管網(wǎng)檢漏及相關測漏技術的理論與應用

一、緒論

　　1.1課題的提出及研究意義

　　我國是個水資源大國,但從人均這個角度看,我國又是一個嚴重缺水的國家,人均占有水量只有225立方米,僅為世界人均水量的1/4,居世界第110位[1]。根據(jù)水利部《21世紀中國水供求》分析,2010年我國總需求水量在中等千旱年為6988億立方米,缺水318億立方米。這表明,2010年后我國將開始進入嚴重缺水期。盡管如此,用水嚴重浪費,無論工農(nóng)業(yè)用水,還是生活用水,“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象隨處可見。漏水問題已成為我國這個古老民族走向不斷進步的心腹之患。

　　1.2管道泄漏檢測技術的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　建國以來,各地供水公司一直在開展漏水調(diào)查工作。配備有簡單的儀器設備, 以管道事故搶修為主,漏水調(diào)查靠經(jīng)驗,管道漏水控制效果不好。近幾年,各地供水公司相繼引進了不少發(fā)達國家的先進漏水檢測設備,并根據(jù)自身狀況也成立了相應的檢漏隊伍,專門從事漏水控制工作,但總體上來看和發(fā)達國家還有一定的差距。

　　各個有關檢漏公司根據(jù)實際情況,常使用的檢漏方法有:被動檢漏法、主動檢漏法、大地濕度檢驗法、水質(zhì)檢驗法、區(qū)域流量測定法、管內(nèi)調(diào)查法、紅外線照相法、示蹤氣體探測法、地質(zhì)雷達系統(tǒng)檢漏法、聽音檢漏法、聲波檢漏法、相關檢漏法等。其中聽音檢漏法和相關檢漏法是目前應用最廣、效果最好的檢漏技術。

　　二、漏水聲的傳播及漏水檢測的方法

　　2.1供水管道漏水聲的種類及傳播

　　發(fā)生漏水時,噴出管道的水與漏口摩擦,以及與周圍介質(zhì)等撞擊,會產(chǎn)生不同頻率的振動,由此產(chǎn)生漏水聲。漏水聲的種類通?？煞譃槿N:

　　(1)漏口摩擦聲

　　(2)水頭撞擊聲

　　(3)介質(zhì)摩擦聲

　　2.2供水管道檢漏的主要方法

　　目前我國通常采用被動檢漏法,音聽檢漏法或相關檢漏法,有些水司也采用了漏水聲自動監(jiān)測法或分區(qū)檢漏法。

　　2.2.1音聽檢漏法

　　音聽檢漏法分為閥栓聽音和地面聽音兩種,前者用于查找漏水的線索和范圍;后者用于確定漏水點位置。

　　漏點預定位是指聽漏棒、電子聽漏儀及噪聲自動記錄儀來探測供水管道漏水的方法,根據(jù)使用儀器的不同,預定位技術主要有閥栓聽音法和噪聲自動監(jiān)測法。

　　2.2.2壓力差法

　　根據(jù)泄漏前后管線內(nèi)壓力的變化進行檢測。這種方法與流量平衡法一樣,一般只適用于大漏量的泄漏檢測。

　　2.2.3分區(qū)檢漏法

　　在管道聽檢漏水聲時,一般說來,漏點大產(chǎn)生的漏水聲比漏點小產(chǎn)生的漏水聲要大一些,但漏點大到一定程度漏水聲反而小了,因此,我們不能認為聽到的漏水聲大,其漏水量就大,有時實際情況正好相反。分區(qū)檢漏法使漏水點按漏水量大小分類成為可能。

　　用流量計進行分區(qū)檢漏時,首先關閉與該區(qū)相連的閥門,使該區(qū)與其他區(qū)分離,然后用一條消防水帶一端接在被隔離區(qū)的消火栓上,另一端接到流量計的測試裝置上;再將第二條消防水帶一端接在其他區(qū)的消火栓上,另一端接到流量計的測試裝置上,最后開啟消火栓,向被隔離區(qū)管網(wǎng)供水。借助于流量計,測量該區(qū)的流量,可得到某一壓力下的漏水量,如果有漏水,可通過依此關/開該區(qū)的閥門,可發(fā)現(xiàn)哪一段管道漏水。

　　采用分區(qū)檢漏法檢漏的優(yōu)點：

　　(1)能迅速排除大的漏水點;

　　(2)系統(tǒng)地測試,可進行管網(wǎng)狀況分析;

　　(3)用所測流量與正常流量比較,可以發(fā)現(xiàn)漏水的早期跡象。

　　2.2.4相關檢漏法

　　相關檢漏法是當前最先進最有效的一種檢漏方法,特別適用于環(huán)境干擾噪聲大、管道埋設太深或不適宜用地面聽漏法的區(qū)域。用相關儀可快速準確地測出地下管道漏水點的精確位置。

　　一套完整的相關儀主要是由一臺相關儀主機(無線電接收機和微處理器等組成)、二臺無線電發(fā)射機(帶前置放大器)和二個高靈敏度振動傳感器組成。

　　三、供水管線相關檢漏技術研究

　　3.1相關儀的工作原理

　　在預計漏點兩側(cè)各找到一個管線裸露點,并在上面各放一個傳感器,接收由漏點處傳播過來的漏水聲波信號,并將其轉(zhuǎn)換成電信號,通過無線或有線傳播到相關儀主機內(nèi),對其進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,數(shù)字濾波處理后,進行互相關運算,求出漏水聲波到達兩傳感器間的時差,再根據(jù)輸入的兩傳感器間的距離及管道速度,按公式L(D-VTD)/2 (L為漏點到近傳感器的距離,D為兩傳感器間的距離,V為漏水聲波在管道中的傳播速度,TD為時差)即可計算出漏點位置。

　　3.2主要參數(shù)的選取

　　3.2.1 速度參數(shù)

　　根據(jù)漏點計算公式:L=(D-VTD)/2可知,漏點位置與兩傳感器間的距離D、速度V及時差TD有關。一般距離D誤差不大,且距離差△D米,影響漏點位置的誤差為△D/2 米,所以由于D引起的誤差可以控制在最小的范圍內(nèi);ID為由相關儀計算出的時差,在濾波器設計合理的情況下,ID誤差可達到最小。理論和實踐證明,速度是影響定位精度的主要因素。

　　3.2.2 濾波器參數(shù)

　　雖然相關儀在進行相關運算時,對環(huán)境的隨機干擾信號具有一定的壓制作用,由于放大器一般采用浮點放大方式,放大器增益隨著信號強弱變化,信號強增益小,信號弱增益大。當環(huán)境噪音較大,漏水聲波信號能量很低,放大器增益小,很難拾取漏水聲波信號,往往不能確定出漏點的位置。此時必須設置合理的濾波器,濾掉各種干擾信號。

　　3.3相關儀的工作特點

　　相關儀是通過裝設在泄漏管線兩端的傳感器接受漏水所產(chǎn)生的連續(xù)的不規(guī)則振動音,根據(jù)兩傳感器間的距離、聲音到達的時間差、振動音傳播速度等數(shù)據(jù)進行相關計算,求得漏水點的位置。

　　3.3.1相關儀的運用具有以下優(yōu)點

　　(1)在困難環(huán)境中的作業(yè)能力較強,如大口徑管道,噪音充斥,深度埋設的管線等都可進行作業(yè);

　　(2)比一般的音響探測法靈敏度高;

　　(3)在單一的調(diào)查中可以發(fā)現(xiàn)數(shù)個泄漏;

　　(4)容易操作,不須過于依賴操作者的技巧。

　　3.3.2相關儀的操作限制:

　　相關儀在操作中也有一些限制:適用于尋找疑難漏水點,而不適用于巡查漏水。有效檢漏長度也有一定要求:金屬管不宜超過200m;非金屬管則更短。

　　由于目前聲學檢漏儀器設備主要還是根據(jù)金屬管道的特性來研發(fā)的,而非金屬管道與金屬管道的傳聲特性有很大差異,非金屬管道的傳聲能力遠不及金屬管道,同時發(fā)生在非金屬管道上的漏水噪聲的主頻成分與金屬管道也不同,主要為低頻。所以非金屬管道的檢漏工作相對來說比較困難。

　　四、小結(jié)

　　對于泄漏檢測定位的理論研究工作經(jīng)過幾十年的發(fā)展也有很大的進展。而利用聲學的理論和方法檢測泄漏并對其進行定位一直吸引人們的興趣,主要因為其效率高,費用低,因此得到廣泛的應用。筆者認為今后利用聲學互相關分析技術進行檢漏的發(fā)展方向為以下幾個方面: