关于城市供热管网泄漏故障诊断的思考

来源:用户上传      作者:毛恩志

　　摘 要：中国的南北集中供暖分界线一般是以秦岭淮河作为边界的，秦淮以北的地区冬季采用集中供暖的方式供暖，集中供暖相比于过去的单户取暖，具有更加环保、能源利用率高、取暖效果好、安全性高等优势。供热系统管网如果在供暖运行过程中，发生故障会直接影响广大居民的正常生活，并会带来很大的经济损失，我国北方冬季不时会有居民反映供暖不好，因此为了保证居民的正常供暖需求和避免经济损失，我们需要拥有一套成熟的供热管网故障诊断技术，来快速发现泄露位置，达到快速解决故障的目的。本文对供热管网的泄露故障诊断进行探讨分析，供有关人员参考。
　　关键词：供暖系统;管网泄漏;故障诊断
　　 每年的冬季在我國的北方肯定会有关于取暖问题的新闻发生，这说明人们非常重视供暖问题，也说明供暖系统故障尤其是管网泄露等故障时有发生，有关部门对此问题非常重视。在我国北方城市中都会建立各自的集中供暖系统，随着城市的不断发展，城市人口数量逐年增加，对于供暖的需求也越来越大，集中供暖系统不断扩延，城市的整体供暖系统也越来越综合，城市供暖系统非常庞大和复杂，系统的控制效果和故障的诊断的效率，影响到故障发生时能不能快速解决和解决之后能不能快速恢复供暖。因此供暖管网泄露故障诊断的研究具有十分重要的现实意义。
　　1 城市供热系统中供热管网泄露的主要原因
　　城市人口巨大、居住密集、建筑物体量大，因此与城市建设相配套的供热设施系统也就相当的复杂和庞大，供热系统中的管网破漏的成因有多种，但是主要归因有管道破损和元部件故障引起的泄露。
　　1.1 管道故障引起的管网泄露
　　供热管道长时间处于不利的自然环境当中，会发生不同程度的腐蚀。以下分别来介绍管道腐蚀的种类和起因：
　　电腐蚀：水在供热管道的金属表面覆盖成为水膜，会有氧气和二氧化碳等溶解其中，这就变成了以供热金属管道为负极的原电池，时间一长供热管道金属就会被腐蚀掉;化学反应腐蚀。
　　化学腐蚀与电腐蚀不同，其不会形成电流，供热管道金属材料会与外界气体和一些非电解杂质直接反应，从而消耗管道金属最终削弱金属管壁形成泄漏点。
　　供热管道的温度较高加速了腐蚀破坏，另外腐蚀速度还与管径的大小有关系，管径越小管道越容易发生腐蚀破坏。在供热管道泄漏故障中，因为供热管道腐蚀而发生的管道泄漏占据多数。供热管道管网泄露成因中，除了腐蚀引起的另一主要成因是接口裂缝。我们知道供热管道线路很长，一般情况供热管道铺设在地下，把每一段的金属管道通过焊接连接，一条供热管线会有很多个焊接接缝，如果各别焊缝质量不好，会因为温度应力和反复承受车辆荷载而产生裂缝最终导致泄露。[1]
　　1.2 供热管线中元部件故障引起的管网泄露
　　供热管网是一个复杂的综合程度高的系统，管道线路中会有不同的元部件，主要的元部件包括阀门类和补偿器、法兰等附件，这些部件发生故障很容易引起供热管网发生泄露。这些元部件的故障主要由阀门的锈蚀、法兰连接不严而导致泄露，还有补偿器因为其多采用不锈钢制成，容易与水中的氯离子产生化学反应而发生腐蚀，腐蚀严重将引起供热管网的泄露。另外在正常运行的管网遇到停电导致泵体停止工作，也容易对管线的元部件产生水压冲击，对元部件的耐久性和正常使用也是不利的。
　　2 常用的管网泄露检测诊断技术
　　随着科学技术水平的提升，人们已经运用多学科综合技术对管网故障进行诊断，下面我们介绍一下两类常用的管网泄露检测技术：
　　2.1 基于物理原理的管网泄漏检测诊断技术
　　要想快速准确的找到供热管道的泄漏点位置可以采取类似无损检测的办法，利用声、光、热进行管道检测，通过产生的物理现象，利用物理原理做出诊断。主要的检测诊断方法主要有如下几种：
　　听漏法，其原理是：如果管道发生泄露，它的声音频率会与正常管道不同，检测人员根据经验来判断管道是否泄露和泄露的位置;
　　声波检测法，利用超声波反射成像判断异常，此种方法简单但是受周围环境影响较大，抗干扰能力差;
　　光纤检漏法，其原理是：在供热管道周围布置光栅传感器，这种传感器可以感知周围的温度变化，当供热管道发生泄露时，热量会在泄漏点流出，这回引起泄漏点周围的土体温度增高，而传感器会检测到局部位置温度升高的情况，传感器的信号会被检测端收集到，从而锁定了管道的泄露位置，处理器会根据异常信号发出警报;
　　红外线成像法，其原理是：当热量泄露出管道之外时，会对外辐射能量，而布置在管道之外的红外线探测装置会间断的对一定区域拍照，通过照片判断异常，如果发现异常，基本可以判断出泄露位置，此种方法高效准确抗干扰能力强，但是成本较大。
　　2.2 动态监测供热管道相关参数的诊断技术
　　信息时代、人工智能时代的到来，使得供热管网泄露检测变得更加自动化智能化，可以利用供热管道的流量参数、压力参数等的数据进行采集，利用计算机相应软件判断参数的变动情况，实行实时检测，人们可以通过软件输出的曲线图表直观的观察整个供热系统的运行情况，当发生供热管道泄漏故障时，相应的参数会发生变化，软件通过相应的理论公式，计算出故障的位置和判断出故障等级的大小。[2]
　　3 新型的供热管网泄漏故障诊断方法
　　3.1 模糊理论诊断检测
　　模糊理论是利用一些不是十分精确的信息数据，进行综合分析判断的方法，在供热系统中各种参数的变化不能十分确定一定有故障出现，具有不确定性，利用这种模糊的信息和管道发生泄露征兆的信息进行比对，可以大概率的判断出管道是否出现故障。传统的模糊推理系统只能依靠专家的知识经验选定模糊隶属度函数和模糊规则，而供热管网系统一般都比较复杂，环境影响因素较多，仅依靠专家经验建立的模糊推理系统很难得到满意的诊断结果。可以把神经网络应用到模糊推理系统中，发挥神经网络的自适应自学习能力，能够进行复杂的逻辑操作和非线性映射。通过对神经网络的训练学习，自动产生并不断的修正得到最佳的模糊隶属度函数及模糊规则，避免了传统模糊推理系统易受到人的主观意识影响的缺陷，从而提高管网泄漏诊断系统的准确性。
　　3.2 神经元网络诊断检测
　　根据BP神经网络模型实际结构状况及维修需求，可将其进行两方面划分，一级网络主要对供热管网相应泄漏管段进行诊断，二级网络主要对泄漏量进行测量及定位泄漏点。上述两级网络模型均采用BP神经网络模型。其依据各个监测点相应的力变化状况，确定一、二级网络的输入故障特征向量;经过多次反复试算，确定含层节点数;各个管段所存在的发生泄露概率状况，可作为一级网络具体的故障向量，对于二级网络的输出层来讲，其主要包含有两个神经元及漏水位置等。漏水位置就是将管段相应起点位置与该漏水点位置之间的距离，与高管段总的长度值所具有的比值，而对于泄漏量，其主要是热网总循环水量与泄水之间的比值。在实际应用过程中，学习速率、网络结构及受训练样本等因素，对整个BP神经网络泄漏诊断模型具有一定影响。[3]
　　4 结语
　　供热管网的使用时间越长，越容易因为物理因素和化学反应而出现局部管道破损导致供热管道泄露的发生。我们通过上文已经知道了管道泄漏的成因，这样我们可以从源头上采取相应的预防保护措施，例如加强供热管道的防腐处理、管道铺设位置不易过浅，焊缝处和受力较大的部位采取保护措施、工程施工的时候注意严控施工质量。除了事前的预防，在常年的使用中要重视供热管道的故障检测，根据实际情况采取相适应科学的检测方法，这样才能快速准确的诊断出故障的发生部位，减少故障持续的时间，最大程度的减少经济损失和提高居民的冬季供暖体验。今后也要加大供热管网系统的泄露故障诊断研究，来不断提升我国城市供暖系统的建设。
　　参考文献：
　　[1]张建军.供热管网泄漏故障诊断技术的研究[J].山西建筑，2014，40（11）：137-139.
　　[2]任发亮.供热管网泄漏故障诊断的思考[J].山西建筑，（28）：124.
　　[3]尹军.供热管网泄漏故障诊断的思考[J].环球市场，（8）.
　　作者简介：毛恩志（1981-），男，汉族，黑龙江明水县人，本科，助理工程师，目前从集中供热高温水管网安全方面的研究。

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