直埋供热管道热网预警系统

张璋

【摘 要】为了保证热力管网安全可靠运行，随时掌握热网的运行情况，就需要在熱力管网中设计安装直埋供热管道预警系统。预警系统由预埋在预制直埋保温管道保温层中的预警线及监测设备组成，如果预警线与钢管之间的聚氨酯保温层有水，预警线与钢管之间的电阻值由极大变为极小，当电阻值低于报警值时检漏监测设备则会发出报警，同时泄漏处的预警线与钢管之间的阻抗值发生变化，定位监测装置则可根据阻抗的不均匀变化确定管道泄漏点的位置，所以直埋供热管道预警系统可以监测工作钢管是否泄漏及外护管（PE管）破损导致外界水浸入聚氨酯保温层的意外情况，同时系统还会及时向管网监控人员发出报警，并准确定位故障点位置。系统从前期设计到项目现场施工、安装调试及后期维护，每一个环节的严格管理对保证其正常运行都是至关重要的。实践证明直埋供热管道预警系统的应用保障了热力管网的安全稳定运行，避免发生重大的经济损失，同时还可以降低热网管理维护的人工费用。现如今预警系统的应用已成为现代集中供热系统科学运行和管理水平的重要标志之一。

【关键词】集中供热；热力管网；直埋保温管道；预警系统

绪论

近年来随着城市集中供热技术及供热管网敷设技术的不断发展。国外一些供热技术发达国家，如瑞典、芬兰、丹麦、德国等，早在几十年前已经开始研究和应用“直埋供热管道”代替传统的地沟敷设方式，现在他们已拥有从直埋供热管道设计、生产制造、施工验收、监测、运行等一系列完整成熟的技术标准和措施。由于直埋管道敷设方式具有节约能源、造价低、占地少、施工方便等优点，因此直埋管道敷设技术在我国得到迅速发展、推广，我国对直埋供热管道技术的研究和应用也日臻成熟。

无论采用哪种供热管网敷设方式，供热管网的安全、稳定运行是首要的。供热管道的泄漏易导致大量水和热能的损失，降低供热系统的输送效率。供热管道泄漏的主要原因有管道疲劳破坏、管道之间焊接质量不高、管道内部压力超过其承受范围、保温层进水导致钢管腐蚀破坏等。供热管网长时间运行，其安全性将逐渐降低，因此提前预知管道的运行情况至关重要。本文主要针对从欧洲预警系统监控公司引进的European Monitoring System热网监测系统的结构、设计、功能和实施进行讨论。从2007年至今我已将此系统设计并安装于青岛市李沧区热力管网、北京市海淀区小营热力管网、吉林省通化新区热力管网。实践证明：预警系统的应用保障了管网安全、稳定运行的同时避免突发事件的发生，还可以减少人工投入，降低人工费用。

一、预警系统的建立

从欧洲引进的European Monitoring System直埋供热管道热网预警系统是由预埋在直埋保温管保温层中的预警线及监测设备组成，可以监测工作钢管是否有泄漏或外护管破损而导致外界水浸入聚氨酯保温层的情况。预警系统可以实时监测并记录管网运行情况，能及时发出报警信息并准确定位故障点位置，帮助维护人员尽早的发现问题并及时采取处理措施，保证管网安全稳定运行。

1、预警系统对产品的要求

预警系统是通过预埋在管道保温层内的预警线对管道进行监测和报警定位的。预警线由一根铜线和一根镀锡铜线组成，其中铜线为信号线，镀锡铜线为报警线。

2、预警系统主要装置及功能

预警系统的整体结构通常可分为两部分，分别是中央监控部分和现场检测部分。

中央监控部分主要由中央监控装置、计算机和数据通信系统组成的。系统通过中央监控装置实时对管线进行监测，监测数据通过无线网络上传到计算机中，然后由监控软件对数据进行分析比对、诊断、系统报警等功能，最终自动生成监测报告。

现场检测部分主要由便携式检测设备和跨接电缆组成。维护人员可以根据系统检测报告在现场通过便携式监测设备对故障点进行排查，并最终定位。

二、预警系统的监控原理

1、检漏原理

当预警线与钢管构成回路时，如果预警线与钢管之间的保温层有水或存在潮气，则预警线与钢管间的电阻由极大值变为较小值，如果测得其间电阻值小于设定的报警值则系统报警。欧洲预警系统监测标准规定，单根保温管及管件下线后其线间电阻值大于500MΩ。

2、故障定位原理

故障定位原理是以预警线和钢管之间的阻抗值为依据，通过故障定位仪准确定出故障点的位置。正常情况下，预警系统所监控的预警线和钢管之间的阻抗值是均匀不变的。但是当预警线遇到断路、短路和泡沫层受潮或进水的情况时，预警线和钢管之间的阻抗值将会发生变化。故障定位仪在起点处沿预警线发射出编码脉冲，在传播过程中当遇到阻抗值发生变化的地方，就会产生一个反脉冲信号返回给定位仪，根据信号反射的时间和传播速度换算为以米计量的距离，最终确定出故障点的位置。

三、预警系统的设计

预警系统的设计应与被监控管网的设计同步进行，根据管网的布局、走向、距离以及热力站的位置，合理设计预警系统。

在进行预警系统设计时应明确以下几点问题：

1） 确认被测管段的长度，合理划分监控管段。

2） 确认中央监控装置的位置、供电方式和通信方式。

3） 确认现场检查点的位置，应在有条件的地方建立检查点。

4） 确认预警系统的扩展设计，设计应与热力管网发展计划相结合。

1、预警系统的设计方案

完整的预警系统设计方案包括四个部分：

1）预警系统设计安装图。

2）符合监测要求的安装有预警线的预制直埋保温管道及管件。

3）预警系统专用跨接电缆及连接附件。

4）预警系统中央监控装置和现场检测设备。

根据系统的功能不同，预警系统的设计可分为便携式监测系统、自动检漏监测系统、故障定位监测系统。

（1）便携式监测系统

便携式监测系统通过安装在管道上的跨接電缆做检查点，维护人员用便携式监测设备与跨接电缆连接，对管道进行检测和监控。此系统不具备自动检测和报警的功能，需要维护人员定期到检查点对管线进行检测。系统结构简单、造价低，但是后期维护人工成本较高。该系统多用于一些距离较短，管径较小的分支管线监测。

（2）自动检漏监测系统

此系统是基于便携式监测系统基础上在管线起始端加装自动检漏中央监控装置。系统可以自动检测并记录管网的运行情况。若管道出现泡沫层受潮、管线泄漏、预警线短路或断路等情况，系统通过有线、无线网络将监控信息传送到计算机和维护人员的手机中，使用户可以随时掌握管网的运行情况。但是系统自身不能自动定位故障点的具体位置，维护人员需用便携式定位仪对故障点进行定位。

自动检漏监测系统结构相对复杂，造价高，但是系统可全天候自动监控，使维护人员可以随时掌握管线运行情况。该系统多用于一些距离较短，管径较大的主管线监测。

（3）故障定位监测系统

此系统是基于便携式检测系统基础上在管线起始端加装自动故障定位中央监控装置。系统不仅可以随时监控并记录管线运行情况，还可以自动定位故障点位置，并及时向维护人员发出报警，使用户可以在第一时间对故障点进行排查和维修。

故障定位监测系统结构复杂，造价高，若管线出现问题时系统可自动确认故障点位置，为维护人员后期排查节省了时间。该系统多用于一些距离较长，管径较大的主管线监测。

2、预警系统的设计要求

预警系统的设计应尽量考虑其功能性和经济性，并且由于现场施工难度大，还应尽考虑现场施工的可行性。这里以2008年青岛市李沧区热力管网预警系统实例向大家介绍系统设计要求。

我在2008年依据青岛热力设计院李沧区热网城建设计图，为该管网设计预警系统，系统可监控管线7Km，覆盖管径从DN1000-DN500，从系统设计到施工结束总用时5个月，该系统得到青岛热力集团和青岛热力设计院各级领导的一致肯定。

（1）预警系统的回路设计。首先需要将热网管道设计为独立封闭的回路，并且为了方便现场接线及后期准确定位，应将主管线和支管线独立设计回路。当管线遇到阀门或补偿器等非预制管件时需用跨接电缆将断开的预警线连接起来。如系统设计施工图3-2所示，该系统共有6条监测回路，其中4条主管线由中央监控装置进行自动监控，另外两条管径较小的分支管线设计为便携式监控模式，为方便后期排查监测，我将起始点和终点都设计在同一个支线井内。

（2）中央监控装置的位置。在设计时应尽量多的利用中央监控装置的监测通道，同时减少每条通道的距离，这样不仅可以相对减少施工难度，也便于后期维护及排查管线故障。此项目中我将中控装置安装在主管线折中处的换热站内，共占用4条监控通道，向东侧两条通道各监控管线1Km，向西侧两条通道各监控管线1.5Km，该项目自动监控距离5Km，占总监控距离70%。

（3）非预制管件的跨接要求。预警线在遇到补偿器，阀门等非预制管件时都将用跨接电缆进行跨接，而上述这些管件则不在预警系统的监控范围内。此项目共跨越4个补偿器、4个阀门。因为跨接电缆不可直埋，需要安装在井室中。

（4）检查点的设计。通常为了快速、准确定位出故障点的位置，需要保证两个安装预警系统跨接电缆的检查点最大距离为500米，若超过500米，则应在两个小室中间的适当位置设计装有跨接电缆的专用检查点。该项目中我只增开了一个专用检查室，不仅满足系统的设计使用要求，同时也节约了系统的建造成本。

总上所述，在热力管网预警系统的设计过程中，不仅需要满足系统自身的功能要求，而且也要考虑现场施工的可行性，最终设计出满足客户需要的、经济实用的预警系统。

结论

预警系统从前期设计到项目施工，再到后期维护，每一环节严格的管理对保证系统正常运行是至关重要的，因此可以说热网项目选择使用预警系统，很大程度的提升了整个项目的质量。在整个直埋管网监测系统的形成过程中，要重点把握以下几点：

首先，产品中要预埋预警线，预警线合理布置是实现回路的必要条件，这就对产品的加工工艺就有很严格的要求，因此，产品质量是建立建成预警系统的重要前提。其次，建立预警系统对工程施工的要求也是非常严格的，产品的运输储存要按照项目要求执行，不能让预警线在运输和施工中受到损伤。检查点的布局要合理，监控设备的安装位置应保证干燥、整洁。接头安装工人要经过严格的培训才可以上岗。整个项目的建设要有专业的技术人员全程跟踪控制。再次，系统建成投入使用后，运营单位对其后期的维护工作是非常重要的。为了延长管网的使用寿命，运营单位应当定期对管道进行巡检，掌握监测设备运行状况，及时排除异常情况。如果被测管线出现故障，应及早排查并迅速抢修，以防止损坏情况进一步发展，避免发生更大的经济损失。

总之，建立预警系统是集中供热直埋管道安全、稳定运行的重要保障，也是集中供热现代化的标志之一，这需要行业内各有关人员的通力合作才能使直埋供热管道热网预警系统得以大力推广和真正的发挥作用。

参考文献：

[]丹麦ABBALSTOMPOWER区域供热手册---1999.11

[2]金富根热网泄漏监测及控制方法、煤气与热力，2008.28（2）-A13

[3]董壮进供热管网系统泄漏与堵塞的诊断、煤气与热力2000.20（3）：192-194