管网检漏及相关测漏技术的理论与应用

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一、绪

1.1课题的提出及研究意义

我国是个水资源大国,但从人均这个角度看,我国又是一个严重缺水的国家,人均占有水量只有225立方米,仅为世界人均水量的1/4,居世界第110位。根据水利部《21世纪中国水供求》分析,2010年我国总需求水量在中等千旱年为6988亿立方米,缺水318亿立方米。这表明,2010年后我国将开始进入严重缺水期。尽管如此,用水严重浪费,无论工农业用水,还是生活用水,“跑、冒、滴、漏”现象随处可见。漏水问题已成为我国这个古老民族走向不断进步的心腹之患。

1.2管道泄漏检测技术的国内外研究现状

建国以来,各地供水公司一直在开展漏水调查工作。配备有简单的仪器设备, 以管道事故抢修为主,漏水调查靠经验,管道漏水控制效果不好。近几年,各地供水公司相继引进了不少发达国家的先进漏水检测设备,并根据自身状况也成立了相应的检漏队伍,专门从事漏水控制工作,但总体上来看和发达国家还有一定的差距。

各个有关检漏公司根据实际情况,常使用的检漏方法有:被动检漏法、主动检漏法、大地湿度检验法、水质检验法、区域流量测定法、管内调查法、红外线照相法、示踪气体探测法、地质雷达系统检漏法、听音检漏法、声波检漏法、相关检漏法等。其中听音检漏法和相关检漏法是目前应用最广、效果最好的检漏技术。

二、漏水声的传播及漏水检测的方法

2.1供水管道漏水声的种类及传播

发生漏水时,喷出管道的水与漏口摩擦,以及与周围介质等撞击,会产生不同频率的振动,由此产生漏水声。漏水声的种类通常可分为三种:

(1)漏口摩擦声

(2)水头撞击声

(3)介质摩擦声

2.2供水管道检漏的主要方法

目前我国通常采用被动检漏法,音听检漏法或相关检漏法,有些水司也采用了漏水声自动监测法或分区检漏法。

2.2.1音听检漏法

音听检漏法分为阀栓听音和地面听音两种,前者用于查找漏水的线索和范围;后者用于确定漏水点位置。

漏点预定位是指听漏棒、电子听漏仪及噪声自动记录仪来探测供水管道漏水的方法,根据使用仪器的不同,预定位技术主要有阀栓听音法和噪声自动监测法。

2.2.2压力差法

根据泄漏前后管线内压力的变化进行检测。这种方法与流量平衡法一样,一般只适用于大漏量的泄漏检测。

2.2.3分区检漏法

在管道听检漏水声时,一般说来,漏点大产生的漏水声比漏点小产生的漏水声要大一些,但漏点大到一定程度漏水声反而小了,因此,我们不能认为听到的漏水声大,其漏水量就大,有时实际情况正好相反。分区检漏法使漏水点按漏水量大小分类成为可能。

用流量计进行分区检漏时,首先关闭与该区相连的阀门,使该区与其他区分离,然后用一条消防水带一端接在被隔离区的消火栓上,另一端接到流量计的测试装置上;再将第二条消防水带一端接在其他区的消火栓上,另一端接到流量计的测试装置上,最后开启消火栓,向被隔离区管网供水。借助于流量计,测量该区的流量,可得到某一压力下的漏水量,如果有漏水,可通过依此关/开该区的阀门,可发现哪一段管道漏水。

采用分区检漏法检漏的优点：

(1)能迅速排除大的漏水点;

(2)系统地测试,可进行管网状况分析;

(3)用所测流量与正常流量比较,可以发现漏水的早期迹象。

2.2.4相关检漏法

相关检漏法是当前最先进最有效的一种检漏方法,特别适用于环境干扰噪声大、管道埋设太深或不适宜用地面听漏法的区域。用相关仪可快速准确地测出地下管道漏水点的精确位置。

一套完整的相关仪主要是由一台相关仪主机(无线电接收机和微处理器等组成)、二台无线电发射机(带前置放大器)和二个高灵敏度振动传感器组成。

三、供水管线相关检漏技术研究

3.1相关仪的工作原理

在预计漏点两侧各找到一个管线裸露点,并在上面各放一个传感器,接收由漏点处传播过来的漏水声波信号,并将其转换成电信号,通过无线或有线传播到相关仪主机内,对其进行模数转换,数字滤波处理后,进行互相关运算,求出漏水声波到达两传感器间的时差,再根据输入的两传感器间的距离及管道速度,按公式L(D-VTD)/2 (L为漏点到近传感器的距离,D为两传感器间的距离,V为漏水声波在管道中的传播速度,TD为时差)即可计算出漏点位置。

3.2主要参数的选取

3.2.1 速度参数

根据漏点计算公式:L=(D-VTD)/2可知,漏点位置与两传感器间的距离D、速度V及时差TD有关。一般距离D误差不大,且距离差△D米,影响漏点位置的误差为△D/2 米,所以由于D引起的误差可以控制在最小的范围内;ID为由相关仪计算出的时差,在滤波器设计合理的情况下,ID误差可达到最小。理论和实践证明,速度是影响定位精度的主要因素。

3.2.2 滤波器参数

虽然相关仪在进行相关运算时,对环境的随机干扰信号具有一定的压制作用,由于放大器一般采用浮点放大方式,放大器增益随着信号强弱变化,信号强增益小,信号弱增益大。当环境噪音较大,漏水声波信号能量很低,放大器增益小,很难拾取漏水声波信号,往往不能确定出漏点的位置。此时必须设置合理的滤波器,滤掉各种干扰信号。

3.3相关仪的工作特点

相关仪是通过装设在泄漏管线两端的传感器接受漏水所产生的连续的不规则振动音,根据两传感器间的距离、声音到达的时间差、振动音传播速度等数据进行相关计算,求得漏水点的位置。

3.3.1相关仪的运用具有以下优点

(1)在困难环境中的作业能力较强,如大口径管道,噪音充斥,深度埋设的管线等都可进行作业;

(2)比一般的音响探测法灵敏度高;

(3)在单一的调查中可以发现数个泄漏;

(4)容易操作,不须过于依赖操作者的技巧。

3.3.2相关仪的操作限制:

相关仪在操作中也有一些限制:适用于寻找疑难漏水点,而不适用于巡查漏水。有效检漏长度也有一定要求:金属管不宜超过200m;非金属管则更短。

由于目前声学检漏仪器设备主要还是根据金属管道的特性来研发的,而非金属管道与金属管道的传声特性有很大差异,非金属管道的传声能力远不及金属管道,同时发生在非金属管道上的漏水噪声的主频成分与金属管道也不同,主要为低频。所以非金属管道的检漏工作相对来说比较困难。

四、小结

对于泄漏检测定位的理论研究工作经过几十年的发展也有很大的进展。而利用声学的理论和方法检测泄漏并对其进行定位一直吸引人们的兴趣,主要因为其效率高,费用低,因此得到广泛的应用。笔者认为今后利用声学互相关分析技术进行检漏的发展方向为以下几个方面: