地下水管网泄漏检测及工程实例

2018-02-28张宇黄辉

中国特种设备安全 2018年1期

张宇黄辉

（中国特种设备检测研究院北京 100029）

Zhang Yu Huang Hui

(China Special Equipment Inspection and Research Institute Beijing 100029)

地下水管网不仅是石化企业生产和生活用水的生命线，更是石化企业安全生产的重要保障。当地下水管线发生泄漏时，就会直接影响到石化企业的经济效益。当消防水线泄漏时，遭遇突发状况，水压不足，提压困难，就会失去安全保障的作用。当淡水线泄漏时，不仅给厂内员工的生活带来不便，而且还要付出昂贵的水单；当循环水线泄漏时，不仅导致水中添加的防腐药剂白白流失，而且还会给生产设备带来严重的损害。为此，对于石化企业的水管网泄漏检测是一项长期而又艰巨的任务，是一个普遍而又难以彻底解决的问题，任重而道远。

1 管道泄漏原因

管道漏水的规律是由暗漏到明漏，有时暗漏的水流入河道、下水道或电缆沟后则始终成不了明漏。一般造成漏水的原因有很多中，但常见的原因有如下所列：

1.1 管材的质量

金属管道在生产、装卸过程中易产生裂缝、沙眼，防腐层不完整等；而塑料管的缺点是管壁厚薄不均匀，抗老化性能差，抗应力弱等。

1.2 管道的腐蚀、老化

管道随着使用时间的年限增长，受地下土质酸碱程度的影响，会慢慢地腐蚀老化，特别是镀锌钢管、铸铁管、水泥管等老化现象比较严重。

1.3 接口质量

有些管道为水泥接口，这类接口刚性强，气温变化时，易引起水管收缩或膨胀断裂。或在管道不均匀沉降时引起径向裂开。在接口过程中，如果填料不均匀，打口水泥敲打得不密实，则管道在正常工作时也会出现接口漏水。

1.4 阀门锈蚀、磨损而漏水

管道元件质量不合格，阀门盘根不严，导致阀杆处常少量漏水；阀门使用一段时间后，易老化、锈蚀、磨损等原因造成阀门漏水；消防栓质量较差，操作数次后就关不严。

1.5 施工质量不规范

施工过程中基础未处理好，导致管道不均匀沉降，引起管道断裂及接口漏水；有的管道不够平直，接口处错位较多，使接口容易损坏；接口间隙不匀，夹角过大，橡胶圈位置异常引起漏水；施工时管道受损伤，大石块回填，竣工验收把关不严等造成的漏水；有些工程为了抢进度，施工技术不符合规范要求。[1]

1.6 其他外力引起的漏水

石化厂区内经常行驶的大型车辆碾压，车辆吨位增加，管道动载荷增加，使管道松动脱节，焊口开裂等。其他施工单位在没有查清供水管管位时，盲目施工人为造成的破坏。系统运行误操作，运行故障、局部加压，导致部分阀门、管道爆裂或轻微损伤。

2 泄漏检测方法

由于石化厂区内噪音种类繁多，管线复杂，根据现场实际检测经验归结，以及国内外调研，目前，主要的检测方法以音听检漏法、相关检漏法、区域泄漏检测法三种检测方法效果甚佳。

2.1 音听检漏法[2]

检测主要设备为听音杆，听音杆的原理即为漏水噪音沿着管壁传递到杆尖，再传至杆身，最后经振动膜和听桶把音量扩大，这样就可以听到很远的地方音量较小的漏水点了。

2.2 相关检漏法[3]

检测主要设备为万能相关仪，其原理当管道发生泄漏时，漏水与管道发生摩擦产生漏水声音，漏声沿管道从漏点向两端传播，把两个传感器放在漏点两边的管道暴露部位上，漏声信号传到两个传感器的时间有一个差值Td（也叫作延迟时间）。这样利用延迟时间Td就可以推算出漏点到较近传感器的距离L，这个距离并不是简单的直线距离，而是沿管线的具体长度。

设两传感器之间距离为D，则有

D代表管道总长；V代表漏声沿管道传播速度；Td代表时间差。特殊情况：当Td为零时，漏点在中间或中心相关；当Td为负值时，漏点在管道两端的外侧。如图1所示。

图1 相关检漏示意图

2.3 区域泄漏检测法

检测主要设备为多探头相关仪组合，根据现场情况需要和配置组装成2～192个探头组合，能够记录检测区域的多项漏水声，一次检测就可完成一定区域内的漏水点定位，提高了检测效果和准确率。

3 漏水噪声的物理特性

对于上述几种检测方法，都是针对泄漏点处漏水噪声的采集与分析，因此，对漏水噪声特性的探索与研究更尤为重要。

3.1 漏水噪声的产生

地下压力管道发生漏水时，产生3种可识别噪声：

1）由于漏孔压力下降，存在内外压力差引起的管道振动及共振噪声。

2）漏水冲击周围土壤产生的噪声。

3）漏水在周围孔穴中流动及环流产生的噪声。

3.2 漏水噪声的特点

漏水引起的管道振动及共振噪声通常是声音最大或声强最强的漏水噪声，听起来为非常尖锐的“滋滋”声。其频率通常为300～2500Hz。

漏水冲击周围土壤产生的噪声和漏水在周围孔穴中流动及环流产生的噪声通常较弱，只有在接近漏点处才可听到。其频率通常为100～800Hz。

漏水直接冲击周围土壤产生的噪声听起来是一种敲打声或颗粒碰撞声。漏水在周围孔穴中流动及环流产生的噪声听起来像潺潺的小溪或山涧溪流流动的声音。

3.3 影响漏水噪声的因素

有多种因素影响在管道中传播以及传播到地面的漏水噪声的声强和频率范围：

1）漏水噪声与水压的关系：

漏水噪声的声强与管道内的水压成正比例(存在极限值，大约为0.3MPa)。

2）漏水噪声与管材的关系：

与PVC管或水泥管相比，通过金属管道（例如铁管、铜管和钢管）传播的漏水噪声的声强更大且频率更高。因而清楚管道的管材十分重要。

3）漏水噪声与漏孔的大小、形状、部位的关系：

漏孔越大噪声越大，但断管时，断管后部可能没水而没有声音，漏孔形状不规则或为裂缝时噪音大，漏水在管道接口时，特别接口为柔性材料时噪音小。

在许多大学生英语语用能力研究报告中，表明了工科与文科学生在语用能力上存在着一定的差异。工科学生的英语水平具有较强的一致性，语用能力相对于文科生来说较弱一些。导致出现语用失误的原因主要是两点，一是说话人措辞不当导致听话人误解了话语的意思；二是听话人误解了说话人要表达的意思。而工科院校的英语学习者因为较少与人进行英语交流，更多的是使用阅读理解的能力，导致听说能力相对薄弱，使得更容易出现语用失误。因此，教师在进行英语教学中，要充分地意识到这点，培养学生的语用意识，在注重语言基础知识的同时传授语用知识[2]。

4）漏水噪声与管径的关系：

与小口径管道相比，大口径管道，无论是PVC、水泥、钢还是铁管，传播的漏水噪声的声强较小且频率较低。

5）漏水噪声与土壤介质的关系：

沙土和疏松土壤，特别是新铺管道的土壤，传播漏水噪声的性能较差，像泥地和湿地等含水量大的土壤也是如此。坚硬、密实的土壤传播漏水噪声的性能较好。

土壤对漏水噪声的吸收速度很快，以至于很难听到2～2.5m深的漏水噪声。如果漏点在积水面以下，则只能在地面听到0.9～1.2m深的漏水噪声。当管道深2～2.5m时，只有漏点较大且水压较高从而能够产生足够的噪声时才能在地面听到漏水噪声。

6）漏水噪声与地面介质的关系：

地面是沥青路面、松散土壤、水泥板还是草坪，对听音也有着重要的差别。硬质路面和混凝土路面可与漏水噪声产生共振，因而可以听到1.5～3.0m深的漏水噪声；而草地和松散土壤没有可产生共振的板状表面。大部分噪音为沿管壁传播的漏水噪声。

3.4 漏水噪声的传播距离

金属管特别是150～300mm的铜管和钢管向漏点两侧传播的漏水噪声的距离可达几百米，而水泥管和PVC管传播距离较近，漏水噪声仅能传播30～120m。同管材一样，漏水噪声的传播距离与管径成反比例：

表1 漏水噪声的传播距离

因此清楚了解管材和管径后就可以知道漏水噪声沿管壁传播的大概距离。

4 相关仪的使用

4.1 相关仪的组成

4.2 相关仪的使用技巧

1）传感器跟管道需接触良好，在接触处应除锈、除泥、除防腐保护层等。

2）两传感器之间的相关距离最好在200m以内，塑料管道最好在100m以内。

3）为保证无线连接信号的稳定，最好使发射机高于地面30cm。

4）当阀门井内充满水或污泥时，最好先抽水或清井，以便能吸附的更好。

5）检测管道的阀门有漏水时，最好能先修复明漏后再作检测。

6）测量的漏水点跟三通或弯头重合时，需谨慎对待。

7）可以用播放功能，对播放的声音进行放大，以便能听到很弱的漏水声。

4.3 相关仪的分析技巧

1）声音信号分析。

有漏水声音时，声音信号应该是“强度级数大、密集、强度均匀”，否则信号“强度小、稀疏、强度不均匀”。

2）频谱信号分析。

有漏水频谱时，一般金属管道漏频谱在100～1500Hz，非金属管道在0～300Hz。如果频谱超2000Hz以上一般为干扰信号（也有可能是由于无线通讯信号弱所致）。如果有高频谱为单一的一条线一般为电流干扰，可通过陷波设置来消除50Hz、60Hz的干扰。

3）相干函数分析。

相干函数是指两个传感器采集的频谱信号是否来自同一信号源，用来判断两端的传感器是否可以同时采集到漏水声音。如果管道上没有漏水、传感器没有放置在同一跟管道上或一侧传感器采集不到漏水音，那么相干频谱就会比较低。

4）滤波设置。

如果确实有漏水，但测量结果不太好，可手动设置滤波重新计算。按“相关-演算方法”设置滤波范围，此范围可通过“相干函数”的结果来设置。

5）离线分析。

对保存的结果可以离线分析，操作方式和采集相同。打开文件-输入参数-选择重新相关保存的信号即可出现结果。

6）查看或生成报告。

按“报告”按钮，可以直接查看或生成报告，报告可以生成Excel格式。

4.4 漏点探测中的干扰因素及排除

漏点探测中的干扰因素众多而复杂，很难面面俱到的解释清楚，这常常需测漏工作者在具体工作中多总结、多探索。这里只对一些常见的干扰因素作简要叙述。

1）正常用水声和环境噪声常给音听测漏法造成影响。

在测漏时一般不能中断供水或另择环境，因此这两种干扰就难以避免。在实际测漏时，常用以下一些方法排除用水声和环境噪声的干扰。

（1）可以用延长测试时间和增加测试次数的办法来排除用水或其他瞬时噪声；

（2）根据泄漏声和噪声的频谱差别，选择合适的滤波范围和方法排除其他干扰；（3）利用先进的分析软件或分析方法减少干扰；（4）可以选择夜间或其他环境噪声和用水噪声较少的时段测漏；

（5）尽量使用防风抗干扰设备。

2）管道状况不同也常常会影响音听测漏。

如三通、弯头、变径和相叉会使管道发生共振“串声”给音听带来影响。这种情况要仔细分析管道状态、相互关系、最好有详细的管网图作参照，排除其他干扰，判断真实的漏点。

3）其他漏水相似音。

漏水相似音有很多，主要有如下几种：（1）管内流水音。

这种声音，是流水通过水管内，栓阀等突起物时产生摩擦，在管壁和水中传播的振动音，如阀门不是全开的状态下，水流的冲击音和漏水音几乎完全没有区别。

（2）电力管线产生的回路音。

地下电缆、高架设压器、路灯等电力设备会产生300Hz以下的低频噪音，有时与漏水音极其相近。

（3）其他相似音。

如下水音、汽车行驶音、风声、都市噪音等，给检漏带来很多障碍，只要仔细、并利用经验都可判别。

5 工程实际应用

5.1 实例1（相关仪与听音杆配合应用）

某石化公司厂区三催化装置区淡水线供水压力不足，怀疑是否有泄漏产生。检测人员到达现场进行勘查，对周边地面阀井进行逐一打开，发现有一处阀井里充满清水，而该管线正是在该阀井旁通过，准备利用相关仪进行精准定位。但发现该管线可利用加电点较少，且加电点间距离较长，超出设备规定管径下的有效检测距离，检测过程困难。

该管线管径219mm，压力为0.3MPa，可加电点为ABC三点（见图2），其中AB间距离120m，BC间距离185m，AC间距离280m，通过实际检测BC段与AC段均无泄漏信号，只有AB段有明显泄漏信号，并且泄漏点距离B点25m处，也正是三通的位置附近，但无法利用其他管段进行泄漏验证。用听音杆对其漏水阀井附近测听，噪声通过土壤层传导，听到D点处漏水噪音较大，并结合相关仪检测图谱分析该位置有极大可能，只有AB段符合设备检测距离，并有很明显信号，而D点距离三通处只有10m左右，相关图谱（见图3）显示在其三通处很有可能是D点处泄漏噪声传递过来的。

图2 管线路由图

图3 相关函数图谱

对其D点进行开挖验证，该处确为泄漏点，误差为0.3m。该泄漏原因为螺旋焊缝焊口开裂，裂口长度近40mm，最终查表所得泄漏量为13t/h。见图4（该图为关阀后的现场取证图片）。

图4 开挖泄漏点

5.2 实例2 （多处漏点泄漏应用）

某石化公司气分罐区车间淡水线有疑似泄漏，该管线仅为气分车间生活用水管线，无其他支线，通过查看该车间淡水水表，在车间内停止一切生活用水后，水表仍继续运行，显然有泄漏点存在。

对管线进行相关仪检测，该淡水线管径114mm，压力0.3MPa，管线路由较为清晰，无支线，选择一处在水表附近加信号，另一处在车间内水龙头下钢管加信号，两端探头传感器相距52m，得到相关图谱，见图5。

图5 相关函数图谱

该相关图谱不同于典型泄漏图谱仅有一处最高波峰值，它有两处较高波峰值存在，这种情况较为少见，相对于一般情况下，管线没有泄漏点是不会有明显波峰存在的，因此检测人员为了能定位精准，查看其相干图谱（见图6），确切证明了有漏点存在，初步假设是否可能存在两处泄漏点的可能。

图6 相干函数图谱

根据相关图谱指示位置在距蓝色传感器12.6m处，进行开挖验证时发现果然存在两处泄漏点，相距近30mm，均为管体腐蚀穿孔造成，定位偏差几乎为零。当场对泄漏点进行带压堵漏措施，修复后计算泄漏量为14.83t/h。见图7和图8。

图8 管线修复后

5.3 实例3（变径管线的应用）

某石化公司二催化循环水线，该水线穿过二催化装置区，并供给装置区内其他设备冷却用水，支线较多，主管线管径426mm，支线管径168mm，压力0.4MPa。由于水管网车间无法缩小泄漏范围，检测人员只能对整套装置进行普查，再逐一管线排除。最后锁定位于一处支线有疑似泄漏。但两端所加探头处，分别位于两种管径上，为了定位精确，检测人员必须使用相关仪中的变径检测方法。准确测得168mm管径的管线长度4m，426mm管径的管线长度34.5m，将该参数输入相关仪中，得出相关图谱，见图9。