冬奥赛区承压管网监测系统的研究

王占英 颜景润* 郝云锋 冯 旭 马冬梅

(1.河北建筑工程学院，河北 张家口 075000;2.张家口市特种设备智慧监测运维技术创新中心，河北 张家口 075000)

0 前 言

随着京津冀协同发展、京张联合举办冬奥会，张家口作为冬奥举办城市对赛区的供水承压管网的安全、高效的监测提出的更高的要求.

本实验模拟冬奥管网，旨在及时找到漏损点，并实现漏损点的准确定位.

实验室建立物理模型.设置管网测压点，及时动态跟踪管网节点的压力、流量、流速和流向等实际情况.对漏水点实现准确报警，为管网检漏及管线改造提供技术依据.

基于研究，制定的实验物理模型实物图如图1，2，3.

图1 恒压供水控制系统

图2 压力管道试验平台

图3 压力管道声发射定位试验平台

1 传统压力、流量监测

通过管道中设置多个节点，多个测压点，在管道的出口和进口处加装压力变送器和流量变送器.通过分析节点处的水压值、流量信号监测出某一管段存在泄露点.当管道内发生泄漏时，出口压力下降，流量少量上升.进口压力、流量都有所下降.

通过该压力、流量联合监测方法判断是否发生泄漏，只能得到某一管段的泄露，无法准确定位，差生很大的偏差.

本文在传动监测基础上，将声发射和基于绝缘电阻的铜线信号线同时监测进行模拟实验.进而建立一套管网监控系统.

2 声发射监测实验

声发射检测技术是一种动态检测方法，可以有效地探测到被测物本身具备的能量信息.在实际的承压管道声发射信号测量中，声发射传感器检测到的信号属于次声波信号.当管道出现泄漏的一瞬间，声发射信号会持续上升，当检测到的应力波超出规定数值范围时，就可以判断管道发生泄露情况.

当管道发生泄漏时，声信号沿管壁传播到传感器位置，使声发射传感器表面产生位移，将振动信号转化为电信号，经过信号放大器将信号放大，放大后的信号传输到声发射信号采集器中，信号采集系统经过计算机软件处理最终将信号呈现在计算机屏幕上.

为模拟压力管道内水流从泄漏点喷出发声，并带动周围介质振动的情况，我们建立了冬奥赛区供水管网的实验室模型，采用声发射传感器采集声频信号并进行处理与分析.

实验系统由恒压供水罐与数根圆管组成.如图3.通过设置节点处，声发射传感器使用磁吸附夹具固定在管道特定位置，传感器的位置根据泄漏点的不同可以作出响应调整.传感器通过外置放大器与声发射采集器相连并由其供电，计算机将采集到的泄漏点的声波信号与各项参数在屏幕中显示，以便进行后续信号处理与分析.通过采集不同节点及条件下的泄漏声波信号，分析泄漏声信号时域和频域特征，可以得到泄漏处声信号特征与管道泄漏条件(如漏损孔径、周围介质、管内流量、有无管道附件)的关系.

通过人机交互界面，在电脑中实时监测数据，可以实现对泄露点的声发射信号进行连续采集.获得漏水点的信号，并进行数据储存和简单处理分析.如图4.

图4 声发射监测人机交互界面

实验结果表明:该检测系统能够详细提供供水系统的声发射信息分布情况,对漏水点实现准确报警,克服了以往声发射传感器在采集信号过程中的衰减和无法实现长距离传输的弊端.

3 基于绝缘电阻的铜线信号线管道泄漏监测

铜线监测对漏损点的敏感性无与伦比.

(1)原理

通过检测保温层中铜线与工作管之间的绝缘电阻、泄漏电压来判断保温层的潮湿或浸水情况，通过获得的绝缘电阻和泄露电压以及环路电阻等数据进行分析处理，做出状态判断.图5.

(2)系统构成

主要功能是实现现场数据采集，就是管道泄漏信息的采集.本实验采用TH2684绝缘电阻测试仪进行数据的采集.对所采集的数据进行处理、存储、显示、报警查看、报警设置、趋势分析和数据分析.通过通信系统给监测系统进行数据的融合.

实验研究表明：对较小的潮湿点进行定位，一个普通接头一半长度的保温层潮湿即可发现和定位.当被测报警线的长度在1000m时，定位的精度在1m以内.在潮湿并为造成短路的情况下，可以检测到多个潮湿点.

图5 基于绝缘电阻的铜线信号线管道泄漏监测原理

4 建立一套承压管道智能监测系统

采用MCGS组态建立承压管道监测系统.与声发射系统、绝缘电阻监测系统结合，可以快速、方便的用于现场采集、数据处理和控制、监测、报警.从而建立实时监测系统、预警报警系统、泄漏诊断系统.