關(guān)于城市供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的思考

摘 要：中國的南北集中供暖分界線一般是以秦嶺淮河作為邊界的，秦淮以北的地區(qū)冬季采用集中供暖的方式供暖，集中供暖相比于過去的單戶取暖，具有更加環(huán)保、能源利用率高、取暖效果好、安全性高等優(yōu)勢。供熱系統(tǒng)管網(wǎng)如果在供暖運(yùn)行過程中，發(fā)生故障會(huì)直接影響廣大居民的正常生活，并會(huì)帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失，我國北方冬季不時(shí)會(huì)有居民反映供暖不好，因此為了保證居民的正常供暖需求和避免經(jīng)濟(jì)損失，我們需要擁有一套成熟的供熱管網(wǎng)故障診斷技術(shù)，來快速發(fā)現(xiàn)泄露位置，達(dá)到快速解決故障的目的。本文對(duì)供熱管網(wǎng)的泄露故障診斷進(jìn)行探討分析，供有關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：供暖系統(tǒng);管網(wǎng)泄漏;故障診斷

每年的冬季在我國的北方肯定會(huì)有關(guān)于取暖問題的新聞發(fā)生，這說明人們非常重視供暖問題，也說明供暖系統(tǒng)故障尤其是管網(wǎng)泄露等故障時(shí)有發(fā)生，有關(guān)部門對(duì)此問題非常重視。在我國北方城市中都會(huì)建立各自的集中供暖系統(tǒng)，隨著城市的不斷發(fā)展，城市人口數(shù)量逐年增加，對(duì)于供暖的需求也越來越大，集中供暖系統(tǒng)不斷擴(kuò)延，城市的整體供暖系統(tǒng)也越來越綜合，城市供暖系統(tǒng)非常龐大和復(fù)雜，系統(tǒng)的控制效果和故障的診斷的效率，影響到故障發(fā)生時(shí)能不能快速解決和解決之后能不能快速恢復(fù)供暖。因此供暖管網(wǎng)泄露故障診斷的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 城市供熱系統(tǒng)中供熱管網(wǎng)泄露的主要原因

城市人口巨大、居住密集、建筑物體量大，因此與城市建設(shè)相配套的供熱設(shè)施系統(tǒng)也就相當(dāng)?shù)膹?fù)雜和龐大，供熱系統(tǒng)中的管網(wǎng)破漏的成因有多種，但是主要?dú)w因有管道破損和元部件故障引起的泄露。

1.1 管道故障引起的管網(wǎng)泄露

供熱管道長時(shí)間處于不利的自然環(huán)境當(dāng)中，會(huì)發(fā)生不同程度的腐蝕。以下分別來介紹管道腐蝕的種類和起因：

電腐蝕：水在供熱管道的金屬表面覆蓋成為水膜，會(huì)有氧氣和二氧化碳等溶解其中，這就變成了以供熱金屬管道為負(fù)極的原電池，時(shí)間一長供熱管道金屬就會(huì)被腐蝕掉;化學(xué)反應(yīng)腐蝕。

化學(xué)腐蝕與電腐蝕不同，其不會(huì)形成電流，供熱管道金屬材料會(huì)與外界氣體和一些非電解雜質(zhì)直接反應(yīng)，從而消耗管道金屬最終削弱金屬管壁形成泄漏點(diǎn)。

供熱管道的溫度較高加速了腐蝕破壞，另外腐蝕速度還與管徑的大小有關(guān)系，管徑越小管道越容易發(fā)生腐蝕破壞。在供熱管道泄漏故障中，因?yàn)楣峁艿栏g而發(fā)生的管道泄漏占據(jù)多數(shù)。供熱管道管網(wǎng)泄露成因中，除了腐蝕引起的另一主要成因是接口裂縫。我們知道供熱管道線路很長，一般情況供熱管道鋪設(shè)在地下，把每一段的金屬管道通過焊接連接，一條供熱管線會(huì)有很多個(gè)焊接接縫，如果各別焊縫質(zhì)量不好，會(huì)因?yàn)闇囟葢?yīng)力和反復(fù)承受車輛荷載而產(chǎn)生裂縫最終導(dǎo)致泄露。[1]

1.2 供熱管線中元部件故障引起的管網(wǎng)泄露

供熱管網(wǎng)是一個(gè)復(fù)雜的綜合程度高的系統(tǒng)，管道線路中會(huì)有不同的元部件，主要的元部件包括閥門類和補(bǔ)償器、法蘭等附件，這些部件發(fā)生故障很容易引起供熱管網(wǎng)發(fā)生泄露。這些元部件的故障主要由閥門的銹蝕、法蘭連接不嚴(yán)而導(dǎo)致泄露，還有補(bǔ)償器因?yàn)槠涠嗖捎貌讳P鋼制成，容易與水中的氯離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生腐蝕，腐蝕嚴(yán)重將引起供熱管網(wǎng)的泄露。另外在正常運(yùn)行的管網(wǎng)遇到停電導(dǎo)致泵體停止工作，也容易對(duì)管線的元部件產(chǎn)生水壓沖擊，對(duì)元部件的耐久性和正常使用也是不利的。

2 常用的管網(wǎng)泄露檢測診斷技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)水平的提升，人們已經(jīng)運(yùn)用多學(xué)科綜合技術(shù)對(duì)管網(wǎng)故障進(jìn)行診斷，下面我們介紹一下兩類常用的管網(wǎng)泄露檢測技術(shù)：

2.1 基于物理原理的管網(wǎng)泄漏檢測診斷技術(shù)

要想快速準(zhǔn)確的找到供熱管道的泄漏點(diǎn)位置可以采取類似無損檢測的辦法，利用聲、光、熱進(jìn)行管道檢測，通過產(chǎn)生的物理現(xiàn)象，利用物理原理做出診斷。主要的檢測診斷方法主要有如下幾種：

聽漏法，其原理是：如果管道發(fā)生泄露，它的聲音頻率會(huì)與正常管道不同，檢測人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來判斷管道是否泄露和泄露的位置;

聲波檢測法，利用超聲波反射成像判斷異常，此種方法簡單但是受周圍環(huán)境影響較大，抗干擾能力差;

光纖檢漏法，其原理是：在供熱管道周圍布置光柵傳感器，這種傳感器可以感知周圍的溫度變化，當(dāng)供熱管道發(fā)生泄露時(shí)，熱量會(huì)在泄漏點(diǎn)流出，這回引起泄漏點(diǎn)周圍的土體溫度增高，而傳感器會(huì)檢測到局部位置溫度升高的情況，傳感器的信號(hào)會(huì)被檢測端收集到，從而鎖定了管道的泄露位置，處理器會(huì)根據(jù)異常信號(hào)發(fā)出警報(bào);

紅外線成像法，其原理是：當(dāng)熱量泄露出管道之外時(shí)，會(huì)對(duì)外輻射能量，而布置在管道之外的紅外線探測裝置會(huì)間斷的對(duì)一定區(qū)域拍照，通過照片判斷異常，如果發(fā)現(xiàn)異常，基本可以判斷出泄露位置，此種方法高效準(zhǔn)確抗干擾能力強(qiáng)，但是成本較大。

2.2 動(dòng)態(tài)監(jiān)測供熱管道相關(guān)參數(shù)的診斷技術(shù)

信息時(shí)代、人工智能時(shí)代的到來，使得供熱管網(wǎng)泄露檢測變得更加自動(dòng)化智能化，可以利用供熱管道的流量參數(shù)、壓力參數(shù)等的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，利用計(jì)算機(jī)相應(yīng)軟件判斷參數(shù)的變動(dòng)情況，實(shí)行實(shí)時(shí)檢測，人們可以通過軟件輸出的曲線圖表直觀的觀察整個(gè)供熱系統(tǒng)的運(yùn)行情況，當(dāng)發(fā)生供熱管道泄漏故障時(shí)，相應(yīng)的參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，軟件通過相應(yīng)的理論公式，計(jì)算出故障的位置和判斷出故障等級(jí)的大小。[2]

3 新型的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

3.1 模糊理論診斷檢測

模糊理論是利用一些不是十分精確的信息數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析判斷的方法，在供熱系統(tǒng)中各種參數(shù)的變化不能十分確定一定有故障出現(xiàn)，具有不確定性，利用這種模糊的信息和管道發(fā)生泄露征兆的信息進(jìn)行比對(duì)，可以大概率的判斷出管道是否出現(xiàn)故障。傳統(tǒng)的模糊推理系統(tǒng)只能依靠專家的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)選定模糊隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則，而供熱管網(wǎng)系統(tǒng)一般都比較復(fù)雜，環(huán)境影響因素較多，僅依靠專家經(jīng)驗(yàn)建立的模糊推理系統(tǒng)很難得到滿意的診斷結(jié)果。可以把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到模糊推理系統(tǒng)中，發(fā)揮神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)自學(xué)習(xí)能力，能夠進(jìn)行復(fù)雜的邏輯操作和非線性映射。通過對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，自動(dòng)產(chǎn)生并不斷的修正得到最佳的模糊隸屬度函數(shù)及模糊規(guī)則，避免了傳統(tǒng)模糊推理系統(tǒng)易受到人的主觀意識(shí)影響的缺陷，從而提高管網(wǎng)泄漏診斷系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

3.2 神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)診斷檢測

根據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)際結(jié)構(gòu)狀況及維修需求，可將其進(jìn)行兩方面劃分，一級(jí)網(wǎng)絡(luò)主要對(duì)供熱管網(wǎng)相應(yīng)泄漏管段進(jìn)行診斷，二級(jí)網(wǎng)絡(luò)主要對(duì)泄漏量進(jìn)行測量及定位泄漏點(diǎn)。上述兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)模型均采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。其依據(jù)各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)相應(yīng)的力變化狀況，確定一、二級(jí)網(wǎng)絡(luò)的輸入故障特征向量;經(jīng)過多次反復(fù)試算，確定含層節(jié)點(diǎn)數(shù);各個(gè)管段所存在的發(fā)生泄露概率狀況，可作為一級(jí)網(wǎng)絡(luò)具體的故障向量，對(duì)于二級(jí)網(wǎng)絡(luò)的輸出層來講，其主要包含有兩個(gè)神經(jīng)元及漏水位置等。漏水位置就是將管段相應(yīng)起點(diǎn)位置與該漏水點(diǎn)位置之間的距離，與高管段總的長度值所具有的比值，而對(duì)于泄漏量，其主要是熱網(wǎng)總循環(huán)水量與泄水之間的比值。在實(shí)際應(yīng)用過程中，學(xué)習(xí)速率、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及受訓(xùn)練樣本等因素，對(duì)整個(gè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)泄漏診斷模型具有一定影響。[3]

4 結(jié)語

供熱管網(wǎng)的使用時(shí)間越長，越容易因?yàn)槲锢硪蛩睾突瘜W(xué)反應(yīng)而出現(xiàn)局部管道破損導(dǎo)致供熱管道泄露的發(fā)生。我們通過上文已經(jīng)知道了管道泄漏的成因，這樣我們可以從源頭上采取相應(yīng)的預(yù)防保護(hù)措施，例如加強(qiáng)供熱管道的防腐處理、管道鋪設(shè)位置不易過淺，焊縫處和受力較大的部位采取保護(hù)措施、工程施工的時(shí)候注意嚴(yán)控施工質(zhì)量。除了事前的預(yù)防，在常年的使用中要重視供熱管道的故障檢測，根據(jù)實(shí)際情況采取相適應(yīng)科學(xué)的檢測方法，這樣才能快速準(zhǔn)確的診斷出故障的發(fā)生部位，減少故障持續(xù)的時(shí)間，最大程度的減少經(jīng)濟(jì)損失和提高居民的冬季供暖體驗(yàn)。今后也要加大供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的泄露故障診斷研究，來不斷提升我國城市供暖系統(tǒng)的建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張建軍.供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷技術(shù)的研究[J].山西建筑，2014，40（11）：137-139.

[2]任發(fā)亮.供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的思考[J].山西建筑，（28）：124.

[3]尹軍.供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的思考[J].環(huán)球市場，（8）.

作者簡介：毛恩志（1981-），男，漢族，黑龍江明水縣人，本科，助理工程師，目前從集中供熱高溫水管網(wǎng)安全方面的研究。