diǎn)研究方向。

1.基于專家系統(tǒng)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷

深入分析人工智能技術(shù)在我國供熱管網(wǎng)泄漏故障檢測中的應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)，專家系統(tǒng)是最早見的故障檢測技術(shù)，其主要是在眾多專家經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上組成相應(yīng)的樣本庫，在檢測過程中針對供熱管網(wǎng)泄漏故障發(fā)生的類型以及具體的原因，通過樣本庫模擬專家推理和診斷的過程。在專家系統(tǒng)中，供熱管網(wǎng)泄漏掛賬知識庫是其中的核心，主要是由行業(yè)的專家以及具有多年實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員組成，主觀性相對來說比較強(qiáng)，通常情況下，當(dāng)遇到比較復(fù)雜或者運(yùn)行狀態(tài)異常的供熱管網(wǎng)時，由于專家知識庫的信息并不具有絕對的完善性，所以其很難將自身的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。就當(dāng)前的供熱管網(wǎng)泄漏故障檢測而言，專家系統(tǒng)的故障檢測方法已經(jīng)不常見。

2.基于模糊理論的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷

一般情況下，在供熱管網(wǎng)出現(xiàn)泄漏故障之前，供熱管道的壓力、瞬時補(bǔ)水量都會出現(xiàn)不同程度的變化，可以說，這是供熱管網(wǎng)出現(xiàn)泄漏故障的前兆，但是，在實(shí)際檢測過程中并沒有精確性較高的數(shù)值變化衡量標(biāo)準(zhǔn)，最終的故障檢測結(jié)果也存在一定的模糊性。而出現(xiàn)這種情況的主要原因就是傳統(tǒng)的模糊推理系統(tǒng)主要是在專家知識經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上展開的，相關(guān)規(guī)則的選取具有一定的模糊性，在此情況下，當(dāng)供熱管道的故障較為復(fù)雜且環(huán)境影響較大時，診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性并不能得到保障。基于此，相關(guān)技術(shù)人員在實(shí)際的故障診斷過程中可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力的優(yōu)勢充分利用起來，以此來對傳統(tǒng)的模糊規(guī)則進(jìn)行修整，這樣做可以在很大程度上避免主觀因素對模糊理論應(yīng)用的影響，從而為供熱管網(wǎng)泄漏故障檢測的精確性和及時性提供保障。

3.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷

就神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用而言，雖然我國相關(guān)研究領(lǐng)域針對于此方面研究起步比較晚，但是研究進(jìn)程非常快，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展比較迅速，深入分析可以發(fā)現(xiàn)，關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究已經(jīng)出現(xiàn)了多學(xué)科交叉研究的現(xiàn)象，在很大程度上拓寬了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍。現(xiàn)階段，供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型主要可分為兩個級別，一級網(wǎng)絡(luò)主要對供熱管網(wǎng)泄漏管段進(jìn)行相應(yīng)的診斷，二級網(wǎng)絡(luò)主要是對泄漏量和泄漏點(diǎn)進(jìn)行診斷定位。一級網(wǎng)絡(luò)和二級網(wǎng)絡(luò)的輸入故障特征向量主要是各監(jiān)測點(diǎn)的壓力變化，隱含層的節(jié)點(diǎn)數(shù)是經(jīng)過反復(fù)測算得出的；在此模型中，一級網(wǎng)絡(luò)的輸出故障主要為各個管段發(fā)生泄漏的概率，二級網(wǎng)絡(luò)的輸出層主要代表泄漏的具體位置和泄漏量。在實(shí)際應(yīng)用過程中，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的方法可以在很大程度上降低檢測的誤差，但是訓(xùn)練樣本、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及學(xué)習(xí)速率都會對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生不同程度的影響。

四、結(jié)語

總而言之，當(dāng)前供熱管網(wǎng)在實(shí)際運(yùn)行中依然會出現(xiàn)不同程度的泄漏故障情況，嚴(yán)重影響了供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在此背景下，供熱系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)人員必須將供熱管網(wǎng)泄漏故障的診斷工作重視起來，積極探索準(zhǔn)確性高的故障診斷方法，通過深入的分析發(fā)現(xiàn)，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法具有較好的效果，可降低故障檢測過程中的誤差，值得廣泛應(yīng)用，但是，相關(guān)人員在實(shí)際應(yīng)用過程中也要將網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)速率等對其的影響重視起來，所有的檢測方法都不是一成不變的，要不斷的在實(shí)踐中探索，根據(jù)自身供熱管網(wǎng)的實(shí)際情況，加以分析判斷，有針對性的采取行之有效的方法，以確保供熱管網(wǎng)泄漏故障檢測的準(zhǔn)確性，為故障搶修贏得時間，從而為供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。