供热直埋管道泄漏磁温综合检测方法

1 概述

供热直埋管道(以下简称供热管道)在安装环境中易产生腐蚀泄漏，有效的检测手段对供热管道安全运行具有重要意义

。国外在这方面的研究起步较早，泄漏监测系统LDS

可比较准确地定位泄漏位置，且监测距离长。我国的供热管道检测技术仍处于探索阶段。近年来，有学者提出通过检测地表温度定位泄漏位置，如红外热辐射法

、光纤光栅法

。红外热辐射法可快速检出泄漏位置，但仪器在阳光直射时无法工作。光纤光栅法可实时监测，但是需敷设长距离的光纤，成本高。另外，还有学者提出基于管道的导电和磁化特性的电磁检测方法，如脉冲涡流法

、瞬变电磁法

。脉冲涡流法通过建立管道感应电动势与管道壁厚的关系，计算被检测管道的壁厚，然而由于实际环境复杂，效果并不理想。瞬变电磁法在存在干扰的情况下，误差比较大。

本文结合供热管道缺陷位置的磁场和温度变化，提出磁温综合检测方法(弱磁检测技术与红外测温技术相结合)，以非开挖方式确定泄漏位置。采用有限元仿真方法，模拟未泄漏、泄漏两种情况的供热管道及周围土壤温度场，结合检测结果检验磁温综合检测方法能否确定泄漏位置。针对实际泄漏管段，采取开挖手段验证磁温综合检测方法用于供热管道非开挖检测的可行性。

2 磁温综合检测方法原理

弱磁检测：弱磁检测无需磁化，以天然地磁场为激励源，地球表面大多数物质均可被地磁场磁化。当被检材料存在缺陷时，磁感应线发生畸变，弱磁传感器捕捉到磁感应强度变化，从而检出缺陷。

红外测温：通过测量物体的热辐射，可得到物体的温度。当供热管道发生泄漏时，泄漏的高温水浸润土壤，土壤温度随之升高，通过红外测温传感器，可确定高温区域。

先根据补水量和压力变化初步确定大致的泄漏区域。由于泄漏管段周围土壤温度比较高，通过红外测温传感器对大致泄漏区域扫查，对温度比较高的区域进行标记。再对标记区段进行弱磁检测，重复多次扫查，若该处地表温度高且有磁异常，可确定为泄漏位置。此外，泄漏位置的地表相对湿度远高于周围，因此可将相对湿度检测作为辅助手段，验证检测结果。

3 仿真与实测

3.1 实测对象与仿真内容

由仿真及实测结果对比可知，磁温综合检测方法可确定供热管道泄漏位置。

由仿真结果可知，未泄漏时管段上方的地表温度无剧烈波动，仅比环境温度高约1 ℃。根据现场扫查结果，选取地表温度不存在异常的管段输出曲线，见图1。传感器采样频率为12.5 Hz，由于采用手动扫查，检测速度无法保持严格一致，因此每次扫查的采样点数量略有差异。由图1可知，磁感应强度曲线、温度曲线、相对湿度曲线没有异常。

3.2 仿真与实测结果

② 泄漏情况

在仿真模型中，在DN 300 mm供热管道朝向地面的一侧设置直径为20 mm的穿孔。热水温度为50 ℃，环境温度为-10 ℃。土壤热导率为0.57 W/(m·K)，密度为1 300 kg/m

，比热容为1.05 kJ/(kg·K)，土壤表面传热系数为6.493×10

W/(m

·K)。供热管道保温层(聚氨酯)厚50 mm，传热系数为0.64 W/(m

·K)，密度为130 kg/m

。采用ANSYS软件模拟未泄漏、泄漏两种情况下供热管道的温度场。

按1.3.1节方法制得的澄清剂，取100 mL20%vol和72%vol红枣白兰地各5份，分别加入4 g水不溶玉米面，0.4 mL壳聚糖、明胶、硅藻土、皂土溶液，静置24 h，测定离心管上清液在400 nm和700 nm波长处的吸光度值。

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① 未泄漏情况

由仿真结果可知，泄漏点管道上方的地表温度明显升高，比周围环境温度高约20 ℃。根据现场扫查结果，选取地表温度存在异常的管段输出曲线，见图2。由图2可知，除红色磁感应强度曲线外(红色磁感应强度曲线发生偏离的原因为对应的弱磁传感器偏离了管道正上方，导致磁感应强度减小)，其他两条磁感应强度曲线均出现了异常，不仅在腐蚀穿孔位置出现下凹，而且数值明显高于未泄漏情况。温度曲线在腐蚀穿孔位置出现了上凸，地表相对湿度明显高于未泄漏情况。

3.3 结果评价

选取呼和浩特市某供热管段作为实测对象，检测时间为11月，室外日平均温度为-7～4 ℃。供热管道规格为DN 300 mm，管顶埋深约1.5 m,热水压力为1.0 MPa。将3个弱磁传感器、3个红外测温传感器、湿度传感器集成在一起，传感器将信息传输至检测主机，进一步对数据进行处理、显示、输出。

4 实际应用

呼和浩特某二级管网，未发生泄漏前补水量小于1 t/d，发生泄漏后补水量达到40 t/d。在确定大致泄漏区域后，采用磁温综合检测方法确定泄漏位置,然后进行开挖验证。

由3次检测结果可知，3次检测结果的数据重复性比较好，在泄漏位置磁感应强度曲线、温度曲线均出现异常：磁感应强度曲线下凹，温度曲线上凸。由开挖结果可知，实际泄漏位置与采用磁温综合检测方法确定的泄漏位置仅相差15 cm，在允许范围内。

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5 结论

磁温综合检测方法可确定供热管道泄漏位置，可用于供热管道泄漏的非开挖检测。

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