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相关仪在热力供热水网管道泄漏检测中的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-11-08  浏览次数:204
  热力管网水的漏失对管网本身、道路建筑物以及漏失水管道周围敷设的其他设施均会带来危害,轻则造成资源浪费,重则影响市民的正常生活或者造成不必要的伤害。及时寻找到漏水点的工作已经伴随着水运输管道的诞生而开始了。听音棒是使用历史较长漏水检测工具,俗称“听漏器”。其构造简单、使用方法简便。使用听音棒要求测漏人员具有丰富的经验,同时受外界环境影响较大。随着现代技术的发展相关法检漏仪的产生改变了测漏人员的知识结构。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。自动相关仪在漏水检测中,不仅对管道是否漏水判断迅速准确,还具有漏点定位精度高等优点,在管道泄漏检测中越来越广泛应用。
  一、相关仪的工作原理
  管道发生泄漏时,泄漏发出的声音信号就会沿着管壁向管道两端传播,管道的相关检漏法是指利用两个传感器采集漏点发出的声波,对这两路声波信号进行互相关分析,没有泄漏时,相关函数的值在零附近;发生泄漏后,相关函数的值将发生显著变化;另外,当管道泄漏点的位置不同时,两个信号的延迟时间就有区别,信号的相关函数的值就会改变。因此,根据信号的相关函数信息,就可以对管道的泄漏状况进行检测。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(如有泄漏发生,在泄漏处引起压力降,产生一个以这一漏点为声源的声波信号)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-V×Td)/2(L为漏点到传感器的距离,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。
  二、主要参数的选取
  1、速度参数
  根据漏点计算公式:L=(D-V×Td)/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。在知道管线走向的情况下,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;Td为相关仪计算出的时差,在滤波器设计合理的情况下,Td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。通常根据材质及管径调用主机内存中的速度参数,往往与实际不符,原因是主机内存中的速度,是依据管材测量得到的。我国许多城市铺设的管道历史悠久,管道内壁沉积了许多垢,外壁腐蚀,降低了管道的弹性模量,因而速度降低。绝大部分管道的速度比相关仪内存中的速度偏低,但也有个别管道速度比内存中的速度偏高。获得准确速度的方法之一,是使用噪声发生器或用消火栓放水对模拟管道漏水产生的噪声信号,通过“速度测量”菜单即可测量出速度。不过在实际应用中如管径较大,对漏水声波信号扩散衰减较大的管道或对声波信号吸收衰减较大的管道(如套筒所填充的密封材料),往往漏点一侧的传感器接收不到漏水声波信号,致使该种方法很难奏效。
  2、滤波参数
  大多数时间,默认过滤器设定会获得较好结果。有时,需要改变滤波设置从而获得更好的结果。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抑制作用,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,很难采集漏水声波信号,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。相关仪根据给定的材质、管径和距离参数,可自动给出滤波参数。当老化或腐蚀严重时,自动给定的滤波不一定合理。原因是铺设年代久远的管道腐蚀或老化严重时,弹性模量降低,造成漏水声波信号中的高频成份衰减大,使信号频带向低频方向移动。所以在这些管段输入的滤波频带应比自动给出的滤波频带低。条件允许时,可利用相关仪中设置的频谱分析功能,对两个传感器接收到的信号进行富氏变换,根据振幅谱确定漏水声波信号的主频,而后设计滤波频段。
  三、常遇到的问题
  1、波形振幅微弱或波形振幅过大
  现场测漏时经常遇到的问题:波形振幅微弱,量程设置过大,不便于观察分析;波形振幅大,量程设置过小,产生削顶失真。目前有些产品是通过软件对采集的数据进行后期处理,得到类似浮点放大的显示效果,而实际上并没有具备真正的浮点放大功能,测试时不论信号大小,只能用同样的大量程进行测量。这样做的缺点是:对于微弱信号,在采集过程中必然产生较大的量化误差(大量程测量小信号),对于强大信号,在采集过程中必然产生削顶失真(小量程测量大信号),两种情况都是无法正确判断漏水位置。再好的后期处理软件也无法将现场采集时就已经失真的波形数据恢复到真实的状态。为了达到浮点放大预期的效果,该功能只能由硬件实现。浮点放大的作用:浮点放大技术就是根据输入信号的大小来确定放大倍数,可根据漏水声音信号的幅度,动态调整放大倍数(量程范围),从而把幅度相差悬殊的漏水声音信号始终放大至最佳值,使其能得到最佳的量化精度。浮点放大技术能够使相关仪自适应信号大小,实时自动调整放大倍数,保证对弱信号、大信号都能够准确记录,扩大漏水相关仪动态范围,保证漏水声音测试精度;浮点放大技术能够使用户在波形回放、分析、测试报告生成过程中始终能够看到准确、大小合适的漏水声波波形。
  如果有些仪器不具有浮点放大功能,可以通过观察音频显示图来帮助分析泄漏情况。音频显示图对不能辩别出是否为漏点音频;有可能是一个漏点的音频;一个漏点音频的可能性较大;一个漏点音频的可能性最大信号有不同的显示。可以通过观察音频显示图来正确判断相关分析结果。
  漏水声音信号中,还可能有从管道接头、转弯等处的反射而来,在传播时,不同频率的传播速度不同。这就可能造成相关系数计算时,最高值不明确,或产生多个峰值问题,就应结合实际条件去分析。
  2、漏点位于某个传感器之外
  相关仪对两个传感器接收到的信号进行互相关运算,求出漏水声波到两个传感器间的时差Td然后和操作员输入的两传感器间的距离及速度计算出的声波在这段管道传播到传感器A和传感器B的时间Ta和Tb进行比较,如果Ta-Tb绝对值无限趋近于Ta或者Tb。此时仪器分析结果会显示泄漏点在某一传感器之外。出现此结果时应考虑用户输入的管径、管道长度误差引起速度误差,如不能准确修正管径、管道长度消除误差,应将提示靠近或之外漏点的传感器移至远离漏点的裸露点上,再次相关,可确定出漏点的位置。
结束语
  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,不受管径和管线的敷设方式等限制都可进行作业;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点;④容易操作,不须过于依赖操作者的技巧。用相关分析法检漏只需要检测泄漏点产生的声波信号,不需要检测流量、温度等其它信号,这种方法不需要详细了解管道内部流体性状,简单方便;并且定位灵敏、准确,因此是一种简单、经济、有效且可行的方法,使供热水网检漏工作朝着现代化前进了一大步。--北京市热力集团有限责任公司输配分公司 单立军
 
 
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