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热力管道隐患排查及管道完整性检测解决方案
2019-05-13 11:39:25    浏览次数:
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        一、前言

        随着中国城镇化的不断加速,热力管网的辐射面积越来越大,管网长度不断增加,同时城镇居民生活品质不断提升,对供热行业的服务水平要求也是越来越高,另一方面,供热行业的现有管理手段和技术方法已不能满足高效节能供热的现实要求,尤其体现在输配管线的安全运行方面,由于热力管道的泄漏,造成路面塌陷和人员伤亡的事故不断发生,结合以上情况及我们长时间在热力管道漏水检测及管道完整性检测方面的实践经验,我们提出了完整的热力管道隐患排查及管道完整性检测解决方案,本文就方案的重点技术手段进行简要解释。
本文的管道完整性检测集中在腐蚀控制部分,不是广义的管道完整性管理体系
 

        二、热力管道检测行业现状

        1、社会认知现状
        现在社会普遍对供热行业和企业的关注度不够,重视程度也不够,有两点重要原因:
        其一:供热的区域性,我国主要的供热区域集中在黄河以北,黄河以南基本以零散的小区域供热为主,供热没有形成全社会的统一认知;
        其二:供热的季节性,北方的供热季,一般在120天到170天左右,往往在供热季开始,普遍比较重视,供热季结束,就没有很强的外部关注。 
        2、行业现状
        在供热系统建设、运营、管理(维护)整个环节中,对输配环节的检测、监测、评价缺乏统一的标准和规范,缺乏系统化的检测评价方案,各个供热单位基本处于“各自为战”的状态。 
        3、国标规范现状
        现行的有关的供热行业的国标及规范基本也是集中在建设和运营方面,对管理维护方面基本处于空白阶段。 
        4、现状和社会发展要求不匹配
        环境保护和安全生产是近年国家强力政策性导向强调的重点,对供热行业提出了更高的要求,现有的管理和维护水平以及管网的实际状况已不能匹配社会发展的新的要求。
 

        三、热力管道隐患排查

        我们认为现在热力管道存在的主要安全隐患是管道外保温层的缺陷点引起的管网腐蚀漏水以及管网漏水形成的道路空洞,下面就这两个方面的解决办法简要介绍: 
        1、热力管道外保温层缺陷检测
        外保温层作用
        热力管道外保温层是保护热力输配管道的重要结构部分,犹如人之衣服,保温层主要为管道提供3种保护功能:
        ①保温:保证管道热能不散失;
        ②绝缘:与周围的腐蚀环境隔绝,保护管道不受腐蚀;
        ③抵抗一定的机械压力:管道的夹克层及发泡结构可以抵抗一定机械压力,保护管道抵抗一定的回填损伤及路面沉降压力。 
         外保温层缺陷危害
        与之对应,一旦外保温层有缺陷,首先就局部失去绝缘能力,由于管网承载的是高温高压的热水,管体会加速腐蚀,最终形成漏水或者是爆管,严重影响管网运行安全。 
        外保温层缺陷检测方法及原理
        我们一般使用人体电容法检测定位外保温层缺陷,并且根据缺陷点的电位差将缺陷点进行分级,方便热力企业科学的制定维修方案,消除安全隐患。 
        经过长年的实践经验,我们可以将定位精度提高至1.0m以内,取得了热力单位的一致认可。 
        基本技术原理:Pearson法,又称人体大地电容法。Pearson法检测防腐层缺陷的原理示意图如下。
        该方法用人体作为接收机的感应及传导元件,测量时人体作为信号回路的一部分。 
        通过发射机向管道施加一个交变电流信号,该电流信号沿管道传播,当管道的防腐层存在缺陷时,就会在破损点的周围形成一个交变电场,该电场有一个中心点。检测时,两名检测人员始终保持相同的距离,当其中一人走在防腐层缺陷对应的地面位置时,二人所处地面的电场梯度最大,由此可判定防腐层缺陷的中心点。

        2、热力管道周围地质空洞检测
        地质空洞危害
        由于热力管道的泄漏,尤其是高温高压的热水冲刷,极易在管道周围形成地质空洞,一旦泄漏点长时间没有发现和形成有效的水流流失点,会将周围土壤冲刷形成巨大的地质空洞,极易发生严重的道路塌陷事故,造成人员伤亡事故和恶劣的社会影响,这类事故时常见诸媒体和报端。 
        地质空洞检测方法和原理
        主要使用地质雷达道路探伤的技术手段,实现热力管道周围地质空洞检测,避免道路塌陷等严重的事故。 
        探地雷达具有现场实施方便、抗外部环境干扰、作业快速便捷、探测效率高,分辨率高、实施成本低廉等优势,成为当前我们检测热力管道周围塌陷隐患普查探测的首选技术手段和唯一现实可行的方法。公司在地质空洞塌陷病害检测上采取综合方法,将重点路段雷达探测与管道结构性缺陷检测相结合,取得了比较好的效果。
 

        四、热力管道完整性检测构成和方法

        热力管道完整性检测大体分为三个部分:
        1、管道外保温层检测
        ①外保层缺陷点检测:前文已详细阐述,不再重复。
        ②外保层绝缘性检测:我们主要使用PCM测量(管道电流衰减率)法,测定管道的绝缘性,并且根据测量数据计算电流衰减曲线及绝缘电阻率对各段管道进行绝缘性评级,方便甲方单位掌握管道的实际绝缘性能,科学的制定维修和更换方案。
        基本技术原理:
        PCM (Pipeline Cuurent Mapper)仪器由两部分组成:一部分是发射机,可同时向管道施加多个频率的电流信号;另一部分是接收机,可接收发射机所发射的不同频率的电流信号,追踪探测施加的电流信号强度并可存储检测数据。
        根据测量数据计算电流衰减曲线及绝缘电阻率对各段管道进行绝缘性评级,详细计算公式不再赘述。
 
        2、管体检测
        管体检测主要内容是管体腐蚀余度检测,和接口超声波探伤。
        ①管体腐蚀余度检测
        管体腐蚀余度检测主要是用来检测管体的腐蚀程度,以及腐蚀最小余度的检测和计算,并结合管道的初始壁厚 和设计压力等数据,计算管道的剩余使用年限,方便甲方明确管道的实际状况,并科学的制定后续工作方案。 
        A开挖现场勘检
        详细描述防腐层破损状况,金属腐蚀的部位、腐蚀产物的分布(均匀、非均匀)、厚度、颜色、结构(分层壮、多孔或粉状)、紧实度(松散、紧实、坚硬)、并对现场腐蚀状况进行拍照。 
        B判断腐蚀类型
        清除腐蚀产物后,探察并记录腐蚀面状况,判定腐蚀类型。按主要腐蚀倾向判定。 
        C腐蚀深度测量
        探针法:使用带尾针的游标卡尺(精度0.1mm)或专用探针测量
        先清除被测金属表面异物,暴露金属管体,用探针(或游标卡尺、千分表的尾针)探测腐蚀坑底部,测量坑边缘到坑最深底部深度。如果坑边缘为未腐蚀区,则壁厚损失等于坑深测量值;如果坑边缘腐蚀,则壁厚腐蚀损失等于坑深测量值与坑边缘腐蚀深度之和。 
        D管道剩余壁厚测量
        使用超声波测量仪测量管道的剩余壁厚。 
        ②接口超声波探伤
        超声波探伤仪是一种便携式工业无损探伤仪器,它能够快速、便捷、无损伤、精确地进行工件内部多种缺陷(裂纹、疏松、气孔、夹杂等)的检测、定位、评估和诊断。既可以用于实验室,也可以用于工程现场。 
        超声波探伤仪其中多普勒效应法是利用超声在遇到运动的物体时发生的多普勒频移效应来得出该物体的运动方向和速度等特性;超声波探伤仪这里主要介绍的是目前应用最多的通过反射法来获取物体内部特性信息的方法。反射法是基于超声在通过不同声阻抗组织界面时会发生较强反射的原理工作的,正如我们所知道,声波在从一种介质传播到另外一种介质的时候在两者之间的界面处会发生反射,而且介质之间的差别越大反射就会越大,所以我们可以对一个物体发射出穿透力强、能够直线传播的超声波,超声波探伤仪然后对反射回来的超声波进行接收并根据这些反射回来的超声波的先后、幅度等情况就可以判断出这个组织中含有的各种介质的大小、分布情况以及各种介质之间的对比差别程度等信息(其中反射回来的超声波的先后可以反映出反射界面离探测表面的距离,幅度则可以反映出介质的大小、对比差别程度等特性),超声波探伤仪从而判断出该被测物体是否有异常。 
        3、腐蚀环境检测
        管道周围腐蚀环境检测主要使用土壤电阻率判定土壤腐蚀性。具体评价指标不再赘述。 
        4、干扰评价
        管道周围干扰评价主要有2个方面:
        ①直流干扰评价
        ②交流干扰评价
        具体评价指标不再赘述。 
        5、管道整体评价
        通过上述的从环境到干扰,从外保温层到管体的各个检测情况,对管道整体进行评价,以便掌握管道的真实状况,为以后的管理提供第一手准确的管道状况资料,为科学管理、科学规划提供数据基础。 

        五、热力管道漏水常规检测方法及原理

        及时发现管网泄漏点并进行维修,可以有效的缩短整个漏点的发现和响应时间,降低管网高热能水的累计漏水量,消除或者降低次生灾害的发生和损失。 
        1、热成像技术检测
        基于热力管网承载的是高热能水的特性,我公司率先在检测中引进红外成像法检测热力管网漏水的技术,取得了很好的实践成果,适合大面积的热源普查,提高巡检排查的效率和效果。 
        ①基本技术原理:
        红外热像仪是一种成像测温装置,是利用目标与周围环境之间由于温度与发射率的差异所产生的热对比度不同,而把红外辐射能量密度分布图显示出来,成为“热像”。
        由于人的视觉对红外光不敏感,所以热像仪必须具有把红外光转变为可见光的功能,将红外图像变为可见图像。 
        在红外热像仪中,红外图像转换成可见光图像分两步进行。第一步是利用对红外辐射敏感的红外探测器把红外辐射变为电信号,该信号的大小可以反映出红外辐射的强弱;
        第二步是通过电视显像系统将反映目标红外辐射分布的电子视频信号在电视荧光屏上显示出来,实现从电到光的转换,最后得到反映目标映像的可见图像。 
        ②现场实践效果图:

 
        某个现场检测前后效果比对:
        2、常规声波检测手段
        现在我们常规的漏水检测手段基本都是基于声波法。
        ①阀栓听音法
        在管道上检测可使用听音棒或者数字漏水听音设备听取管网及管网设施上的漏水声波,根据声音的强弱来判断漏点的大体位置,听音点距漏点越近,听到的声音越强。
 
        ②路面听音法
        在地面上用听漏仪来检测漏水声:它一般是在用听漏棒已经予确定漏水的那段管道所在的地面上,以扫雷方式根据与①类似的原理来确定漏点。
 
        ③相关法
        这是一种在使用加速度传感器探后直接测定并记录管道上漏水声波,并根据时间差精确测定的确定漏点位置的方法,它依据的是代数中的解线性方程组的原理,但其中时差τ是靠物理手段测出的。
他可以准确的定位管道的漏水点,尤其是热力管网,在路面听音没有效果的时候,他可以说是唯一的技术手段。

        六、热力管道数字漏水探测方法及原理

        1、漏水数字探测技术构成图
 
 

        ①漏水数字探测由探测平台、核心普查探测技术及辅助普查探测技术、异常解释及确认技术四部分构成。
        ②探测平台的优先顺序为:水力模型、管网信息系统或管线草图。探测平台的好坏将影响探测的结果。
        ③核心普查探测技术:包括路面数字探测、相关普查探测、水中相关普查探测。
        ④辅助普查探测技术:包括压力测量、流量测量、环境调查、阀栓听音探测、阀栓数字探测。在探测工程中可以根据情况选择使用。
        ⑤异常解释及确认技术:包括相关探测、地面听音、钻孔听音、管线探测、环境调查等技术。
 
2、漏水数字探测工作流程图  
 
        3、漏水数字探测工作优势
        ①探测工程程序化,过程和结果易于规范和控制;
        ②高灵敏度、高分辨率、抗干扰能力强;探测效果提高一倍以上;
        ③提高了探测的工程效率和质量;
        ④建立漏水数据档案,保证了漏水探测工作的持续改进;
        ⑤探测结果客观,能够对管网漏水状况进行评价。                 忻盛沛

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