直埋供熱管網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，因此直埋供熱管網的應用范圍越來越廣。但直埋供熱管網的故障發生率比較高，而且一旦發生泄漏難以快速找到具體位置，以至于當發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，為了避免發生上述情況，確保直埋供熱管網能夠安全穩定地運行，更好地滿足居民供熱需求，非常有必要對此展開分析。

1 直埋供熱管網泄漏原因分析

1.1 設計原因

在設計直埋供熱管網敷設方案過程中，有可能會出現駐點漂移的情況，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，從而避免發生駐點漂移。

圖1 直埋供熱管網設計

1.2 管道材質原因

直埋供熱管網敷設對管道材質的質量要求非常高，如果質量不達標也很容易引發泄露問題。當前我國的直埋供熱管道材質以鋼材為主，鋼材的質量直接影響管道在承受來自內部和外部的荷載，以及長時間處在低溫條件和腐蝕條件下的運行狀態，因此實際設計和施工過程中必須嚴格依據相關標準控制管道質量。但在眾多的供熱管道泄漏搶修中，經常發現管壁厚度不達標、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，具體表現在以下幾方面。第一是焊接質量差，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，由于受內部壓力影響而發生泄漏。第二是管道存在接頭質量問題，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任何一處都不能出現密封不嚴的情況。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，通常都會采用現場發泡保溫方式，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，很容易引發熱熔膠不能充分熔融的情況，這樣當管道進入運行狀態時，外界水就很容易進入保溫層，進而導致保溫層被腐蝕、破壞，最終引發泄漏。第三是沒有對發泡孔進行嚴格密封，在直埋供熱管道的搶修中，會經常遇到發泡孔沒有進行嚴格密封的問題，以至于地下水經過發泡孔空氣進入了保溫層，另外雖然有些發泡孔已經被嚴格密封，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，具體表現在以下三個方面。第一，在執行巡檢工作時，一些泄露隱患并沒有被及時發現，比如沒有執行管道的水質檢測工作，以至于管道內進入了未經處理的自來水，進而導致管道內部在氧、氯、二氧化碳等物質的影響逐漸被腐蝕。第二是閥門操作，在閥門操作中如果出現違規操作和不當操作，很有可能引發水錘現象，進而導致管道被破壞。第三是管道的運行環境，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常會高于相關溫度標準。

2 直埋供熱管網泄漏預防措施

2.1 設計原因的預防

正式開始直埋供熱管網的設計之前，應全面勘察施工地點，明確地質條件、地下水情況、地理條件、地下管線情況等諸多內容，然后將這些內容詳細描述在設計文件當中。設計過程中應根據前期調查對管道平面進行合理布置，并且為后續的管道運行維護工作創造便利。在設計中還應融入線路檢測，以此保證當管道發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 材質原因的預防

預防因為材質原因而引發的管道泄露問題，必須從管道材料的采購、運輸、現場安裝等多個環節入手。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《城鎮供熱管網工程施工及驗收規范》的相關要求，并且以施工現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泡密封，結束發泡密封后要處理發泡孔。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，執行巡查工作時要詳細檢查供熱管網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，確保水質完全符合供熱用水要求，并依據調度指令調整注水量。依據最大補水量調整閥門開啟度，且要注意應緩慢開啟閥門，避免閥門開啟過快而導致管網出現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測系統，以此對早期泄露問題進行預警。第二，為了便于搶修，可在保溫層的監測系統中埋設報警線，這樣在搶修時可有效避免報警線受到損壞，而且有利于及時發現線路故障。第三，為了提升檢測系統的可靠性，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生干擾導致的數據無法有效傳輸。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，所選擇的監測數據系統要具備實時性的優勢，同時要能夠有效避免外部因素干擾，從而提升監測數據的準確性。第五，如果在供熱管道工程中，施工質量控制以及補口質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的使用年限和運行狀態為基礎，并且要定期開展檢查，內容有以下幾方面。第一是設備室；第二是供熱管網的保溫層、支架和穿墻套袖；第三是相關檢查設備。檢查過程中，如果發現任何一項內容發生了異常，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做出準確分析，接下來判斷當前是否需要對管網進行維護和維修。隨著城市化建設的不斷發展，直埋供熱管網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，使其能夠對官網的真實運行狀態做出準確判斷，從而提升泄露故障查找以及預防的及時性。

3.3 聲波檢測

直埋供熱管網在出現泄漏故障時，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、泄露點尺寸大小等因素影響時會發生相應變化。因此，采用聲波檢測可以根據聲波在經過不同材質所發生的變化，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，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兩端傳感器的連續震動音，然后根據音波的傳遞時間、傳播速度、頻率等計算泄露位置。同時通過自動相關業務還可確定當前供熱管網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，極大減輕了管網維護和維修的工作壓力。因此，聲波檢測在供熱管網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產生任何負面影響，更能適應復雜的作業環境，因此可繼續大力推廣(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到顯示器，接下來就可以在顯示器上呈現出供熱供暖的紅外熱像。如果供熱管網存在泄露問題，會在泄漏處向外對周圍環境大量敷設紅外能量，對周圍環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，并且根據地面溫度變化的成像狀態迅速查找泄露位置，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，該系統以Brande監測系統為基礎，該系統利用中央控制系統，可對整個管網的運行狀況進行檢測，可實現對直埋供熱管網的自動檢測，并能夠自動定位泄漏點。在直埋管網的安裝階段，可將Brande監測系統的感應線、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生信號。發饋線材料銅制導線，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監測系統的導線。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監測系統的工作原理是，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，該系統以EMS直埋預警線監測系統為基礎，該系統由在管道保溫層中的特殊導線和監測設備組成，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安裝漏點檢測模塊、通信模塊等共同構成監測系統。如果管道發生泄露，或者保護層出現了破損，水會進入聚氨酯泡沫層，此時聚氨酯泡沫層內的報警線接觸到水后，其和鋼管的電阻會明顯下降，然后便可觸發檢漏儀。如果電阻變化呈現不均勻狀態，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，近年來我國的經濟發展態勢愈發良好，人們的生活水平相較于過去顯著改善，對生活質量有了很高的要求。其中作為我國北方地區不可缺少的供暖，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。對直埋供熱管網而言，應有效解決當前在直埋供熱管網中普遍存在的管網泄漏問題，以此達到促進供熱管網的穩定運行的目的。