Smartball智能球滲漏檢測系統(tǒng)在污水管道中的應(yīng)用

王玉瀟 郭留術(shù) 王玉冰

（1.中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州450001；2.天津大學(xué) 建筑工程管理學(xué)院，中國 天津300000）

污水管道埋入地下，由于受地理環(huán)境、污水介質(zhì)等諸多復(fù)雜因素的影響，隨著年限的推移，會逐漸出現(xiàn)管道裂縫、滲漏等現(xiàn)象。污水管道的滲漏不僅污染環(huán)境，而且嚴(yán)重時可能造成路面塌陷、房屋圍墻倒塌，嚴(yán)重威脅人民的生命財產(chǎn)安全。目前，通常采用CCTV檢測方法對污水管道滲漏進(jìn)行檢測，但是這種方法無法對微小滲漏進(jìn)行檢測，只對較大的滲漏點(diǎn)才能觀測到。由加拿大的Pure Technologies Ltd-Abu Dhabi公司提供的Smartball智能球泄露檢測系統(tǒng)應(yīng)用于污水管道中，很好地解決了對管道中微小滲漏進(jìn)行檢測和定位的問題。

1 Smartball簡介

Smartball是以聲波檢測技術(shù)為基礎(chǔ)，通過對壓力管道中滲漏水流或氣體異常聲波的檢測，而對微小滲漏進(jìn)行識別和定位的一項(xiàng)技術(shù),其主要包括智能球、主機(jī)、聲波接收器（SBR）。其中智能球是此檢測系統(tǒng)的核心部件，智能球是一個裝有聲波傳感器的專門用來檢測滲漏點(diǎn)的球體，它由一個緊密的鋁合金芯構(gòu)成，其中包括電源、電子儀器、聲波傳感器、三軸加速器、三軸磁力計、GPS同步超聲波發(fā)射器、數(shù)據(jù)存儲器、溫度傳感器。鋁合金芯外包一層氨基甲酸乙酯球殼，從而保證了結(jié)構(gòu)的密封性和抗腐蝕性。檢測時，將智能球裝在一個泡沫保護(hù)外殼里，這樣可使裝置在沿管線推進(jìn)過程中擴(kuò)大和管壁的接觸面。

圖1 Smartball、泡沫保護(hù)殼及聲波接收器

Smartball由發(fā)球設(shè)備進(jìn)入管道后，隨介質(zhì)在管道內(nèi)滾動前進(jìn)，其在管道中移動的位置，對于滲漏的定位起著至關(guān)重要的作用。圖2中是一個聲波傳感器，將其固定在管線中，通過同軸電纜連接到Smartball的接收器上。對于Smartball的追蹤以及滲漏的定位，我們采用特殊的技術(shù)方法處理。

1）球體運(yùn)動：Smartball在沿管線移動過程中發(fā)出超聲波，通過球體發(fā)出超聲波到接收器接收的時間，通過嚴(yán)密計算來對球體進(jìn)行定位。最重要的是，球體在運(yùn)動過程中，接收器通過發(fā)生點(diǎn)能夠非常及時的確定球體的位置，這對滲漏點(diǎn)的定位非常有效。

2）滲漏位置的確定:一旦懷疑有滲漏，通過分析Smartball通過管道位置時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對滲漏進(jìn)行定位。通過Smartball自身攜帶的加速度數(shù)據(jù)儀所測定的數(shù)據(jù)，用曲線擬合SBR接收點(diǎn)而建立速度變化圖，通過時間的變化確定準(zhǔn)確的距離，這就能對滲漏進(jìn)行定位。這些從SBR上接收的帶有時間的數(shù)據(jù)就可以確定出絕對的位置。

圖2 聲波傳感器

2 Smartball在實(shí)際工程中的應(yīng)用

2.1 工程背景

阿曼馬斯喀特污水收集工程位于阿曼首都馬斯喀特市，是當(dāng)?shù)卣顿Y的重要項(xiàng)目之一。2004年中國水電建設(shè)集團(tuán)中標(biāo)該項(xiàng)目。該項(xiàng)目起初橫跨 5個城區(qū)，主要工程包括：250km長、管徑為 1000~ 2000mm GRP排水主干線管道鋪設(shè)；250km長、管徑為160~800mm的PVC直線管道鋪設(shè)；建設(shè)流量為2000m3/s、水頭為59m的中央污水泵站一座和流量為200m3/s、水頭為20m的泵站兩座以及大約300km的pvc入戶連接和灌溉管道鋪設(shè)。2007年合同變更后，施工面積大約為20平方公里，施工區(qū)域主要為Ghubrah和Azaibah兩個區(qū)域，主要工程量包括：351.1km的管道施工，其中包括大約7km長、管徑為1000~ 2000mm的GRP排水主干線管道鋪設(shè)以及160~800mm支線管道鋪設(shè)；流量為2000m3/s、水頭為59m的中央污水泵站一座。

2012年9月對從泵站到18#大街直徑為600mm的GRP管線（AV4~WO5）進(jìn)行滲漏檢測，此段管線修建于2009年，管線長度為2365.8m，管道內(nèi)實(shí)際壓力為4bar-8bar。由發(fā)球筒將帶有泡沫球殼內(nèi)的球體通過AV4檢查井上的6寸法蘭進(jìn)入管道，利用SBR進(jìn)行檢測以確保Smartball順利進(jìn)入管道中，球體在水流作用下沿著管線移動，最后在WO5檢查井處由收球筒收回。此段檢測共歷經(jīng)4小時10分鐘，其中檢測到4處聲波異常，經(jīng)過判斷為滲漏。滲漏點(diǎn)位置情況詳見表1。

小滲漏量大約為0-7.5L/min，中等滲漏量大約為7-37.5L/min，滲漏量大于37.5L/min為大滲漏量。

表1 Smartball所檢測的AV4～WO5段的滲漏位置

在整個運(yùn)行過程中，Smartball的壓力傳感器所探測和實(shí)時記錄的數(shù)據(jù)為工作人員提供了重要的信息。另外，其內(nèi)部的三維加速計也有助于確定其在管道中的位置以及球體在管道中的運(yùn)行情況，這同樣也為工作人員識別流量中斷的位置以及球體離開和到達(dá)收發(fā)筒的時間等提供了重要的信息。

3 小結(jié)

Smartball在歐美多個國家管道檢測中成功應(yīng)用，且效果頗佳。此次，在污水管線中的應(yīng)用是本項(xiàng)目首次采用這種先進(jìn)技術(shù)，效果良好。Smartball技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1）Smartball對于大直徑管線（直徑大于300mm甚至超過2400mm）可以進(jìn)行滲漏檢測，傳統(tǒng)的檢測技術(shù)對于大直徑管線的滲漏檢測有諸多限制，尤其是檢測環(huán)境對認(rèn)為活動的限制；

2）Smartball檢測技術(shù)不受管材的影響；

3）檢漏精度高，Smartbll在管道運(yùn)動過程中通過聲敏元件進(jìn)行滲漏檢測，管內(nèi)壓力在3bar以上時，能檢測出最小滲漏0.1L/min；

4）效率高，一次可以進(jìn)行長達(dá)12個小時的檢測。

由于Smartball的先進(jìn)技術(shù)及優(yōu)點(diǎn)為項(xiàng)目部進(jìn)行管道滲漏檢測及修補(bǔ)節(jié)約了大量的時間。