直埋供热管网泄漏原因分析及检测

杜鹏丞

(太原市热力集团有限责任公司，山西 太原 030001)

目前在城市供热管网的设计和施工中，所采用的敷设方式主要有地沟敷设、架空敷设、直埋敷设等三种，而随着我国的城市化进程正在不断加速，导致地上可用空间快速缩减，另外开展城市建设过程中还要考虑到美观因素，因此当前在供热管网敷设中一般不会考虑架空敷设。同时相较于地沟敷设，直埋敷设的优势是成本投入少、工期短、不需要进行大量维护和断面开挖，因此直埋供热管网的应用范围越来越广。但直埋供热管网的故障发生率比较高，而且一旦发生泄漏难以快速找到具体位置，以至于当发生泄漏时需要比较长的维修时间和较高的抢修成本，如果抢修不及时甚至还会酿成严重安全事故。因此，为了避免发生上述情况，确保直埋供热管网能够安全稳定地运行，更好地满足居民供热需求，非常有必要对此展开分析。

1 直埋供热管网泄漏原因分析

1.1 设计原因

在设计直埋供热管网敷设方案过程中，有可能会出现驻点漂移的情况，其主要原因是设计过程中并没有考虑到直埋供热管网在敷设过程中可能遭遇的实际情况，如果敷设过程中遭遇了河流、明渠或者复杂十字路口，那么就会导致无法按照设计方案进行管线敷设。通常在直埋供热管网设计方案中会采用横向补偿器和轴向补偿器，具体如图1所示，管道在实际运行过程中，平衡轴向补偿期内压力的方式是，依靠两个补偿器的管道和土壤之间的摩擦力，而在运行过程中管道和土壤之间的摩擦力会逐渐降低，进而引发因为摩擦力无法平衡管道压力，管道位移会因此逐渐辆增加，此时补偿器的作用就会被严重削弱，甚至失去补偿功能，进而导致管道出现严重的泄漏隐患。因此开展管道在智能设计过程中，应避免采用这种布置方法，如果必须采用应在补偿器之间加装固定装置，从而避免发生驻点漂移。

图1 直埋供热管网设计

1.2 管道材质原因

直埋供热管网敷设对管道材质的质量要求非常高，如果质量不达标也很容易引发泄露问题。当前我国的直埋供热管道材质以钢材为主，钢材的质量直接影响管道在承受来自内部和外部的荷载，以及长时间处在低温条件和腐蚀条件下的运行状态，因此实际设计和施工过程中必须严格依据相关标准控制管道质量。但在众多的供热管道泄漏抢修中，经常发现管壁厚度不达标、保温层容易氧化和碳化、密度和设计要求不符等诸多情况。

1.3 施工原因

施工原因指的是在施工过程中就为管道后期泄漏埋下了隐患，具体表现在以下几方面。第一是焊接质量差，比如焊缝夹气、不均匀，以至于焊缝处很容易在管道的长时间运行中，由于受内部压力影响而发生泄漏。第二是管道存在接头质量问题，密封防水是直埋供热管道施工中必须达到的标准，并且要真正做到整体性密封，也就是整个管道系统任何一处都不能出现密封不严的情况。而在管道的保温层，都正常都会采用聚氨酯泡沫，这种材料在干燥条件下很容易破损和受潮，进而导致密封不严。在管道接头处的保温处理中，通常都会采用现场发泡保温方式，如果在这个过程中没有对接头进行严格的密封处理，或者处理过程中的温度不满足设计要求，很容易引发热熔胶不能充分熔融的情况，这样当管道进入运行状态时，外界水就很容易进入保温层，进而导致保温层被腐蚀、破坏，最终引发泄漏。第三是没有对发泡孔进行严格密封，在直埋供热管道的抢修中，会经常遇到发泡孔没有进行严格密封的问题，以至于地下水经过发泡孔空气进入了保温层，另外虽然有些发泡孔已经被严格密封，但没有进行彻底拉伸，以至于连接熔融处因为管道受热膨胀而出现缝隙，进而导致外泄水侵入。

1.4 运行原因

因为运行原因而导致的管道泄漏主要和管理工作有关，具体表现在以下三个方面。第一，在执行巡检工作时，一些泄露隐患并没有被及时发现，比如没有执行管道的水质检测工作，以至于管道内进入了未经处理的自来水，进而导致管道内部在氧、氯、二氧化碳等物质的影响逐渐被腐蚀。第二是阀门操作，在阀门操作中如果出现违规操作和不当操作，很有可能引发水锤现象，进而导致管道被破坏。第三是管道的运行环境，这一点主要和管道运行压力、温度等有关。我国对供热管道的运行压力和温度都给出了相关标准，以温度为例，管道的运行温度应在120°C以下，如果超过这个温度范围，那么管道的使用寿命将会快速降低，但实际情况是供热管道的实际运行温度经常会高于相关温度标准。

2 直埋供热管网泄漏预防措施

2.1 设计原因的预防

正式开始直埋供热管网的设计之前，应全面勘察施工地点，明确地质条件、地下水情况、地理条件、地下管线情况等诸多内容，然后将这些内容详细描述在设计文件当中。设计过程中应根据前期调查对管道平面进行合理布置，并且为后续的管道运行维护工作创造便利。在设计中还应融入线路检测，以此保证当管道发生泄漏事故时可以通过及时有效的检测定位故障位置，并快速排除故障。

2.2 材质原因的预防

预防因为材质原因而引发的管道泄露问题，必须从管道材料的采购、运输、现场安装等多个环节入手。在材料采购过程中，应结合设计标准选择材料类型，确保管道材料厚度以及各类保温材料的能够充分满足要求，接下来再将管道合理接收到施工场地然后进行安装。

2.3 施工原因的预防

开展直埋供热管道的施工，要严格遵守CJJ 28—2014《城镇供热管网工程施工及验收规范》的相关要求，并且以施工现场的实际情况为基础编制施工方案，然后通过以下五种方式对管道施工质量实施控制。第一，敷设管道之前，应在底部铺设黏土或者沙土，然后对地基进行平整处理，并将石块等杂物完全清除，从而使管道能够和地基充分接触。第二，使用机械设备挖掘管道机构后。应通过人工对地沟进行修整，同时控制土壤沉降，避免不均匀沉降的发生。第三，焊接管道之前应进行一次全面检查，过程中重点针对管道外观，确认管道外观不存在任何问题后才能开始焊接操作。焊接结束后应清理焊口和焊面，并且在两次焊接操作之间要封堵管道口。第四，应依据设计要求处理直埋供热管道的接头，完成安装接头套袖之后要开展气密性试验，过程中可将压力值设定为20kpa，确认不存在泄露问题后才能进行发泡密封，结束发泡密封后要处理发泡孔。第五，我回填直埋供热管道地沟过程中，要注意检查回填物，避免其中掺有尖锐的颗粒物或者过大块状物以及树枝等杂物。

2.4 运行原因的预防

在直埋供热管道的运行中，应做好日常巡查工作，执行巡查工作时要详细检查供热管网所管辖设备和土建结构情况，查找是否存在因为野蛮施工而导致的管道损坏。同时向管道注水之前必须进行处理，确保水质完全符合供热用水要求，并依据调度指令调整注水量。依据最大补水量调整阀门开启度，且要注意应缓慢开启阀门，避免阀门开启过快而导致管网出现压力波动过大的情况。应派专人检查管道沿线，确定不存在泄露之后排净管内空气，然后关闭封门，注水工作结束后要检查管道和相关附件设备。

3 直埋供热管网的泄漏检测

3.1 检测原则

在直埋供热管线的渗漏检测中，对以下几项原则必须提高重视。第一，应尽量采用电阻法或者阻抗法等监测系统，以此对早期泄露问题进行预警。第二，为了便于抢修，可在保温层的监测系统中埋设报警线，这样在抢修时可有效避免报警线受到损坏，而且有利于及时发现线路故障。第三，为了提升检测系统的可靠性，应选用能够独立运行的检测设备，这样可以避免设备之间发生干扰导致的数据无法有效传输。另外可使用移动设备及相关软件获取管道检测信息，以此提升泄漏监测的便利性。第四，为了能够更快速地获取管道的运行信息，所选择的监测数据系统要具备实时性的优势，同时要能够有效避免外部因素干扰，从而提升监测数据的准确性。第五，如果在供热管道工程中，施工质量控制以及补口质量控制等无法有效解决，可以通过并行安装阻抗法和光纤分布测温系统的方式保证泄露报警信息能够迅速传出。第六，如果没有在管道中提前安装报警设施，可以通过人工巡查的方式开展管道检测，检测同时结合红外线热成像仪、声波检测等方式，从而更准确地获取管道运行信息和故障信息。

3.2 人工巡查

人工巡查需要以准备供热管网的使用年限和运行状态为基础，并且要定期开展检查，内容有以下几方面。第一是设备室；第二是供热管网的保温层、支架和穿墙套袖；第三是相关检查设备。检查过程中，如果发现任何一项内容发生了异常，那么必须详细记录，并及时向上级反馈，然后由技术人员对当前的异常状态做出准确分析，接下来判断当前是否需要对管网进行维护和维修。随着城市化建设的不断发展，直埋供热管网的覆盖范围越来越大，这极大提升了人工巡查压力，同时也对相关工作人员提出了更高要求。因此，为了更有效地开展人工巡查工作，相关单位需要定期开展人员培训，不断提升工作人员的综合素质，使其能够对官网的真实运行状态做出准确判断，从而提升泄露故障查找以及预防的及时性。

3.3 声波检测

直埋供热管网在出现泄漏故障时，会伴随6～80Khz频率的噪音，而且会随着传播距离的延长而逐渐减弱，同时当噪音受到水压、接地材料、管线材质、泄露点尺寸大小等因素影响时会发生相应变化。因此，采用声波检测可以根据声波在经过不同材质所发生的变化，以及频率变化的情况定位泄露位置。在声波检测中的常用设备是听音棒，这是一种比较传统，但是非常有效的检测工具，使用方法和构造等都非常简单，但对人员的要求比较高，必须具备丰富检测经验的人员才能够使用听音棒迅速找到泄漏位置。另外，还可以使用自动相关仪，这类仪器设备的作用是可接收泄露管网两端传感器的连续震动音，然后根据音波的传递时间、传播速度、频率等计算泄露位置。同时通过自动相关业务还可确定当前供热管网是否真正存在泄露问题，这样就可以减少很多不必要的工作，极大减轻了管网维护和维修的工作压力。因此，声波检测在供热管网的声波检测中应用越来越广泛，可以说声波检测目前在供热管网的泄漏问题检测中，是一种非常有效的方式，对故障位置的判断非常准确，而且可以帮助工作人员迅速排除潜在故障，同时这种检测方式不会对供热管网产生任何负面影响，更能适应复杂的作业环境，因此可继续大力推广(如图2所示)。

图2 声波检测原理

3.4 红外线热成像仪检测

这种检查方法指的是通过红外探测器、光机扫描机构获取供热管网的真实信息，然后将其转换为电信号，将电信号处理转换后以视频信号的形式传输到显示器，接下来就可以在显示器上呈现出供热供暖的红外热像。如果供热管网存在泄露问题，会在泄漏处向外对周围环境大量敷设红外能量，对周围环境以及地面的影响都非常大，此时利用红外热成像仪对相应区域进行大范围扫描和拍摄，就能够快速获取管线当前的真实状态，并且根据地面温度变化的成像状态迅速查找泄露位置，确定泄露位置后就可以立即开展检修。目前红外线热成像仪在直埋供热管网的泄漏检测和检修中也得到了非常广泛的应用，而且该仪器具有操作便捷、对工作人员要求比较低的优势，如果条件允许可以采用这种方式开展泄漏检测工作。

3.5 电阻检测

指的是电阻法检测系统，该系统以Brande监测系统为基础，该系统利用中央控制系统，可对整个管网的运行状况进行检测，可实现对直埋供热管网的自动检测，并能够自动定位泄漏点。在直埋管网的安装阶段，可将Brande监测系统的感应线、反馈线等可直接在预制直埋管的保温管道的聚氨酯泡沫层进行安装。其中感应线材料为镍铬合金线，最外层为绝缘层，材料为红色的聚四氟乙烯，绝缘层上有规则分布的小孔，当水进入到聚氨酯泡沫层后，变会因为接触到镍铬合金线而产生信号。发馈线材料铜制导线，最外部绝缘层材料为绿色的聚四氟乙烯，发馈线的绝缘层没有小孔，和感应线相比电阻非常小，作用是作为整个Brande监测系统的导线。但绝缘层上没有孔，且电阻远小于感应线，在整个回路中反馈线作为导线使用。Brande监测系统的工作原理是，通过对聚氨酯泡沫进行实时检测，如果管聚氨酯泡沫中进入水，且被感应线检测到以后，工作钢管和感应线之间的电阻会明显降低，此时反馈线会传回电阻降低位置的信号，然后将该位置判定为故障点，接下来便可进行修复。

3.6 阻抗检测

指的是阻抗法检测系统，该系统以EMS直埋预警线监测系统为基础，该系统由在管道保温层中的特殊导线和监测设备组成，其中特殊导线共有两根，分别是预警线和信号线，同时配合在用户换热站内安装漏点检测模块、通信模块等共同构成监测系统。如果管道发生泄露，或者保护层出现了破损，水会进入聚氨酯泡沫层，此时聚氨酯泡沫层内的报警线接触到水后，其和钢管的电阻会明显下降，然后便可触发检漏仪。如果电阻变化呈现不均匀状态，可通漏点检测模块输出信号，并显示反射波峰，并比较运算接收到反射波峰信号的时间和信号传输速率，然后即可获得出现不均匀电阻变化位置的距离，从而定位故障点。

4 结语

综上所述，近年来我国的经济发展态势愈发良好，人们的生活水平相较于过去显著改善，对生活质量有了很高的要求。其中作为我国北方地区不可缺少的供暖，为了更好地满足供暖需求、不断提升供暖质量，应全面分析并掌握一切能够影响正常供暖的因素。对直埋供热管网而言，应有效解决当前在直埋供热管网中普遍存在的管网泄漏问题，以此达到促进供热管网的稳定运行的目的。