赛莱默长距离输水管线安全监测及检测智慧化解决方案

杜晓蕾，顾 遥，王五平

一、应用背景

长距离输水管线多应用于跨区域的调水工程、城市水源工程、工业输水工程及农田灌溉等领域，具有距离长、口径大、运行压力高、输水量大等特点。在实际应用中，受不同管材、管道埋设环境恶劣、安装方式差异、运营管理水平参差不齐等多种因素影响，长输管线安全运行存在如下风险：

①水锤问题：带压长输管线在输水过程中，水流急剧变化会引起管道压力随之发生急剧变化，形成超出正常管道运行压力几倍甚至几十倍的水击，这种现象会破坏管道、阀门及其他附属物，长此以往还会增大管线发生故障的风险。

②水量安全：长输管线口径大、压力高，且大多数安装在位置偏远、人烟稀少的地区，一旦管道位移、腐蚀或现场安装不当，则容易出现突发性的爆管或在管道接头处发生不易察觉的小泄漏，导致大量的水资源流失。

③排气阀异常运行：长距离封闭输水管线上安装排气阀是最常见的消除水锤方法之一，但目前由于缺少对排气阀是否选型正确或布置合适、验证排气阀是否为正常有效工作状态的判断，弥合水锤造成的管道安全运行隐患仍未减轻。

④PCCP（预应力钢筒混凝土管）断丝安全：PCCP管因口径大、承压高的独特性广泛应用于很多调水工程中。PCCP的强度取决于缠绕在管芯上的高强钢丝，有多种原因会导致钢丝损伤或腐蚀，达到一定程度后就会出现断裂，进而发生爆管事故。

二、方案简介

赛莱默长输管线的安全监测及检测智慧化解决方案集合了实时监测和定期检测两项功能，基于先进的硬件监测设备，通过4G、NB-IoT无线传输或分布式光缆等有线传输方式获取监测数据，结合大数据分析、机器学习等人工智能技术，对海量的管线感知数据进行分析；同时，还可将多样化检测技术获取的管线状态信息纳入管线工程分析模型，从而实现对长输管线运营的长期实时安全监控以及定期安全状态评估，辅助用户制定主动的管线维护以及前瞻性的资产管理计划，为长距离输水管线提供全天候、全方位的安全守护。

赛莱默长输管线安全监测平台实时监测流程图

1.管道压力瞬变（水锤）分析

通过在输水管线沿线的排气阀位置（通常1000m间隔）安装高频压力传感器，采集频率64～256Hz，实时监测和识别压力瞬变（水锤）信号；管道内的水锤传播速度非常快，通常在1.0～1.2km/s，系统内置的水力模型及分析工具，采用小于1ms时钟同步授时系统及相关算法，迅速找出瞬变来源，并将其位置（阀门开关、水泵停起、水柱拉断和弥合等）在软件平台界面的GIS地图标记出来，发现潜在危害性水锤，分析验证过渡过程理论计算合理性和水锤防护设备有效性，以采取进一步解决措施，确保管线运行操作安全。

2.管道漏损监测及报警

与传统的人工听漏以及通过流量计等方式不同，赛莱默爆管及泄漏监测是借助高频压力传感器及水听器采集管道数据，通过信号分析算法及机器学习算法识别管线中的爆管压力瞬变及异常噪声，有效监测持续泄漏的微小漏点、随时间变化逐步发展的泄漏事件以及突发的爆管事故并快速定位爆管区域（±50m）。

3.排气阀及管线异常事件监测

赛莱默长输管线安全监测平台能够通过高频压力和水听器数据相结合的方式，初步分析判断管线沿线的排气阀是否积气和按需及时吸气、排气，平台通过机器学习掌握管线不同区域承受的不同压力分布和噪声变化规律，当出现变化时系统会提示用户查看异常问题并及时处置；系统还将泵站运行模式、调度模式、排气阀工作模式等的变化纳入学习内容，有助于及时发现供水系统运行异常，完整、准确地掌握供水系统运行状态，帮助用户快速判断给水系统问题，在提高调度管理效率和水平等方面起着重要作用。

异常事件识别及干预

4.PCCP断丝监测及预警

将分布式光缆通过干式或带压安装的方式铺设到PCCP管道内部，PCCP断丝产生的压力波被安装在管道内部的分布式光纤传感器接收后，传输到采集系统。经过比对与过滤后将剩下的声事件通过网络传输到中央分析平台，分析处理后确定断丝数量并定位断丝位置。通过连续、自动的PCCP断丝监测，用户能够根据监测数据及报警主动地安排停水、修复或更换管道，并为调度优化、应急预案制定提供数据支撑。

5.监测平台功能界面

赛莱默长输管线安全监测平台基于Web浏览器界面，为用户提供可视化的界面查看传感器位置信息、管线图、监测及分析结果，以及交互式、统一的报警列表界面。软件平台结合了机器学习、大数据分析以及多种信号分析算法，对大量数据进行分析、判断并生成报警提示；用户可以看到系统报警记录前后时段的详细数据，以此进行定位分析或更进一步的事件判断；有很强的可扩展性和可伸缩性，并能够整合现有其他业务系统的数据。

安全监测软件平台界面

6.管线定期内检测及状态评估

赛莱默拥有多种功能、应用于不同工况条件、满足不同检测需求的管道内检测技术和设备。既有一次性投入管道就能完成20km长距离泄漏检测的SmartBall®（意译：智能球），也有自带“内窥镜”功能的系缆式内检测技术Sahara®（音译：撒哈拉），不仅能够检测泄漏和气囊，还能够通过前置摄像头清楚反馈管道内壁裂纹、管内淤积、未知接头等；除此以外，还有能够检测金属管道腐蚀及壁厚损失的管内潜检仪（PipeDiver®），潜检仪搭载电磁法模块，可完成PCCP管道的断丝检测，确保由于没有备用管线而无法排水的供水管线也能在不停水排空的条件下完成断丝数据的采集。

7.赛莱默长输管线智慧化解决方案应用

目前，赛莱默长输管线智慧化解决方案在全球不同项目中得以应用，累计监测管线长度超过1.2万km，累计管线泄漏检测及状态评估长度超过2万km。

2015年，首次在国内安装PCCP断丝安全监测系统，对南水北调中线京石段应急供水工程（北京段）DN4000管线右线35.7km的PCCP进行断丝监测;目前在全国已完成16个工程300多km的PCCP检测。此外，近年陆续在多个国内重点输调水工程中，对长输管线的压力瞬变（水锤）、爆管和漏损及排气阀和管线异常操作实施安全监测，在全国超20个重点城市完成漏水及气囊检测及状态评估。