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)

1 前 言

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。

2 紅外熱成像技術(shù)供熱管道漏水檢測(cè)工作原理

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)。

3 紅外熱成像儀儀器設(shè)備及其影響因素

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。

4 紅外熱成像儀供熱管道漏水檢測(cè)工作方法

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。

4.1 工作時(shí)間

宜選取晚間22：00～次日1：00；可根據(jù)具體情況，具體調(diào)整。

4.2 工作內(nèi)容劃分

(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)。

4.3 注意事項(xiàng)

(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。

4.4 紅外異常分類(lèi)

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

4.5 異常確認(rèn)工作

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。

5 案例分析

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。

5.1 紅外熱像資料分析

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

5.2 熱力管道漏水點(diǎn)開(kāi)挖驗(yàn)證

(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

6 總 結(jié)

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。