杜鵬丞

(太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030001)

目前在城市供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)和施工中，所采用的敷設(shè)方式主要有地溝敷設(shè)、架空敷設(shè)、直埋敷設(shè)等三種，而隨著我國(guó)的城市化進(jìn)程正在不斷加速，導(dǎo)致地上可用空間快速縮減，另外開展城市建設(shè)過程中還要考慮到美觀因素，因此當(dāng)前在供熱管網(wǎng)敷設(shè)中一般不會(huì)考慮架空敷設(shè)。同時(shí)相較于地溝敷設(shè)，直埋敷設(shè)的優(yōu)勢(shì)是成本投入少、工期短、不需要進(jìn)行大量維護(hù)和斷面開挖，因此直埋供熱管網(wǎng)的應(yīng)用范圍越來越廣。但直埋供熱管網(wǎng)的故障發(fā)生率比較高，而且一旦發(fā)生泄漏難以快速找到具體位置，以至于當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)需要比較長(zhǎng)的維修時(shí)間和較高的搶修成本，如果搶修不及時(shí)甚至還會(huì)釀成嚴(yán)重安全事故。因此，為了避免發(fā)生上述情況，確保直埋供熱管網(wǎng)能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，更好地滿足居民供熱需求，非常有必要對(duì)此展開分析。

1 直埋供熱管網(wǎng)泄漏原因分析

1.1 設(shè)計(jì)原因

在設(shè)計(jì)直埋供熱管網(wǎng)敷設(shè)方案過程中，有可能會(huì)出現(xiàn)駐點(diǎn)漂移的情況，其主要原因是設(shè)計(jì)過程中并沒有考慮到直埋供熱管網(wǎng)在敷設(shè)過程中可能遭遇的實(shí)際情況，如果敷設(shè)過程中遭遇了河流、明渠或者復(fù)雜十字路口，那么就會(huì)導(dǎo)致無法按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行管線敷設(shè)。通常在直埋供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)方案中會(huì)采用橫向補(bǔ)償器和軸向補(bǔ)償器，具體如圖1所示，管道在實(shí)際運(yùn)行過程中，平衡軸向補(bǔ)償期內(nèi)壓力的方式是，依靠?jī)蓚€(gè)補(bǔ)償器的管道和土壤之間的摩擦力，而在運(yùn)行過程中管道和土壤之間的摩擦力會(huì)逐漸降低，進(jìn)而引發(fā)因?yàn)槟Σ亮o法平衡管道壓力，管道位移會(huì)因此逐漸輛增加，此時(shí)補(bǔ)償器的作用就會(huì)被嚴(yán)重削弱，甚至失去補(bǔ)償功能，進(jìn)而導(dǎo)致管道出現(xiàn)嚴(yán)重的泄漏隱患。因此開展管道在智能設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)避免采用這種布置方法，如果必須采用應(yīng)在補(bǔ)償器之間加裝固定裝置，從而避免發(fā)生駐點(diǎn)漂移。

圖1 直埋供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)

1.2 管道材質(zhì)原因

直埋供熱管網(wǎng)敷設(shè)對(duì)管道材質(zhì)的質(zhì)量要求非常高，如果質(zhì)量不達(dá)標(biāo)也很容易引發(fā)泄露問題。當(dāng)前我國(guó)的直埋供熱管道材質(zhì)以鋼材為主，鋼材的質(zhì)量直接影響管道在承受來自內(nèi)部和外部的荷載，以及長(zhǎng)時(shí)間處在低溫條件和腐蝕條件下的運(yùn)行狀態(tài)，因此實(shí)際設(shè)計(jì)和施工過程中必須嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)控制管道質(zhì)量。但在眾多的供熱管道泄漏搶修中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)管壁厚度不達(dá)標(biāo)、保溫層容易氧化和碳化、密度和設(shè)計(jì)要求不符等諸多情況。

1.3 施工原因

施工原因指的是在施工過程中就為管道后期泄漏埋下了隱患，具體表現(xiàn)在以下幾方面。第一是焊接質(zhì)量差，比如焊縫夾氣、不均勻，以至于焊縫處很容易在管道的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中，由于受內(nèi)部壓力影響而發(fā)生泄漏。第二是管道存在接頭質(zhì)量問題，密封防水是直埋供熱管道施工中必須達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，并且要真正做到整體性密封，也就是整個(gè)管道系統(tǒng)任何一處都不能出現(xiàn)密封不嚴(yán)的情況。而在管道的保溫層，都正常都會(huì)采用聚氨酯泡沫，這種材料在干燥條件下很容易破損和受潮，進(jìn)而導(dǎo)致密封不嚴(yán)。在管道接頭處的保溫處理中，通常都會(huì)采用現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡保溫方式，如果在這個(gè)過程中沒有對(duì)接頭進(jìn)行嚴(yán)格的密封處理，或者處理過程中的溫度不滿足設(shè)計(jì)要求，很容易引發(fā)熱熔膠不能充分熔融的情況，這樣當(dāng)管道進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，外界水就很容易進(jìn)入保溫層，進(jìn)而導(dǎo)致保溫層被腐蝕、破壞，最終引發(fā)泄漏。第三是沒有對(duì)發(fā)泡孔進(jìn)行嚴(yán)格密封，在直埋供熱管道的搶修中，會(huì)經(jīng)常遇到發(fā)泡孔沒有進(jìn)行嚴(yán)格密封的問題，以至于地下水經(jīng)過發(fā)泡孔空氣進(jìn)入了保溫層，另外雖然有些發(fā)泡孔已經(jīng)被嚴(yán)格密封，但沒有進(jìn)行徹底拉伸，以至于連接熔融處因?yàn)楣艿朗軣崤蛎浂霈F(xiàn)縫隙，進(jìn)而導(dǎo)致外泄水侵入。

1.4 運(yùn)行原因

因?yàn)檫\(yùn)行原因而導(dǎo)致的管道泄漏主要和管理工作有關(guān)，具體表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。第一，在執(zhí)行巡檢工作時(shí)，一些泄露隱患并沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，比如沒有執(zhí)行管道的水質(zhì)檢測(cè)工作，以至于管道內(nèi)進(jìn)入了未經(jīng)處理的自來水，進(jìn)而導(dǎo)致管道內(nèi)部在氧、氯、二氧化碳等物質(zhì)的影響逐漸被腐蝕。第二是閥門操作，在閥門操作中如果出現(xiàn)違規(guī)操作和不當(dāng)操作，很有可能引發(fā)水錘現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致管道被破壞。第三是管道的運(yùn)行環(huán)境，這一點(diǎn)主要和管道運(yùn)行壓力、溫度等有關(guān)。我國(guó)對(duì)供熱管道的運(yùn)行壓力和溫度都給出了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以溫度為例，管道的運(yùn)行溫度應(yīng)在120°C以下，如果超過這個(gè)溫度范圍，那么管道的使用壽命將會(huì)快速降低，但實(shí)際情況是供熱管道的實(shí)際運(yùn)行溫度經(jīng)常會(huì)高于相關(guān)溫度標(biāo)準(zhǔn)。

2 直埋供熱管網(wǎng)泄漏預(yù)防措施

2.1 設(shè)計(jì)原因的預(yù)防

正式開始直埋供熱管網(wǎng)的設(shè)計(jì)之前，應(yīng)全面勘察施工地點(diǎn)，明確地質(zhì)條件、地下水情況、地理?xiàng)l件、地下管線情況等諸多內(nèi)容，然后將這些內(nèi)容詳細(xì)描述在設(shè)計(jì)文件當(dāng)中。設(shè)計(jì)過程中應(yīng)根據(jù)前期調(diào)查對(duì)管道平面進(jìn)行合理布置，并且為后續(xù)的管道運(yùn)行維護(hù)工作創(chuàng)造便利。在設(shè)計(jì)中還應(yīng)融入線路檢測(cè)，以此保證當(dāng)管道發(fā)生泄漏事故時(shí)可以通過及時(shí)有效的檢測(cè)定位故障位置，并快速排除故障。

2.2 材質(zhì)原因的預(yù)防

預(yù)防因?yàn)椴馁|(zhì)原因而引發(fā)的管道泄露問題，必須從管道材料的采購(gòu)、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)安裝等多個(gè)環(huán)節(jié)入手。在材料采購(gòu)過程中，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)選擇材料類型，確保管道材料厚度以及各類保溫材料的能夠充分滿足要求，接下來再將管道合理接收到施工場(chǎng)地然后進(jìn)行安裝。

2.3 施工原因的預(yù)防

開展直埋供熱管道的施工，要嚴(yán)格遵守CJJ 28—2014《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的相關(guān)要求，并且以施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況為基礎(chǔ)編制施工方案，然后通過以下五種方式對(duì)管道施工質(zhì)量實(shí)施控制。第一，敷設(shè)管道之前，應(yīng)在底部鋪設(shè)黏土或者沙土，然后對(duì)地基進(jìn)行平整處理，并將石塊等雜物完全清除，從而使管道能夠和地基充分接觸。第二，使用機(jī)械設(shè)備挖掘管道機(jī)構(gòu)后。應(yīng)通過人工對(duì)地溝進(jìn)行修整，同時(shí)控制土壤沉降，避免不均勻沉降的發(fā)生。第三，焊接管道之前應(yīng)進(jìn)行一次全面檢查，過程中重點(diǎn)針對(duì)管道外觀，確認(rèn)管道外觀不存在任何問題后才能開始焊接操作。焊接結(jié)束后應(yīng)清理焊口和焊面，并且在兩次焊接操作之間要封堵管道口。第四，應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)要求處理直埋供熱管道的接頭，完成安裝接頭套袖之后要開展氣密性試驗(yàn)，過程中可將壓力值設(shè)定為20kpa，確認(rèn)不存在泄露問題后才能進(jìn)行發(fā)泡密封，結(jié)束發(fā)泡密封后要處理發(fā)泡孔。第五，我回填直埋供熱管道地溝過程中，要注意檢查回填物，避免其中摻有尖銳的顆粒物或者過大塊狀物以及樹枝等雜物。

2.4 運(yùn)行原因的預(yù)防

在直埋供熱管道的運(yùn)行中，應(yīng)做好日常巡查工作，執(zhí)行巡查工作時(shí)要詳細(xì)檢查供熱管網(wǎng)所管轄設(shè)備和土建結(jié)構(gòu)情況，查找是否存在因?yàn)橐靶U施工而導(dǎo)致的管道損壞。同時(shí)向管道注水之前必須進(jìn)行處理，確保水質(zhì)完全符合供熱用水要求，并依據(jù)調(diào)度指令調(diào)整注水量。依據(jù)最大補(bǔ)水量調(diào)整閥門開啟度，且要注意應(yīng)緩慢開啟閥門，避免閥門開啟過快而導(dǎo)致管網(wǎng)出現(xiàn)壓力波動(dòng)過大的情況。應(yīng)派專人檢查管道沿線，確定不存在泄露之后排凈管內(nèi)空氣，然后關(guān)閉封門，注水工作結(jié)束后要檢查管道和相關(guān)附件設(shè)備。

3 直埋供熱管網(wǎng)的泄漏檢測(cè)

3.1 檢測(cè)原則

在直埋供熱管線的滲漏檢測(cè)中，對(duì)以下幾項(xiàng)原則必須提高重視。第一，應(yīng)盡量采用電阻法或者阻抗法等監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以此對(duì)早期泄露問題進(jìn)行預(yù)警。第二，為了便于搶修，可在保溫層的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中埋設(shè)報(bào)警線，這樣在搶修時(shí)可有效避免報(bào)警線受到損壞，而且有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路故障。第三，為了提升檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性，應(yīng)選用能夠獨(dú)立運(yùn)行的檢測(cè)設(shè)備，這樣可以避免設(shè)備之間發(fā)生干擾導(dǎo)致的數(shù)據(jù)無法有效傳輸。另外可使用移動(dòng)設(shè)備及相關(guān)軟件獲取管道檢測(cè)信息，以此提升泄漏監(jiān)測(cè)的便利性。第四，為了能夠更快速地獲取管道的運(yùn)行信息，所選擇的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)要具備實(shí)時(shí)性的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)要能夠有效避免外部因素干擾，從而提升監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。第五，如果在供熱管道工程中，施工質(zhì)量控制以及補(bǔ)口質(zhì)量控制等無法有效解決，可以通過并行安裝阻抗法和光纖分布測(cè)溫系統(tǒng)的方式保證泄露報(bào)警信息能夠迅速傳出。第六，如果沒有在管道中提前安裝報(bào)警設(shè)施，可以通過人工巡查的方式開展管道檢測(cè)，檢測(cè)同時(shí)結(jié)合紅外線熱成像儀、聲波檢測(cè)等方式，從而更準(zhǔn)確地獲取管道運(yùn)行信息和故障信息。

3.2 人工巡查

人工巡查需要以準(zhǔn)備供熱管網(wǎng)的使用年限和運(yùn)行狀態(tài)為基礎(chǔ)，并且要定期開展檢查，內(nèi)容有以下幾方面。第一是設(shè)備室；第二是供熱管網(wǎng)的保溫層、支架和穿墻套袖；第三是相關(guān)檢查設(shè)備。檢查過程中，如果發(fā)現(xiàn)任何一項(xiàng)內(nèi)容發(fā)生了異常，那么必須詳細(xì)記錄，并及時(shí)向上級(jí)反饋，然后由技術(shù)人員對(duì)當(dāng)前的異常狀態(tài)做出準(zhǔn)確分析，接下來判斷當(dāng)前是否需要對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行維護(hù)和維修。隨著城市化建設(shè)的不斷發(fā)展，直埋供熱管網(wǎng)的覆蓋范圍越來越大，這極大提升了人工巡查壓力，同時(shí)也對(duì)相關(guān)工作人員提出了更高要求。因此，為了更有效地開展人工巡查工作，相關(guān)單位需要定期開展人員培訓(xùn)，不斷提升工作人員的綜合素質(zhì)，使其能夠?qū)倬W(wǎng)的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)做出準(zhǔn)確判斷，從而提升泄露故障查找以及預(yù)防的及時(shí)性。

3.3 聲波檢測(cè)

直埋供熱管網(wǎng)在出現(xiàn)泄漏故障時(shí)，會(huì)伴隨6～80Khz頻率的噪音，而且會(huì)隨著傳播距離的延長(zhǎng)而逐漸減弱，同時(shí)當(dāng)噪音受到水壓、接地材料、管線材質(zhì)、泄露點(diǎn)尺寸大小等因素影響時(shí)會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。因此，采用聲波檢測(cè)可以根據(jù)聲波在經(jīng)過不同材質(zhì)所發(fā)生的變化，以及頻率變化的情況定位泄露位置。在聲波檢測(cè)中的常用設(shè)備是聽音棒，這是一種比較傳統(tǒng)，但是非常有效的檢測(cè)工具，使用方法和構(gòu)造等都非常簡(jiǎn)單，但對(duì)人員的要求比較高，必須具備豐富檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)的人員才能夠使用聽音棒迅速找到泄漏位置。另外，還可以使用自動(dòng)相關(guān)儀，這類儀器設(shè)備的作用是可接收泄露管網(wǎng)兩端傳感器的連續(xù)震動(dòng)音，然后根據(jù)音波的傳遞時(shí)間、傳播速度、頻率等計(jì)算泄露位置。同時(shí)通過自動(dòng)相關(guān)業(yè)務(wù)還可確定當(dāng)前供熱管網(wǎng)是否真正存在泄露問題，這樣就可以減少很多不必要的工作，極大減輕了管網(wǎng)維護(hù)和維修的工作壓力。因此，聲波檢測(cè)在供熱管網(wǎng)的聲波檢測(cè)中應(yīng)用越來越廣泛，可以說聲波檢測(cè)目前在供熱管網(wǎng)的泄漏問題檢測(cè)中，是一種非常有效的方式，對(duì)故障位置的判斷非常準(zhǔn)確，而且可以幫助工作人員迅速排除潛在故障，同時(shí)這種檢測(cè)方式不會(huì)對(duì)供熱管網(wǎng)產(chǎn)生任何負(fù)面影響，更能適應(yīng)復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，因此可繼續(xù)大力推廣(如圖2所示)。

圖2 聲波檢測(cè)原理

3.4 紅外線熱成像儀檢測(cè)

這種檢查方法指的是通過紅外探測(cè)器、光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)獲取供熱管網(wǎng)的真實(shí)信息，然后將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，將電信號(hào)處理轉(zhuǎn)換后以視頻信號(hào)的形式傳輸?shù)斤@示器，接下來就可以在顯示器上呈現(xiàn)出供熱供暖的紅外熱像。如果供熱管網(wǎng)存在泄露問題，會(huì)在泄漏處向外對(duì)周圍環(huán)境大量敷設(shè)紅外能量，對(duì)周圍環(huán)境以及地面的影響都非常大，此時(shí)利用紅外熱成像儀對(duì)相應(yīng)區(qū)域進(jìn)行大范圍掃描和拍攝，就能夠快速獲取管線當(dāng)前的真實(shí)狀態(tài)，并且根據(jù)地面溫度變化的成像狀態(tài)迅速查找泄露位置，確定泄露位置后就可以立即開展檢修。目前紅外線熱成像儀在直埋供熱管網(wǎng)的泄漏檢測(cè)和檢修中也得到了非常廣泛的應(yīng)用，而且該儀器具有操作便捷、對(duì)工作人員要求比較低的優(yōu)勢(shì)，如果條件允許可以采用這種方式開展泄漏檢測(cè)工作。

3.5 電阻檢測(cè)

指的是電阻法檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以Brande監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，該系統(tǒng)利用中央控制系統(tǒng)，可對(duì)整個(gè)管網(wǎng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)直埋供熱管網(wǎng)的自動(dòng)檢測(cè)，并能夠自動(dòng)定位泄漏點(diǎn)。在直埋管網(wǎng)的安裝階段，可將Brande監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的感應(yīng)線、反饋線等可直接在預(yù)制直埋管的保溫管道的聚氨酯泡沫層進(jìn)行安裝。其中感應(yīng)線材料為鎳鉻合金線，最外層為絕緣層，材料為紅色的聚四氟乙烯，絕緣層上有規(guī)則分布的小孔，當(dāng)水進(jìn)入到聚氨酯泡沫層后，變會(huì)因?yàn)榻佑|到鎳鉻合金線而產(chǎn)生信號(hào)。發(fā)饋線材料銅制導(dǎo)線，最外部絕緣層材料為綠色的聚四氟乙烯，發(fā)饋線的絕緣層沒有小孔，和感應(yīng)線相比電阻非常小，作用是作為整個(gè)Brande監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的導(dǎo)線。但絕緣層上沒有孔，且電阻遠(yuǎn)小于感應(yīng)線，在整個(gè)回路中反饋線作為導(dǎo)線使用。Brande監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作原理是，通過對(duì)聚氨酯泡沫進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，如果管聚氨酯泡沫中進(jìn)入水，且被感應(yīng)線檢測(cè)到以后，工作鋼管和感應(yīng)線之間的電阻會(huì)明顯降低，此時(shí)反饋線會(huì)傳回電阻降低位置的信號(hào)，然后將該位置判定為故障點(diǎn)，接下來便可進(jìn)行修復(fù)。

3.6 阻抗檢測(cè)

指的是阻抗法檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以EMS直埋預(yù)警線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，該系統(tǒng)由在管道保溫層中的特殊導(dǎo)線和監(jiān)測(cè)設(shè)備組成，其中特殊導(dǎo)線共有兩根，分別是預(yù)警線和信號(hào)線，同時(shí)配合在用戶換熱站內(nèi)安裝漏點(diǎn)檢測(cè)模塊、通信模塊等共同構(gòu)成監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。如果管道發(fā)生泄露，或者保護(hù)層出現(xiàn)了破損，水會(huì)進(jìn)入聚氨酯泡沫層，此時(shí)聚氨酯泡沫層內(nèi)的報(bào)警線接觸到水后，其和鋼管的電阻會(huì)明顯下降，然后便可觸發(fā)檢漏儀。如果電阻變化呈現(xiàn)不均勻狀態(tài)，可通漏點(diǎn)檢測(cè)模塊輸出信號(hào)，并顯示反射波峰，并比較運(yùn)算接收到反射波峰信號(hào)的時(shí)間和信號(hào)傳輸速率，然后即可獲得出現(xiàn)不均勻電阻變化位置的距離，從而定位故障點(diǎn)。

4 結(jié)語

綜上所述，近年來我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢(shì)愈發(fā)良好，人們的生活水平相較于過去顯著改善，對(duì)生活質(zhì)量有了很高的要求。其中作為我國(guó)北方地區(qū)不可缺少的供暖，為了更好地滿足供暖需求、不斷提升供暖質(zhì)量，應(yīng)全面分析并掌握一切能夠影響正常供暖的因素。對(duì)直埋供熱管網(wǎng)而言，應(yīng)有效解決當(dāng)前在直埋供熱管網(wǎng)中普遍存在的管網(wǎng)泄漏問題，以此達(dá)到促進(jìn)供熱管網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行的目的。