王占英 顏景潤* 郝云鋒 馮 旭 馬冬梅

(1.河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075000;2.張家口市特種設(shè)備智慧監(jiān)測運維技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 張家口 075000)

0 前 言

隨著京津冀協(xié)同發(fā)展、京張聯(lián)合舉辦冬奧會，張家口作為冬奧舉辦城市對賽區(qū)的供水承壓管網(wǎng)的安全、高效的監(jiān)測提出的更高的要求.

本實驗?zāi)M冬奧管網(wǎng)，旨在及時找到漏損點，并實現(xiàn)漏損點的準確定位.

實驗室建立物理模型.設(shè)置管網(wǎng)測壓點，及時動態(tài)跟蹤管網(wǎng)節(jié)點的壓力、流量、流速和流向等實際情況.對漏水點實現(xiàn)準確報警，為管網(wǎng)檢漏及管線改造提供技術(shù)依據(jù).

基于研究，制定的實驗物理模型實物圖如圖1，2，3.

圖1 恒壓供水控制系統(tǒng)

圖2 壓力管道試驗平臺

圖3 壓力管道聲發(fā)射定位試驗平臺

1 傳統(tǒng)壓力、流量監(jiān)測

通過管道中設(shè)置多個節(jié)點，多個測壓點，在管道的出口和進口處加裝壓力變送器和流量變送器.通過分析節(jié)點處的水壓值、流量信號監(jiān)測出某一管段存在泄露點.當(dāng)管道內(nèi)發(fā)生泄漏時，出口壓力下降，流量少量上升.進口壓力、流量都有所下降.

通過該壓力、流量聯(lián)合監(jiān)測方法判斷是否發(fā)生泄漏，只能得到某一管段的泄露，無法準確定位，差生很大的偏差.

本文在傳動監(jiān)測基礎(chǔ)上，將聲發(fā)射和基于絕緣電阻的銅線信號線同時監(jiān)測進行模擬實驗.進而建立一套管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng).

2 聲發(fā)射監(jiān)測實驗

聲發(fā)射檢測技術(shù)是一種動態(tài)檢測方法，可以有效地探測到被測物本身具備的能量信息.在實際的承壓管道聲發(fā)射信號測量中，聲發(fā)射傳感器檢測到的信號屬于次聲波信號.當(dāng)管道出現(xiàn)泄漏的一瞬間，聲發(fā)射信號會持續(xù)上升，當(dāng)檢測到的應(yīng)力波超出規(guī)定數(shù)值范圍時，就可以判斷管道發(fā)生泄露情況.

當(dāng)管道發(fā)生泄漏時，聲信號沿管壁傳播到傳感器位置，使聲發(fā)射傳感器表面產(chǎn)生位移，將振動信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過信號放大器將信號放大，放大后的信號傳輸?shù)铰暟l(fā)射信號采集器中，信號采集系統(tǒng)經(jīng)過計算機軟件處理最終將信號呈現(xiàn)在計算機屏幕上.

為模擬壓力管道內(nèi)水流從泄漏點噴出發(fā)聲，并帶動周圍介質(zhì)振動的情況，我們建立了冬奧賽區(qū)供水管網(wǎng)的實驗室模型，采用聲發(fā)射傳感器采集聲頻信號并進行處理與分析.

實驗系統(tǒng)由恒壓供水罐與數(shù)根圓管組成.如圖3.通過設(shè)置節(jié)點處，聲發(fā)射傳感器使用磁吸附夾具固定在管道特定位置，傳感器的位置根據(jù)泄漏點的不同可以作出響應(yīng)調(diào)整.傳感器通過外置放大器與聲發(fā)射采集器相連并由其供電，計算機將采集到的泄漏點的聲波信號與各項參數(shù)在屏幕中顯示，以便進行后續(xù)信號處理與分析.通過采集不同節(jié)點及條件下的泄漏聲波信號，分析泄漏聲信號時域和頻域特征，可以得到泄漏處聲信號特征與管道泄漏條件(如漏損孔徑、周圍介質(zhì)、管內(nèi)流量、有無管道附件)的關(guān)系.

通過人機交互界面，在電腦中實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對泄露點的聲發(fā)射信號進行連續(xù)采集.獲得漏水點的信號，并進行數(shù)據(jù)儲存和簡單處理分析.如圖4.

圖4 聲發(fā)射監(jiān)測人機交互界面

實驗結(jié)果表明:該檢測系統(tǒng)能夠詳細提供供水系統(tǒng)的聲發(fā)射信息分布情況,對漏水點實現(xiàn)準確報警,克服了以往聲發(fā)射傳感器在采集信號過程中的衰減和無法實現(xiàn)長距離傳輸?shù)谋锥?

3 基于絕緣電阻的銅線信號線管道泄漏監(jiān)測

銅線監(jiān)測對漏損點的敏感性無與倫比.

(1)原理

通過檢測保溫層中銅線與工作管之間的絕緣電阻、泄漏電壓來判斷保溫層的潮濕或浸水情況，通過獲得的絕緣電阻和泄露電壓以及環(huán)路電阻等數(shù)據(jù)進行分析處理，做出狀態(tài)判斷.圖5.

(2)系統(tǒng)構(gòu)成

主要功能是實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，就是管道泄漏信息的采集.本實驗采用TH2684絕緣電阻測試儀進行數(shù)據(jù)的采集.對所采集的數(shù)據(jù)進行處理、存儲、顯示、報警查看、報警設(shè)置、趨勢分析和數(shù)據(jù)分析.通過通信系統(tǒng)給監(jiān)測系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的融合.

實驗研究表明：對較小的潮濕點進行定位，一個普通接頭一半長度的保溫層潮濕即可發(fā)現(xiàn)和定位.當(dāng)被測報警線的長度在1000m時，定位的精度在1m以內(nèi).在潮濕并為造成短路的情況下，可以檢測到多個潮濕點.

圖5 基于絕緣電阻的銅線信號線管道泄漏監(jiān)測原理

4 建立一套承壓管道智能監(jiān)測系統(tǒng)

采用MCGS組態(tài)建立承壓管道監(jiān)測系統(tǒng).與聲發(fā)射系統(tǒng)、絕緣電阻監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)合，可以快速、方便的用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制、監(jiān)測、報警.從而建立實時監(jiān)測系統(tǒng)、預(yù)警報警系統(tǒng)、泄漏診斷系統(tǒng).