關于城市供熱管網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，具有更加環保、能源利用率高、取暖效果好、安全性高等優勢。供熱系統管網如果在供暖運行過程中，發生故障會直接影響廣大居民的正常生活，并會帶來很大的經濟損失，我國北方冬季不時會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濟損失，我們需要擁有一套成熟的供熱管網故障診斷技術，來快速發現泄露位置，達到快速解決故障的目的。本文對供熱管網的泄露故障診斷進行探討分析，供有關人員參考。

關鍵詞：供暖系統;管網泄漏;故障診斷

每年的冬季在我國的北方肯定會有關于取暖問題的新聞發生，這說明人們非常重視供暖問題，也說明供暖系統故障尤其是管網泄露等故障時有發生，有關部門對此問題非常重視。在我國北方城市中都會建立各自的集中供暖系統，隨著城市的不斷發展，城市人口數量逐年增加，對于供暖的需求也越來越大，集中供暖系統不斷擴延，城市的整體供暖系統也越來越綜合，城市供暖系統非常龐大和復雜，系統的控制效果和故障的診斷的效率，影響到故障發生時能不能快速解決和解決之后能不能快速恢復供暖。因此供暖管網泄露故障診斷的研究具有十分重要的現實意義。

1 城市供熱系統中供熱管網泄露的主要原因

城市人口巨大、居住密集、建筑物體量大，因此與城市建設相配套的供熱設施系統也就相當的復雜和龐大，供熱系統中的管網破漏的成因有多種，但是主要歸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泄露

供熱管道長時間處于不利的自然環境當中，會發生不同程度的腐蝕。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極的原電池，時間一長供熱管道金屬就會被腐蝕掉;化學反應腐蝕。

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

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系，管徑越小管道越容易發生腐蝕破壞。在供熱管道泄漏故障中，因為供熱管道腐蝕而發生的管道泄漏占據多數。供熱管道管網泄露成因中，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，一條供熱管線會有很多個焊接接縫，如果各別焊縫質量不好，會因為溫度應力和反復承受車輛荷載而產生裂縫最終導致泄露。[1]

1.2 供熱管線中元部件故障引起的管網泄露

供熱管網是一個復雜的綜合程度高的系統，管道線路中會有不同的元部件，主要的元部件包括閥門類和補償器、法蘭等附件，這些部件發生故障很容易引起供熱管網發生泄露。這些元部件的故障主要由閥門的銹蝕、法蘭連接不嚴而導致泄露，還有補償器因為其多采用不銹鋼制成，容易與水中的氯離子產生化學反應而發生腐蝕，腐蝕嚴重將引起供熱管網的泄露。另外在正常運行的管網遇到停電導致泵體停止工作，也容易對管線的元部件產生水壓沖擊，對元部件的耐久性和正常使用也是不利的。

2 常用的管網泄露檢測診斷技術

隨著科學技術水平的提升，人們已經運用多學科綜合技術對管網故障進行診斷，下面我們介紹一下兩類常用的管網泄露檢測技術：

2.1 基于物理原理的管網泄漏檢測診斷技術

要想快速準確的找到供熱管道的泄漏點位置可以采取類似無損檢測的辦法，利用聲、光、熱進行管道檢測，通過產生的物理現象，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：如果管道發生泄露，它的聲音頻率會與正常管道不同，檢測人員根據經驗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，當供熱管道發生泄露時，熱量會在泄漏點流出，這回引起泄漏點周圍的土體溫度增高，而傳感器會檢測到局部位置溫度升高的情況，傳感器的信號會被檢測端收集到，從而鎖定了管道的泄露位置，處理器會根據異常信號發出警報;

紅外線成像法，其原理是：當熱量泄露出管道之外時，會對外輻射能量，而布置在管道之外的紅外線探測裝置會間斷的對一定區域拍照，通過照片判斷異常，如果發現異常，基本可以判斷出泄露位置，此種方法高效準確抗干擾能力強，但是成本較大。

2.2 動態監測供熱管道相關參數的診斷技術

信息時代、人工智能時代的到來，使得供熱管網泄露檢測變得更加自動化智能化，可以利用供熱管道的流量參數、壓力參數等的數據進行采集，利用計算機相應軟件判斷參數的變動情況，實行實時檢測，人們可以通過軟件輸出的曲線圖表直觀的觀察整個供熱系統的運行情況，當發生供熱管道泄漏故障時，相應的參數會發生變化，軟件通過相應的理論公式，計算出故障的位置和判斷出故障等級的大小。[2]

3 新型的供熱管網泄漏故障診斷方法

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據，進行綜合分析判斷的方法，在供熱系統中各種參數的變化不能十分確定一定有故障出現，具有不確定性，利用這種模糊的信息和管道發生泄露征兆的信息進行比對，可以大概率的判斷出管道是否出現故障。傳統的模糊推理系統只能依靠專家的知識經驗選定模糊隸屬度函數和模糊規則，而供熱管網系統一般都比較復雜，環境影響因素較多，僅依靠專家經驗建立的模糊推理系統很難得到滿意的診斷結果。可以把神經網絡應用到模糊推理系統中，發揮神經網絡的自適應自學習能力，能夠進行復雜的邏輯操作和非線性映射。通過對神經網絡的訓練學習，自動產生并不斷的修正得到最佳的模糊隸屬度函數及模糊規則，避免了傳統模糊推理系統易受到人的主觀意識影響的缺陷，從而提高管網泄漏診斷系統的準確性。

3.2 神經元網絡診斷檢測

根據BP神經網絡模型實際結構狀況及維修需求，可將其進行兩方面劃分，一級網絡主要對供熱管網相應泄漏管段進行診斷，二級網絡主要對泄漏量進行測量及定位泄漏點。上述兩級網絡模型均采用BP神經網絡模型。其依據各個監測點相應的力變化狀況，確定一、二級網絡的輸入故障特征向量;經過多次反復試算，確定含層節點數;各個管段所存在的發生泄露概率狀況，可作為一級網絡具體的故障向量，對于二級網絡的輸出層來講，其主要包含有兩個神經元及漏水位置等。漏水位置就是將管段相應起點位置與該漏水點位置之間的距離，與高管段總的長度值所具有的比值，而對于泄漏量，其主要是熱網總循環水量與泄水之間的比值。在實際應用過程中，學習速率、網絡結構及受訓練樣本等因素，對整個BP神經網絡泄漏診斷模型具有一定影響。[3]

4 結語

供熱管網的使用時間越長，越容易因為物理因素和化學反應而出現局部管道破損導致供熱管道泄露的發生。我們通過上文已經知道了管道泄漏的成因，這樣我們可以從源頭上采取相應的預防保護措施，例如加強供熱管道的防腐處理、管道鋪設位置不易過淺，焊縫處和受力較大的部位采取保護措施、工程施工的時候注意嚴控施工質量。除了事前的預防，在常年的使用中要重視供熱管道的故障檢測，根據實際情況采取相適應科學的檢測方法，這樣才能快速準確的診斷出故障的發生部位，減少故障持續的時間，最大程度的減少經濟損失和提高居民的冬季供暖體驗。今后也要加大供熱管網系統的泄露故障診斷研究，來不斷提升我國城市供暖系統的建設。

參考文獻：

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

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

[3]尹軍.供熱管網泄漏故障診斷的思考[J].環球市場，（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安全方面的研究。