供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的思考

任 發(fā) 亮

(山西建筑工程(集團(tuán))總公司，山西 太原 030002)

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供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的思考

任 發(fā) 亮

(山西建筑工程(集團(tuán))總公司，山西 太原 030002)

論述了供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的重要性，介紹了供熱管網(wǎng)泄漏故障出現(xiàn)的不同原因，重點(diǎn)闡述了傳統(tǒng)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法以及人工智能診斷方法，以期為相關(guān)的理論研究和實(shí)踐工作提供借鑒。

供熱管網(wǎng)，故障診斷，人工智能技術(shù)，管道，閥門(mén)

1 供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷概述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)于生活水平以及生活質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求。原先傳統(tǒng)的小型供熱方式逐漸被節(jié)能、環(huán)保、便捷的城市集中供熱模式所取代。從目前的供熱實(shí)踐來(lái)看，在我國(guó)達(dá)到冬季采暖要求的大中型城市中，城市集中供熱系統(tǒng)已經(jīng)做到較為全面的覆蓋，甚至在一些縣鎮(zhèn)或者新型農(nóng)村中，較為完善的城市集中供熱系統(tǒng)也得到了建設(shè)。在這個(gè)背景下，供熱管網(wǎng)的表現(xiàn)形式也從傳統(tǒng)的小型鍋爐等熱源轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域鍋爐房以及熱電廠等，供熱的形式也從枝狀管網(wǎng)供熱逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)狀管網(wǎng)供熱。無(wú)論是從供熱能力還是從供熱范圍來(lái)看，如今的管網(wǎng)供熱已經(jīng)得到長(zhǎng)足的發(fā)展。

在供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的逐漸擴(kuò)大的背景下，系統(tǒng)也越來(lái)越復(fù)雜，水力工況等情況的變化也使供熱管網(wǎng)的運(yùn)行受到不小的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致供熱管網(wǎng)泄漏故障的產(chǎn)生。受到運(yùn)行時(shí)間、外界環(huán)境、自然災(zāi)害以及管道材料等因素的影響，各種類型的供熱管網(wǎng)故障頻繁發(fā)生，包括管道內(nèi)外腐蝕、管道下沉、管道焊縫開(kāi)裂以及波紋管道補(bǔ)償器發(fā)生腐蝕破損等。在這些故障中情節(jié)最為嚴(yán)重的就是供熱管網(wǎng)泄漏故障。供熱管網(wǎng)泄漏故障會(huì)引發(fā)眾多惡劣后果，包括熱量損耗以及水資源的流失等，不僅會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成不良影響。因?yàn)楣峁芫W(wǎng)泄漏故障所發(fā)生的時(shí)間以及地點(diǎn)難以追尋，若利用傳統(tǒng)的人工檢漏方式，會(huì)出現(xiàn)耗時(shí)長(zhǎng)、耗力多等缺陷，而且檢漏過(guò)程的準(zhǔn)確性低，可靠性低。為了實(shí)現(xiàn)供熱質(zhì)量的提升，對(duì)供熱系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性以及安全性提供保障，必須努力尋求一種更為科學(xué)合理、安全高效的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)故障診斷準(zhǔn)確性以及高速性的提升。

2 供熱管網(wǎng)泄漏故障出現(xiàn)的原因

為了實(shí)現(xiàn)供熱管網(wǎng)泄漏故障的高效準(zhǔn)確診斷，需要首先對(duì)供熱管網(wǎng)泄漏故障出現(xiàn)的不同原因進(jìn)行探究，由此對(duì)癥下藥。在城市供熱管道運(yùn)行實(shí)踐中，供熱管網(wǎng)泄漏故障出現(xiàn)的原因包括管道故障以及元部件故障兩種。

2.1 管道故障

首先是管道腐蝕。電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕以及雜散電流腐蝕等是主要的管道腐蝕類型。隨著熱媒溫度的提升以及管徑的減小，腐蝕發(fā)生的概率就越大。管道腐蝕是供熱管網(wǎng)泄漏故障類型中較為常見(jiàn)的一種。其次是焊縫破裂。因?yàn)榇蟛糠值墓峁芫W(wǎng)的管道都在地下進(jìn)行敷設(shè)，所以在氣候溫度發(fā)生變化的情況下，會(huì)產(chǎn)生土層的不均勻脹縮和升降現(xiàn)象，最終破壞管道的焊口以及鑄鐵管機(jī)械的接口，導(dǎo)致因?yàn)闅鉁伢E變以及建筑物違章占管線或者重車碾壓等原因?qū)е碌墓艿榔屏熏F(xiàn)象。

2.2 元部件故障

首先是閥門(mén)故障。閥門(mén)發(fā)生損壞的原因包括閥門(mén)閥體腐蝕、閥門(mén)法蘭泄漏等，也包括開(kāi)關(guān)失靈以及絲杠腐蝕等，其中，閥門(mén)閥體腐蝕以及法蘭泄漏是最為常見(jiàn)的原因。其次是補(bǔ)償器的損壞。在補(bǔ)償器中，波紋管補(bǔ)償器是補(bǔ)償器中最容易產(chǎn)生故障的一種類型，因?yàn)檫@種補(bǔ)償器主要以不銹鋼為原材料支撐，水中所含的氯離子會(huì)導(dǎo)致波紋管產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，穿透補(bǔ)償器的多層構(gòu)造，最終出現(xiàn)多層裂開(kāi)現(xiàn)象。

3 傳統(tǒng)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

在傳統(tǒng)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法中，以診斷儀器設(shè)備和應(yīng)用原理的不同為主要依據(jù)進(jìn)行劃分，可以簡(jiǎn)單劃分為以硬件為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法以及以軟件為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法兩種。

3.1 以硬件為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

這種供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法的主要依據(jù)是聲學(xué)和光學(xué)、熱學(xué)基本原理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行檢漏方法的制定和實(shí)踐。主要的方法包括人工檢漏法以及紅外線法和放射性示蹤劑檢漏法等。在早期較為傳統(tǒng)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法中，硬件檢漏被充分重視，人工以及硬件設(shè)備是開(kāi)展供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的主要方式，通過(guò)對(duì)管道管壁以及周圍的相關(guān)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行人工或者設(shè)備監(jiān)測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)故障診斷效果。因?yàn)橛布\斷方法具有靈活輕便以及適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，且造價(jià)成本較低，即使需要安裝設(shè)備，安裝過(guò)程也較為簡(jiǎn)便，所以在早期受到了廣泛的青睞。但是，這種故障診斷方法也有抗干擾能力弱以及診斷結(jié)果不精確等劣勢(shì)。

3.2 以軟件為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)供熱管網(wǎng)的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，在其基礎(chǔ)上，利用某些特定的算法開(kāi)展實(shí)時(shí)分析計(jì)算，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行泄漏具體管道的找出，并且通過(guò)開(kāi)展更為復(fù)雜的計(jì)算，鎖定具體的故障發(fā)生點(diǎn)，分析故障發(fā)生原因。近些年來(lái)，計(jì)算機(jī)以及自動(dòng)控制技術(shù)的飛速發(fā)展為以軟件為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法的運(yùn)用提供了強(qiáng)勁的技術(shù)支撐，以數(shù)學(xué)模型和信號(hào)處理為基礎(chǔ)的各種診斷方法應(yīng)運(yùn)而生，為供熱管網(wǎng)泄漏故障的高效、準(zhǔn)確診斷做出貢獻(xiàn)。

4 人工智能供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)的信息綜合處理能力得到了大幅度的提升，被供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷所采用，成為目前供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷實(shí)踐中的主要研究方向。

4.1 以專家系統(tǒng)為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

最早運(yùn)用于供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的人工智能方法是專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)是由大量的專家經(jīng)驗(yàn)所組成的樣本庫(kù)，能夠有效針對(duì)供熱管網(wǎng)泄漏故障類型和發(fā)生原因進(jìn)行人類專家故障診斷推理和判斷過(guò)程的模擬。供熱管網(wǎng)泄漏故障知識(shí)庫(kù)是專家系統(tǒng)中起核心作用的關(guān)鍵部分，由眾多行業(yè)內(nèi)部專家的長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)累積而成，主觀性較強(qiáng)。專家系統(tǒng)在遇到供熱管網(wǎng)較為復(fù)雜、供熱運(yùn)行狀態(tài)較為多變的情況時(shí)難以發(fā)揮作用，因?yàn)闃O盡完善的專家知識(shí)庫(kù)是不存在的。從目前的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷實(shí)踐來(lái)看，利用專家系統(tǒng)方法開(kāi)展供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的情況已經(jīng)不多見(jiàn)。

4.2 以模糊理論為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

在這種故障診斷方法中，技術(shù)壓力的變化情況被作為供熱管網(wǎng)泄漏故障發(fā)生的前兆，但是缺乏精確的壓力變化衡量指標(biāo)，也就是存在相當(dāng)程度的模糊性。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的模糊推理系統(tǒng)只能夠以專家的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，進(jìn)行模糊規(guī)則的選取，所以在遇到較為復(fù)雜、環(huán)境影響因素較為繁多的供熱管網(wǎng)時(shí)，較為滿意的診斷效果很難達(dá)成。在這種情況下，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入到這種故障檢測(cè)方法中，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力進(jìn)行充分的利用，能夠?qū)崿F(xiàn)模糊規(guī)則的不斷修正，有效避免傳統(tǒng)模糊理論下主觀因素較多的缺陷，有效提升供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷精度和速度。

4.3 以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

雖然我國(guó)對(duì)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究起步較晚，但是相關(guān)領(lǐng)域的研究發(fā)展迅速，已經(jīng)出現(xiàn)廣泛的多學(xué)科交叉研究現(xiàn)象，不斷擴(kuò)大應(yīng)用范圍。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的并行計(jì)算能力以及自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力都能夠?yàn)楣峁芫W(wǎng)泄漏故障診斷提供有效服務(wù)。但是，在供熱管網(wǎng)較為復(fù)雜、供熱管網(wǎng)泄漏故障較多時(shí)，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法也有容易陷入局部極小值的劣勢(shì)，影響診斷精度。

對(duì)供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的諸多問(wèn)題開(kāi)展深入研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。

[1] 雷翠紅,鄒平華.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷中的應(yīng)用[J].東南大學(xué)學(xué)報(bào)(英文版),2010,26(2):173-176.

[2] 周守軍,郭 敏,孫浩森，等.熱水集中供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷模型[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2013,43(4):105-110.

[3] 段蘭蘭,田 琦,段鵬飛，等.基于遺傳優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的供熱管網(wǎng)故障診斷模型[J].中北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,35(3):303-308.

Consideration on heat-supply network leakage fault diagnosis

Ren Faliang

(ShanxiBuildingEngineering(Group)Corporation,Taiyuan030002,China)

The paper discusses the importance of heat-supply network leakage fault diagnosis, introduces different heat-supply network leakage fault causes, describes traditional heat-supply network leakage fault diagnosis methods and Artificial Intelligence Technology diagnosis method with a view to provide some guidance for relevant theory research and practice.

heat-supply network, fault diagnosis, AIT(Artificial Intelligence Technology)， pipeline, valve

1009-6825(2016)28-0123-02

2016-07-20

任發(fā)亮(1981- )，男，工程師

TU833

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