劉保生,劉宇翔,丁克峰
(1.中國(guó)冶金地質(zhì)總局地球物理勘查院,河北 保定 071051; 2.中國(guó)社會(huì)科學(xué)院大學(xué)政府管理學(xué)院,北京 102488)
近年來(lái),許多城市地區(qū)的冬季供暖問(wèn)題暴露凸顯,供熱資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重,這不僅大大降低了廣大人民的生活質(zhì)量和幸福感,也容易激發(fā)社會(huì)矛盾、引發(fā)群體對(duì)立。長(zhǎng)期以來(lái),城鄉(xiāng)居民、物業(yè)管理者、供暖公司之間的對(duì)立沖突現(xiàn)象在各地也屢有發(fā)生,最后往往要依靠當(dāng)?shù)氐纳鐓^(qū)自組織甚至是上級(jí)政府出面解決,這顯然增加了自治組織的管理壓力以及政府組織的行政效能。要想從源頭上解決這一問(wèn)題,就要從技術(shù)層面尋求多方保障,以更多的、更高效的、更節(jié)約的手段去處理。經(jīng)筆者調(diào)研發(fā)現(xiàn),管道漏水這一問(wèn)題長(zhǎng)期困擾著供熱企業(yè),供熱管道漏水不僅造成水資源(特別是軟化水)的浪費(fèi),水處理成本和耗電量增加,加速設(shè)備老化,企業(yè)供熱成本上升,無(wú)法保障用戶正常供熱,還存在巨大的安全隱患,甚至可能造成路面塌陷、人員及財(cái)產(chǎn)的損失,危害巨大。筆者針對(duì)熱力管道的特點(diǎn),運(yùn)用漏水聲波探測(cè)技術(shù),結(jié)合紅外成像技術(shù)以及防腐保溫層檢測(cè)技術(shù),在北京、天津、太原等多地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)研,對(duì)于目標(biāo)問(wèn)題的結(jié)局取得了預(yù)期效果,得到了用戶的認(rèn)可與肯定。
供熱管道漏水檢測(cè)方法包括巡檢法、流量法(流量比對(duì)與水量失衡判別)、壓力法(壓力異常)、聲波法、內(nèi)窺檢測(cè)法(CCTV法)、氣體示蹤法、紅外測(cè)溫法和熱力管道防腐保溫層破損檢測(cè)等。近年來(lái)隨著城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用普及,監(jiān)控系統(tǒng)也會(huì)提供一定的輔助作用。本文只對(duì)紅外測(cè)溫技術(shù)在供熱管道檢漏的運(yùn)用加以敘述。
我們知道,任何物體只要它的溫度高于絕對(duì)零度(-273.15℃),就有一部分熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?。而物體的溫度在 1 000℃以下的,其熱輻射中最強(qiáng)的電磁波是紅外波。紅外熱像儀是一種成像測(cè)溫裝置,是利用目標(biāo)與周?chē)h(huán)境之間由于溫度與發(fā)射率的差異所產(chǎn)生的熱對(duì)比度不同,而把紅外輻射能量密度分布圖顯示出來(lái),成為“熱像”。由《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》CJJ34-2010適用范圍我們知道,城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)一般為“供熱熱水介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力小于或等于 2.5 MPa,設(shè)計(jì)溫度小于或等于200℃;供熱蒸汽介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力小于或等于 1.6 MPa,設(shè)計(jì)溫度小于或等于350℃。其中熱水熱力網(wǎng),以熱電廠或大型區(qū)域鍋爐房為熱源時(shí),設(shè)計(jì)供水溫度可取110℃~150℃,回水溫度不應(yīng)高于70℃?!碑?dāng)供熱管道發(fā)生漏水時(shí),會(huì)使漏水點(diǎn)上方地表與周?chē)乇憝h(huán)境產(chǎn)生一定的溫度差異,利用紅外熱成像儀對(duì)溫度顯示和圖像顯示雙重效果來(lái)定位溫度異常點(diǎn),然后再利用其他輔助手段進(jìn)行確認(rèn),判定是否由于漏水引起。通過(guò)大量收集溫度異常數(shù)據(jù)和圖像,排除假異常,我們就可以利用紅外成像儀進(jìn)行熱力管道的漏水檢測(cè)。
目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)品牌較多,其中進(jìn)口的有:美國(guó)菲力爾(FLIR)、美國(guó)福祿克(Fluke)、德國(guó)德圖(Testo)、法國(guó)C.A.、日本NEC等;國(guó)產(chǎn)的有:浙江大立、武漢高德(GUIDE)、廣州颯特(SAT)等。熱成像儀一般具有實(shí)時(shí)提供可見(jiàn)光圖像與紅外(偽)彩色圖像,顯示探測(cè)結(jié)果;成像精度高,高靈敏度,多點(diǎn)測(cè)溫與高低溫自動(dòng)捕捉功能,分析功能強(qiáng)大,儀器直接顯示點(diǎn)、線、面溫度分析結(jié)果,PC卡貯存信息,容量大,圖像不易丟失,非常方便工程使用。當(dāng)然,儀器使用過(guò)程中需做好防塵、防潮、抗電磁干擾等維護(hù)工作。
對(duì)于紅外熱像儀來(lái)說(shuō),影響熱像儀結(jié)果的參數(shù)主要有距離、輻射率、環(huán)境溫度和濕度等。其中,距離的選擇可參考物體的尺寸和測(cè)量距離的關(guān)系式:D/L≥3θ。其中,D為被測(cè)物尺寸,L為測(cè)量距離,θ為空間分辨率。
首先,我們需要收集供熱運(yùn)行、管網(wǎng)資料等資料。其次,進(jìn)行方法試驗(yàn)和環(huán)境調(diào)查。再有,開(kāi)展紅外熱成像檢測(cè)普查工作。
宜選取晚間22:00~次日1:00;可根據(jù)具體情況,具體調(diào)整。
(1)沿目標(biāo)管道上方測(cè)量地表紅外異常;
(2)設(shè)定屏幕視場(chǎng)為前方5 m~6 m;
(3)以四點(diǎn)測(cè)溫為基本方式,即SP1、SP2、SP3和最大值方式。前三點(diǎn)測(cè)溫成直線或?qū)蔷€排列,使點(diǎn)1在視場(chǎng)中間,這樣比較容易定位最高溫點(diǎn);
(4)設(shè)置選項(xiàng)中其他選項(xiàng)中的自動(dòng)調(diào)節(jié)和連續(xù)調(diào)節(jié)設(shè)定為全部調(diào)節(jié)(在白天最好這樣設(shè)置),夜間最好還是把自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)為無(wú),把連續(xù)調(diào)解設(shè)為窗口中值(因?yàn)槎疽归g地表溫差不大)。啟動(dòng)激光定位模式;
(5)以閥栓聽(tīng)音為主要輔助手段;(一般情況下,壓力在 3 kg/cm2以上。)
(6)發(fā)現(xiàn)周?chē)橘|(zhì)紅外異常后,首先拍攝異常區(qū)的圖片,同時(shí)拍攝周?chē)h(huán)境無(wú)地表異常區(qū)域的圖片,其次現(xiàn)場(chǎng)觀察是否是由于地表自身原因引起的紅外異常;
(7)在進(jìn)行普查過(guò)程和拍攝圖片時(shí)一定要根據(jù)當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度設(shè)定紅外熱成像儀的環(huán)境溫度值;
(8)在拍攝完圖片后及時(shí)做記錄,使圖片和現(xiàn)場(chǎng)情況一一對(duì)應(yīng);
(9)在紅外異常區(qū)找到最高溫點(diǎn)做一標(biāo)記,換個(gè)時(shí)間段進(jìn)行復(fù)測(cè)。
(1)不要用成像儀直接對(duì)太陽(yáng)、焊槍或其他超高溫目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè);
(2)不要測(cè)量超過(guò)設(shè)定溫度范圍的高溫目標(biāo)物;
(3)當(dāng)打開(kāi)熱成像儀,儲(chǔ)存第一幅溫譜圖前,請(qǐng)等待一定時(shí)間,確認(rèn)紅外成像儀溫度穩(wěn)定;
(4)設(shè)備在某種特殊條件下,對(duì)靜電敏感。
紅外成像異??煞譃榈乇懋惓!⒐艿喇惓?、管道附屬物異常、各種井蓋異常、其他異常等幾類(lèi)。下面是這幾類(lèi)紅外異常圖。
圖1 供熱管道紅外異常圖
工作內(nèi)容包括:
(1)對(duì)紅外異常點(diǎn)在不同的時(shí)間段進(jìn)行復(fù)測(cè),看是否與上次紅外異常位置一致。溫度變化情況,無(wú)論再有無(wú)異常都需拍攝圖片;
(2)當(dāng)有溫度異常時(shí)需使用管線儀進(jìn)行管道探測(cè),把管道埋深作為重點(diǎn)記錄,如果能看到主管道也要對(duì)管道做好記錄;
(3)對(duì)紅外異常(特別是地表異常)進(jìn)行確認(rèn)工作。確認(rèn)方法包括閥栓聽(tīng)音、地面聽(tīng)音、相關(guān)檢測(cè)等方法手段;
(4)打孔確認(rèn),當(dāng)紅外異常在管道正上方時(shí)只需在管道正上方打孔,最好兩條管道都能打到;當(dāng)異常位置不在管道正上方時(shí),還需對(duì)紅外異常最高溫點(diǎn)進(jìn)行打孔確認(rèn)是否有水。
需要注意的是紅外熱像異常無(wú)法確定供水或回水異常,確認(rèn)時(shí)需分別確認(rèn)。另外,紅外熱像異常不一定在管道上方,需在異常及管道上同時(shí)做確認(rèn)工作。最后,完成漏點(diǎn)修復(fù)、復(fù)測(cè)及報(bào)告提交等工作。
我們以廊坊供熱紅外普查項(xiàng)目為例進(jìn)行案例分析。本次工程共檢測(cè)熱力管線 57 km,發(fā)現(xiàn)紅外異常共15處,經(jīng)確認(rèn),其中5處漏水(其中之一為自來(lái)水管道漏水),5處為保溫層破壞,2處為熱力管道彎頭變淺引起(彎頭處保溫做得不好),1處為地下有井蓋但地表看不出來(lái),1處為地下有管溝。由此,不難看出,紅外成像技術(shù)在供熱管道漏水檢測(cè)中較為適用,效果良好。
圖2異常為集寧里小區(qū)35號(hào)樓附近漏水,管道埋深為 60 cm。經(jīng)確認(rèn)漏水點(diǎn)位置和紅外異常無(wú)誤差,為P01位置,地表溫度為-3.84℃,與其他背景存在明顯溫度差。
圖2 漏水引起的紅外熱像異常
圖3異常為迎春小區(qū)6號(hào)樓對(duì)面,異常呈長(zhǎng)條狀分布,且與管道走向一致。經(jīng)確認(rèn),熱力井蓋和管線儀檢測(cè)管道顯示管道埋深為 10 cm,且路面和閥門(mén)并無(wú)漏水聲音,斷定管道保溫層破損引起。
圖3 保溫層破損引起的異常
另外,還有其他幾種異常:
圖4廊坊政協(xié)院內(nèi)紅外異常,異常呈規(guī)則等寬條狀分布。經(jīng)確認(rèn)和環(huán)境調(diào)查,為埋深較淺的供熱管溝,且管道沒(méi)有漏水,保溫層破損。
圖4 管溝引起的異常
圖5異常在花園樓供熱站對(duì)面小區(qū)內(nèi)。經(jīng)過(guò)打孔確認(rèn),發(fā)現(xiàn)溫水,而供熱管道保溫層破損,但沒(méi)有漏水;又進(jìn)一步工作后,確認(rèn)為自來(lái)水管道漏水。因?yàn)楣┧艿勒梦挥诠峁艿勒戏?15 cm處,管道漏水使水溫升高,溫度達(dá)到了21℃,從而造成紅外異常。
圖5 供水管道漏水引起的異常
(1)供水溫度60℃,回水溫度47℃,水壓 0.4 MPa,DN150鋼管,埋深 0.3 m,漏水量0.2 m3/h。
圖6 開(kāi)挖驗(yàn)證點(diǎn)1
(2)供水溫度80℃,回水溫度50℃,水壓 0.5 MPa,DN300鋼管,埋深 0.5 m,漏水量 0.3 m3/h。
圖7 開(kāi)挖驗(yàn)證點(diǎn)2
熱成像測(cè)溫技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、測(cè)溫速度快、測(cè)溫面積大、測(cè)溫分辨率高和非接觸的特點(diǎn),檢測(cè)效率高,日探測(cè)長(zhǎng)度是地面聽(tīng)音的3倍~4倍,紅外異常直觀,且一次檢測(cè)可發(fā)現(xiàn)多個(gè)異常,是供熱管道漏水檢測(cè)技術(shù)重要手段。但是,假異常較多(主要為管道保溫層破損以及伸縮節(jié)引起),紅外溫度異常與真正漏水點(diǎn)位置可能存在一定的偏差。此外,因?yàn)榇舐裆?、管溝敷設(shè)等因素沒(méi)有引起地表溫度變化的漏水目前還無(wú)法發(fā)現(xiàn);同時(shí)受物體表面發(fā)射率、反射率(或吸收率)、環(huán)境溫度、大氣溫度、測(cè)量距離和大氣衰減等因素的干擾影響較大。
隨著工程實(shí)踐的增多,經(jīng)驗(yàn)的積累,并結(jié)合聲波法、防腐保溫層檢測(cè)等多種技術(shù),紅外熱成像供熱管道檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義是巨大而深遠(yuǎn)的,在預(yù)防階段我們可以通過(guò)該技術(shù)日常對(duì)相關(guān)的管道進(jìn)行檢查和觀測(cè),對(duì)于哪些細(xì)小甚微的問(wèn)題可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理,極大地提高了效率節(jié)省了后續(xù)的維修和沖突成本;另一方面當(dāng)明顯的漏水漏熱問(wèn)題發(fā)生后,維修人員也可有的放矢,對(duì)已發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式解決,這對(duì)提高城鄉(xiāng)居民滿意度有著重要意義。