張 宇 黃 輝

（中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

Zhang Yu Huang Hui

(China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)

地下水管網(wǎng)不僅是石化企業(yè)生產(chǎn)和生活用水的生命線，更是石化企業(yè)安全生產(chǎn)的重要保障。當(dāng)?shù)叵滤芫€發(fā)生泄漏時(shí)，就會(huì)直接影響到石化企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)消防水線泄漏時(shí)，遭遇突發(fā)狀況，水壓不足，提壓困難，就會(huì)失去安全保障的作用。當(dāng)?shù)€泄漏時(shí)，不僅給廠內(nèi)員工的生活帶來不便，而且還要付出昂貴的水單；當(dāng)循環(huán)水線泄漏時(shí)，不僅導(dǎo)致水中添加的防腐藥劑白白流失，而且還會(huì)給生產(chǎn)設(shè)備帶來嚴(yán)重的損害。為此，對于石化企業(yè)的水管網(wǎng)泄漏檢測是一項(xiàng)長期而又艱巨的任務(wù)，是一個(gè)普遍而又難以徹底解決的問題，任重而道遠(yuǎn)。

1 管道泄漏原因

管道漏水的規(guī)律是由暗漏到明漏，有時(shí)暗漏的水流入河道、下水道或電纜溝后則始終成不了明漏。一般造成漏水的原因有很多中，但常見的原因有如下所列：

1.1 管材的質(zhì)量

金屬管道在生產(chǎn)、裝卸過程中易產(chǎn)生裂縫、沙眼，防腐層不完整等；而塑料管的缺點(diǎn)是管壁厚薄不均勻，抗老化性能差，抗應(yīng)力弱等。

1.2 管道的腐蝕、老化

管道隨著使用時(shí)間的年限增長，受地下土質(zhì)酸堿程度的影響，會(huì)慢慢地腐蝕老化，特別是鍍鋅鋼管、鑄鐵管、水泥管等老化現(xiàn)象比較嚴(yán)重。

1.3 接口質(zhì)量

有些管道為水泥接口，這類接口剛性強(qiáng)，氣溫變化時(shí)，易引起水管收縮或膨脹斷裂。或在管道不均勻沉降時(shí)引起徑向裂開。在接口過程中，如果填料不均勻，打口水泥敲打得不密實(shí)，則管道在正常工作時(shí)也會(huì)出現(xiàn)接口漏水。

1.4 閥門銹蝕、磨損而漏水

管道元件質(zhì)量不合格，閥門盤根不嚴(yán)，導(dǎo)致閥桿處常少量漏水；閥門使用一段時(shí)間后，易老化、銹蝕、磨損等原因造成閥門漏水；消防栓質(zhì)量較差，操作數(shù)次后就關(guān)不嚴(yán)。

1.5 施工質(zhì)量不規(guī)范

施工過程中基礎(chǔ)未處理好，導(dǎo)致管道不均勻沉降，引起管道斷裂及接口漏水；有的管道不夠平直，接口處錯(cuò)位較多，使接口容易損壞；接口間隙不勻，夾角過大，橡膠圈位置異常引起漏水；施工時(shí)管道受損傷，大石塊回填，竣工驗(yàn)收把關(guān)不嚴(yán)等造成的漏水；有些工程為了搶進(jìn)度，施工技術(shù)不符合規(guī)范要求。[1]

1.6 其他外力引起的漏水

石化廠區(qū)內(nèi)經(jīng)常行駛的大型車輛碾壓，車輛噸位增加，管道動(dòng)載荷增加，使管道松動(dòng)脫節(jié)，焊口開裂等。其他施工單位在沒有查清供水管管位時(shí)，盲目施工人為造成的破壞。系統(tǒng)運(yùn)行誤操作，運(yùn)行故障、局部加壓，導(dǎo)致部分閥門、管道爆裂或輕微損傷。

2 泄漏檢測方法

由于石化廠區(qū)內(nèi)噪音種類繁多，管線復(fù)雜，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際檢測經(jīng)驗(yàn)歸結(jié)，以及國內(nèi)外調(diào)研，目前，主要的檢測方法以音聽檢漏法、相關(guān)檢漏法、區(qū)域泄漏檢測法三種檢測方法效果甚佳。

2.1 音聽檢漏法[2]

檢測主要設(shè)備為聽音桿，聽音桿的原理即為漏水噪音沿著管壁傳遞到桿尖，再傳至桿身，最后經(jīng)振動(dòng)膜和聽桶把音量擴(kuò)大，這樣就可以聽到很遠(yuǎn)的地方音量較小的漏水點(diǎn)了。

2.2 相關(guān)檢漏法[3]

檢測主要設(shè)備為萬能相關(guān)儀，其原理當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，漏水與管道發(fā)生摩擦產(chǎn)生漏水聲音，漏聲沿管道從漏點(diǎn)向兩端傳播，把兩個(gè)傳感器放在漏點(diǎn)兩邊的管道暴露部位上，漏聲信號傳到兩個(gè)傳感器的時(shí)間有一個(gè)差值Td（也叫作延遲時(shí)間）。這樣利用延遲時(shí)間Td就可以推算出漏點(diǎn)到較近傳感器的距離L，這個(gè)距離并不是簡單的直線距離，而是沿管線的具體長度。

設(shè)兩傳感器之間距離為D，則有

D代表管道總長；V代表漏聲沿管道傳播速度；Td代表時(shí)間差。特殊情況：當(dāng)Td為零時(shí)，漏點(diǎn)在中間或中心相關(guān)；當(dāng)Td為負(fù)值時(shí)，漏點(diǎn)在管道兩端的外側(cè)。如圖1所示。

圖1 相關(guān)檢漏示意圖

2.3 區(qū)域泄漏檢測法

檢測主要設(shè)備為多探頭相關(guān)儀組合，根據(jù)現(xiàn)場情況需要和配置組裝成2～192個(gè)探頭組合，能夠記錄檢測區(qū)域的多項(xiàng)漏水聲，一次檢測就可完成一定區(qū)域內(nèi)的漏水點(diǎn)定位，提高了檢測效果和準(zhǔn)確率。

3 漏水噪聲的物理特性

對于上述幾種檢測方法，都是針對泄漏點(diǎn)處漏水噪聲的采集與分析，因此，對漏水噪聲特性的探索與研究更尤為重要。

3.1 漏水噪聲的產(chǎn)生

地下壓力管道發(fā)生漏水時(shí)，產(chǎn)生3種可識別噪聲：

1）由于漏孔壓力下降，存在內(nèi)外壓力差引起的管道振動(dòng)及共振噪聲。

2）漏水沖擊周圍土壤產(chǎn)生的噪聲。

3）漏水在周圍孔穴中流動(dòng)及環(huán)流產(chǎn)生的噪聲。

3.2 漏水噪聲的特點(diǎn)

漏水引起的管道振動(dòng)及共振噪聲通常是聲音最大或聲強(qiáng)最強(qiáng)的漏水噪聲，聽起來為非常尖銳的“滋滋”聲。其頻率通常為300～2500Hz。

漏水沖擊周圍土壤產(chǎn)生的噪聲和漏水在周圍孔穴中流動(dòng)及環(huán)流產(chǎn)生的噪聲通常較弱，只有在接近漏點(diǎn)處才可聽到。其頻率通常為100～800Hz。

漏水直接沖擊周圍土壤產(chǎn)生的噪聲聽起來是一種敲打聲或顆粒碰撞聲。漏水在周圍孔穴中流動(dòng)及環(huán)流產(chǎn)生的噪聲聽起來像潺潺的小溪或山澗溪流流動(dòng)的聲音。

3.3 影響漏水噪聲的因素

有多種因素影響在管道中傳播以及傳播到地面的漏水噪聲的聲強(qiáng)和頻率范圍：

1）漏水噪聲與水壓的關(guān)系：

漏水噪聲的聲強(qiáng)與管道內(nèi)的水壓成正比例(存在極限值，大約為0.3MPa)。

2）漏水噪聲與管材的關(guān)系：

與PVC管或水泥管相比，通過金屬管道（例如鐵管、銅管和鋼管）傳播的漏水噪聲的聲強(qiáng)更大且頻率更高。因而清楚管道的管材十分重要。

3）漏水噪聲與漏孔的大小、形狀、部位的關(guān)系：

漏孔越大噪聲越大，但斷管時(shí)，斷管后部可能沒水而沒有聲音，漏孔形狀不規(guī)則或?yàn)榱芽p時(shí)噪音大，漏水在管道接口時(shí)，特別接口為柔性材料時(shí)噪音小。

在許多大學(xué)生英語語用能力研究報(bào)告中，表明了工科與文科學(xué)生在語用能力上存在著一定的差異。工科學(xué)生的英語水平具有較強(qiáng)的一致性，語用能力相對于文科生來說較弱一些。導(dǎo)致出現(xiàn)語用失誤的原因主要是兩點(diǎn)，一是說話人措辭不當(dāng)導(dǎo)致聽話人誤解了話語的意思；二是聽話人誤解了說話人要表達(dá)的意思。而工科院校的英語學(xué)習(xí)者因?yàn)檩^少與人進(jìn)行英語交流，更多的是使用閱讀理解的能力，導(dǎo)致聽說能力相對薄弱，使得更容易出現(xiàn)語用失誤。因此，教師在進(jìn)行英語教學(xué)中，要充分地意識到這點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的語用意識，在注重語言基礎(chǔ)知識的同時(shí)傳授語用知識[2]。

4）漏水噪聲與管徑的關(guān)系：

與小口徑管道相比，大口徑管道，無論是PVC、水泥、鋼還是鐵管，傳播的漏水噪聲的聲強(qiáng)較小且頻率較低。

5）漏水噪聲與土壤介質(zhì)的關(guān)系：

沙土和疏松土壤，特別是新鋪管道的土壤，傳播漏水噪聲的性能較差，像泥地和濕地等含水量大的土壤也是如此。堅(jiān)硬、密實(shí)的土壤傳播漏水噪聲的性能較好。

土壤對漏水噪聲的吸收速度很快，以至于很難聽到2～2.5m深的漏水噪聲。如果漏點(diǎn)在積水面以下，則只能在地面聽到0.9～1.2m深的漏水噪聲。當(dāng)管道深2～2.5m時(shí)，只有漏點(diǎn)較大且水壓較高從而能夠產(chǎn)生足夠的噪聲時(shí)才能在地面聽到漏水噪聲。

6）漏水噪聲與地面介質(zhì)的關(guān)系：

地面是瀝青路面、松散土壤、水泥板還是草坪，對聽音也有著重要的差別。硬質(zhì)路面和混凝土路面可與漏水噪聲產(chǎn)生共振，因而可以聽到1.5～3.0m深的漏水噪聲；而草地和松散土壤沒有可產(chǎn)生共振的板狀表面。大部分噪音為沿管壁傳播的漏水噪聲。

3.4 漏水噪聲的傳播距離

金屬管特別是150～300mm的銅管和鋼管向漏點(diǎn)兩側(cè)傳播的漏水噪聲的距離可達(dá)幾百米，而水泥管和PVC管傳播距離較近，漏水噪聲僅能傳播30～120m。同管材一樣，漏水噪聲的傳播距離與管徑成反比例：

表1 漏水噪聲的傳播距離

因此清楚了解管材和管徑后就可以知道漏水噪聲沿管壁傳播的大概距離。

4 相關(guān)儀的使用

4.1 相關(guān)儀的組成

4.2 相關(guān)儀的使用技巧

1）傳感器跟管道需接觸良好，在接觸處應(yīng)除銹、除泥、除防腐保護(hù)層等。

2）兩傳感器之間的相關(guān)距離最好在200m以內(nèi)，塑料管道最好在100m以內(nèi)。

3）為保證無線連接信號的穩(wěn)定，最好使發(fā)射機(jī)高于地面30cm。

4）當(dāng)閥門井內(nèi)充滿水或污泥時(shí)，最好先抽水或清井，以便能吸附的更好。

5）檢測管道的閥門有漏水時(shí)，最好能先修復(fù)明漏后再作檢測。

6）測量的漏水點(diǎn)跟三通或彎頭重合時(shí)，需謹(jǐn)慎對待。

7）可以用播放功能，對播放的聲音進(jìn)行放大，以便能聽到很弱的漏水聲。

4.3 相關(guān)儀的分析技巧

1）聲音信號分析。

有漏水聲音時(shí)，聲音信號應(yīng)該是“強(qiáng)度級數(shù)大、密集、強(qiáng)度均勻”，否則信號“強(qiáng)度小、稀疏、強(qiáng)度不均勻”。

2）頻譜信號分析。

有漏水頻譜時(shí)，一般金屬管道漏頻譜在100～1500Hz，非金屬管道在0～300Hz。如果頻譜超2000Hz以上一般為干擾信號（也有可能是由于無線通訊信號弱所致）。如果有高頻譜為單一的一條線一般為電流干擾，可通過陷波設(shè)置來消除50Hz、60Hz的干擾。

3）相干函數(shù)分析。

相干函數(shù)是指兩個(gè)傳感器采集的頻譜信號是否來自同一信號源，用來判斷兩端的傳感器是否可以同時(shí)采集到漏水聲音。如果管道上沒有漏水、傳感器沒有放置在同一跟管道上或一側(cè)傳感器采集不到漏水音，那么相干頻譜就會(huì)比較低。

4）濾波設(shè)置。

如果確實(shí)有漏水，但測量結(jié)果不太好，可手動(dòng)設(shè)置濾波重新計(jì)算。按“相關(guān)-演算方法”設(shè)置濾波范圍，此范圍可通過“相干函數(shù)”的結(jié)果來設(shè)置。

5）離線分析。

對保存的結(jié)果可以離線分析，操作方式和采集相同。打開文件-輸入?yún)?shù)-選擇重新相關(guān)保存的信號即可出現(xiàn)結(jié)果。

6）查看或生成報(bào)告。

按“報(bào)告”按鈕，可以直接查看或生成報(bào)告，報(bào)告可以生成Excel格式。

4.4 漏點(diǎn)探測中的干擾因素及排除

漏點(diǎn)探測中的干擾因素眾多而復(fù)雜，很難面面俱到的解釋清楚，這常常需測漏工作者在具體工作中多總結(jié)、多探索。這里只對一些常見的干擾因素作簡要敘述。

1）正常用水聲和環(huán)境噪聲常給音聽測漏法造成影響。

在測漏時(shí)一般不能中斷供水或另擇環(huán)境，因此這兩種干擾就難以避免。在實(shí)際測漏時(shí)，常用以下一些方法排除用水聲和環(huán)境噪聲的干擾。

（1）可以用延長測試時(shí)間和增加測試次數(shù)的辦法來排除用水或其他瞬時(shí)噪聲；

（2）根據(jù)泄漏聲和噪聲的頻譜差別，選擇合適的濾波范圍和方法排除其他干擾；（3）利用先進(jìn)的分析軟件或分析方法減少干擾；（4）可以選擇夜間或其他環(huán)境噪聲和用水噪聲較少的時(shí)段測漏；

（5）盡量使用防風(fēng)抗干擾設(shè)備。

2）管道狀況不同也常常會(huì)影響音聽測漏。

如三通、彎頭、變徑和相叉會(huì)使管道發(fā)生共振“串聲”給音聽帶來影響。這種情況要仔細(xì)分析管道狀態(tài)、相互關(guān)系、最好有詳細(xì)的管網(wǎng)圖作參照，排除其他干擾，判斷真實(shí)的漏點(diǎn)。

3）其他漏水相似音。

漏水相似音有很多，主要有如下幾種：（1）管內(nèi)流水音。

這種聲音，是流水通過水管內(nèi)，栓閥等突起物時(shí)產(chǎn)生摩擦，在管壁和水中傳播的振動(dòng)音，如閥門不是全開的狀態(tài)下，水流的沖擊音和漏水音幾乎完全沒有區(qū)別。

（2）電力管線產(chǎn)生的回路音。

地下電纜、高架設(shè)壓器、路燈等電力設(shè)備會(huì)產(chǎn)生300Hz以下的低頻噪音，有時(shí)與漏水音極其相近。

（3）其他相似音。

如下水音、汽車行駛音、風(fēng)聲、都市噪音等，給檢漏帶來很多障礙，只要仔細(xì)、并利用經(jīng)驗(yàn)都可判別。

5 工程實(shí)際應(yīng)用

5.1 實(shí)例1（相關(guān)儀與聽音桿配合應(yīng)用）

某石化公司廠區(qū)三催化裝置區(qū)淡水線供水壓力不足，懷疑是否有泄漏產(chǎn)生。檢測人員到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行勘查，對周邊地面閥井進(jìn)行逐一打開，發(fā)現(xiàn)有一處閥井里充滿清水，而該管線正是在該閥井旁通過，準(zhǔn)備利用相關(guān)儀進(jìn)行精準(zhǔn)定位。但發(fā)現(xiàn)該管線可利用加電點(diǎn)較少，且加電點(diǎn)間距離較長，超出設(shè)備規(guī)定管徑下的有效檢測距離，檢測過程困難。

該管線管徑219mm，壓力為0.3MPa，可加電點(diǎn)為ABC三點(diǎn)（見圖2），其中AB間距離120m，BC間距離185m，AC間距離280m，通過實(shí)際檢測BC段與AC段均無泄漏信號，只有AB段有明顯泄漏信號，并且泄漏點(diǎn)距離B點(diǎn)25m處，也正是三通的位置附近，但無法利用其他管段進(jìn)行泄漏驗(yàn)證。用聽音桿對其漏水閥井附近測聽，噪聲通過土壤層傳導(dǎo)，聽到D點(diǎn)處漏水噪音較大，并結(jié)合相關(guān)儀檢測圖譜分析該位置有極大可能，只有AB段符合設(shè)備檢測距離，并有很明顯信號，而D點(diǎn)距離三通處只有10m左右，相關(guān)圖譜（見圖3）顯示在其三通處很有可能是D點(diǎn)處泄漏噪聲傳遞過來的。

圖2 管線路由圖

圖3 相關(guān)函數(shù)圖譜

對其D點(diǎn)進(jìn)行開挖驗(yàn)證，該處確為泄漏點(diǎn)，誤差為0.3m。該泄漏原因?yàn)槁菪缚p焊口開裂，裂口長度近40mm，最終查表所得泄漏量為13t/h。見圖4（該圖為關(guān)閥后的現(xiàn)場取證圖片）。

圖4 開挖泄漏點(diǎn)

5.2 實(shí)例2 （多處漏點(diǎn)泄漏應(yīng)用）

某石化公司氣分罐區(qū)車間淡水線有疑似泄漏，該管線僅為氣分車間生活用水管線，無其他支線，通過查看該車間淡水水表，在車間內(nèi)停止一切生活用水后，水表仍繼續(xù)運(yùn)行，顯然有泄漏點(diǎn)存在。

對管線進(jìn)行相關(guān)儀檢測，該淡水線管徑114mm，壓力0.3MPa，管線路由較為清晰，無支線，選擇一處在水表附近加信號，另一處在車間內(nèi)水龍頭下鋼管加信號，兩端探頭傳感器相距52m，得到相關(guān)圖譜，見圖5。

圖5 相關(guān)函數(shù)圖譜

該相關(guān)圖譜不同于典型泄漏圖譜僅有一處最高波峰值，它有兩處較高波峰值存在，這種情況較為少見，相對于一般情況下，管線沒有泄漏點(diǎn)是不會(huì)有明顯波峰存在的，因此檢測人員為了能定位精準(zhǔn)，查看其相干圖譜（見圖6），確切證明了有漏點(diǎn)存在，初步假設(shè)是否可能存在兩處泄漏點(diǎn)的可能。

圖6 相干函數(shù)圖譜

根據(jù)相關(guān)圖譜指示位置在距藍(lán)色傳感器12.6m處，進(jìn)行開挖驗(yàn)證時(shí)發(fā)現(xiàn)果然存在兩處泄漏點(diǎn)，相距近30mm，均為管體腐蝕穿孔造成，定位偏差幾乎為零。當(dāng)場對泄漏點(diǎn)進(jìn)行帶壓堵漏措施，修復(fù)后計(jì)算泄漏量為14.83t/h。見圖7和圖8。

圖8 管線修復(fù)后

5.3 實(shí)例3（變徑管線的應(yīng)用）

某石化公司二催化循環(huán)水線，該水線穿過二催化裝置區(qū)，并供給裝置區(qū)內(nèi)其他設(shè)備冷卻用水，支線較多，主管線管徑426mm，支線管徑168mm，壓力0.4MPa。由于水管網(wǎng)車間無法縮小泄漏范圍，檢測人員只能對整套裝置進(jìn)行普查，再逐一管線排除。最后鎖定位于一處支線有疑似泄漏。但兩端所加探頭處，分別位于兩種管徑上，為了定位精確，檢測人員必須使用相關(guān)儀中的變徑檢測方法。準(zhǔn)確測得168mm管徑的管線長度4m，426mm管徑的管線長度34.5m，將該參數(shù)輸入相關(guān)儀中，得出相關(guān)圖譜，見圖9。

圖9 相關(guān)函數(shù)圖譜

泄漏點(diǎn)在距離白色傳感器2m處位置（見圖10），開挖驗(yàn)證誤差0.5m。與之前不變換管徑的檢測方法對比，誤差減少了近2.5m。因此，要達(dá)到泄漏點(diǎn)的精準(zhǔn)定位，就必須要建立在對基本參數(shù)的精準(zhǔn)把控上。

圖10 管線開挖時(shí)泄漏

6 結(jié)束語

漏水檢測工作是一項(xiàng)涉及諸多環(huán)節(jié)，并具有耐心和經(jīng)驗(yàn)的探索性工作。探索的特點(diǎn)就體現(xiàn)在漏點(diǎn)是暗藏在地下的，需要通過各種手段和方法去判斷，所以經(jīng)常出現(xiàn)被某些假象誤導(dǎo)的情況，為此要注意一些常見問題，以減少誤判。

1）發(fā)現(xiàn)冒水等明漏現(xiàn)象時(shí)，不要輕易認(rèn)為漏點(diǎn)就在下面，要用音聽手段加以驗(yàn)證。

2）判定漏點(diǎn)和三通、變徑接頭重合時(shí)，不要輕易下結(jié)論，要用其他方法加以驗(yàn)證。

3）有些泄漏是聽不到的，不要因?yàn)槁牪坏骄头穸c(diǎn)的存在。

4）要善于利用手中的其他儀器輔助找漏，例如金屬管道全斷開時(shí)，音聽法往往難以奏效，但利用管線儀的電流測量功能卻可以解決問題。

5）要學(xué)會(huì)分析周圍環(huán)境來幫助找漏，如地面的變形、植被變化、新建構(gòu)筑物或地表其他施工、排水溝等都有可能給我們提供有用的信息。

6）最重要的也是經(jīng)常被忽略的一點(diǎn)就是要熟悉管道。

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[2] 馬紅杰，曾昌軍，郝新煥，等．埋地水管道泄漏檢測方法及應(yīng)用[J]．石油化工設(shè)備，2010，39(S1)：52-54.

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