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相關儀在熱力供熱水網管道泄漏檢測中的應用

放大字體  縮小字體 發布日期:2012-11-08  瀏覽次數:329
  熱力管網水的漏失對管網本身、道路建筑物以及漏失水管道周圍敷設的其他設施均會帶來危害,輕則造成資源浪費,重則影響市民的正常生活或者造成不必要的傷害。及時尋找到漏水點的工作已經伴隨著水運輸管道的誕生而開始了。聽音棒是使用歷史較長漏水檢測工具,俗稱“聽漏器”。其構造簡單、使用方法簡便。使用聽音棒要求測漏人員具有豐富的經驗,同時受外界環境影響較大。隨著現代技術的發展相關法檢漏儀的產生改變了測漏人員的知識結構。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生的連續的不規則振動音,根據兩傳感器間的距離、聲音到達的時間差、振動音傳播速度等數據進行相關計算,求得漏水點的位置。自動相關儀在漏水檢測中,不僅對管道是否漏水判斷迅速準確,還具有漏點定位精度高等優點,在管道泄漏檢測中越來越廣泛應用。
  一、相關儀的工作原理
  管道發生泄漏時,泄漏發出的聲音信號就會沿著管壁向管道兩端傳播,管道的相關檢漏法是指利用兩個傳感器采集漏點發出的聲波,對這兩路聲波信號進行互相關分析,沒有泄漏時,相關函數的值在零附近;發生泄漏后,相關函數的值將發生顯著變化;另外,當管道泄漏點的位置不同時,兩個信號的延遲時間就有區別,信號的相關函數的值就會改變。因此,根據信號的相關函數信息,就可以對管道的泄漏狀況進行檢測。在預計漏點兩側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(如有泄漏發生,在泄漏處引起壓力降,產生一個以這一漏點為聲源的聲波信號)并將其轉換成電信號,通過無線或有線傳播到相關儀主機內,對其進行模數轉換、數字濾波處理后,進行互相關運算,求出漏水聲波到達兩傳感器間的時差,再根據輸入的兩傳感器間的距離及管道速度,按公式L=(D-V×Td)/2(L為漏點到傳感器的距離,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。
  二、主要參數的選取
  1、速度參數
  根據漏點計算公式:L=(D-V×Td)/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。在知道管線走向的情況下,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;Td為相關儀計算出的時差,在濾波器設計合理的情況下,Td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。通常根據材質及管徑調用主機內存中的速度參數,往往與實際不符,原因是主機內存中的速度,是依據管材測量得到的。我國許多城市鋪設的管道歷史悠久,管道內壁沉積了許多垢,外壁腐蝕,降低了管道的彈性模量,因而速度降低。絕大部分管道的速度比相關儀內存中的速度偏低,但也有個別管道速度比內存中的速度偏高。獲得準確速度的方法之一,是使用噪聲發生器或用消火栓放水對模擬管道漏水產生的噪聲信號,通過“速度測量”菜單即可測量出速度。不過在實際應用中如管徑較大,對漏水聲波信號擴散衰減較大的管道或對聲波信號吸收衰減較大的管道(如套筒所填充的密封材料),往往漏點一側的傳感器接收不到漏水聲波信號,致使該種方法很難奏效。
  2、濾波參數
  大多數時間,默認過濾器設定會獲得較好結果。有時,需要改變濾波設置從而獲得更好的結果。雖然相關儀在進行相關運算時,對環境的隨機干擾信號具有一定的抑制作用,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。當環境噪音較大,漏水聲波信號能量很低,放大器增益小,很難采集漏水聲波信號,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。相關儀根據給定的材質、管徑和距離參數,可自動給出濾波參數。當老化或腐蝕嚴重時,自動給定的濾波不一定合理。原因是鋪設年代久遠的管道腐蝕或老化嚴重時,彈性模量降低,造成漏水聲波信號中的高頻成份衰減大,使信號頻帶向低頻方向移動。所以在這些管段輸入的濾波頻帶應比自動給出的濾波頻帶低。條件允許時,可利用相關儀中設置的頻譜分析功能,對兩個傳感器接收到的信號進行富氏變換,根據振幅譜確定漏水聲波信號的主頻,而后設計濾波頻段。
  三、常遇到的問題
  1、波形振幅微弱或波形振幅過大
  現場測漏時經常遇到的問題:波形振幅微弱,量程設置過大,不便于觀察分析;波形振幅大,量程設置過小,產生削頂失真。目前有些產品是通過軟件對采集的數據進行后期處理,得到類似浮點放大的顯示效果,而實際上并沒有具備真正的浮點放大功能,測試時不論信號大小,只能用同樣的大量程進行測量。這樣做的缺點是:對于微弱信號,在采集過程中必然產生較大的量化誤差(大量程測量小信號),對于強大信號,在采集過程中必然產生削頂失真(小量程測量大信號),兩種情況都是無法正確判斷漏水位置。再好的后期處理軟件也無法將現場采集時就已經失真的波形數據恢復到真實的狀態。為了達到浮點放大預期的效果,該功能只能由硬件實現。浮點放大的作用:浮點放大技術就是根據輸入信號的大小來確定放大倍數,可根據漏水聲音信號的幅度,動態調整放大倍數(量程范圍),從而把幅度相差懸殊的漏水聲音信號始終放大至最佳值,使其能得到最佳的量化精度。浮點放大技術能夠使相關儀自適應信號大小,實時自動調整放大倍數,保證對弱信號、大信號都能夠準確記錄,擴大漏水相關儀動態范圍,保證漏水聲音測試精度;浮點放大技術能夠使用戶在波形回放、分析、測試報告生成過程中始終能夠看到準確、大小合適的漏水聲波波形。
  如果有些儀器不具有浮點放大功能,可以通過觀察音頻顯示圖來幫助分析泄漏情況。音頻顯示圖對不能辯別出是否為漏點音頻;有可能是一個漏點的音頻;一個漏點音頻的可能性較大;一個漏點音頻的可能性最大信號有不同的顯示?梢酝ㄟ^觀察音頻顯示圖來正確判斷相關分析結果。
  漏水聲音信號中,還可能有從管道接頭、轉彎等處的反射而來,在傳播時,不同頻率的傳播速度不同。這就可能造成相關系數計算時,最高值不明確,或產生多個峰值問題,就應結合實際條件去分析。
  2、漏點位于某個傳感器之外
  相關儀對兩個傳感器接收到的信號進行互相關運算,求出漏水聲波到兩個傳感器間的時差Td然后和操作員輸入的兩傳感器間的距離及速度計算出的聲波在這段管道傳播到傳感器A和傳感器B的時間Ta和Tb進行比較,如果Ta-Tb絕對值無限趨近于Ta或者Tb。此時儀器分析結果會顯示泄漏點在某一傳感器之外。出現此結果時應考慮用戶輸入的管徑、管道長度誤差引起速度誤差,如不能準確修正管徑、管道長度消除誤差,應將提示靠近或之外漏點的傳感器移至遠離漏點的裸露點上,再次相關,可確定出漏點的位置。
結束語
  相關儀的運用具有以下優點:①在困難環境中的作業能力較強,不受管徑和管線的敷設方式等限制都可進行作業;②比一般的音響探測法靈敏度高;③在單一的調查中可以發現數個泄漏點;④容易操作,不須過于依賴操作者的技巧。用相關分析法檢漏只需要檢測泄漏點產生的聲波信號,不需要檢測流量、溫度等其它信號,這種方法不需要詳細了解管道內部流體性狀,簡單方便;并且定位靈敏、準確,因此是一種簡單、經濟、有效且可行的方法,使供熱水網檢漏工作朝著現代化前進了一大步。--北京市熱力集團有限責任公司輸配分公司 單立軍
 
 
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