摘要：介紹了熱力管道漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)(LDS)的泄漏檢測(cè)原理、系統(tǒng)組成，對(duì)熱力管道漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)功能、設(shè)計(jì)、安裝、特點(diǎn)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：熱力管道；漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)；漏點(diǎn)定位；泄漏

ZHANG Fa-qi，Harald Kumpfert

Abstract：The detection principle and composition of leak detection system(LDS)for heating pipeline are introduced. The functions，design，installation and characteristies of LDS are discussed.

Key words：heating pipeline；leak detection system(LDS)；leak locating；leakage

???在20世紀(jì)50年代，國(guó)外一些供熱技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，如瑞典、芬蘭、丹麥、德國(guó)等，已經(jīng)采用直埋敷設(shè)方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的管溝敷設(shè)方式，他們擁有從直埋供熱管道設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、施工驗(yàn)收、監(jiān)測(cè)、運(yùn)行等一系列完整成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和措施。直埋敷設(shè)方式具有節(jié)約能源、造價(jià)低、占地少、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在我國(guó)也得到迅速發(fā)展。為了保證熱網(wǎng)安全可靠運(yùn)行，隨時(shí)掌握熱網(wǎng)的運(yùn)行情況，就需要在熱網(wǎng)中設(shè)置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)于直埋熱網(wǎng)，一些國(guó)家已經(jīng)推廣使用熱網(wǎng)泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)^[1～3]。供熱管道的泄漏易導(dǎo)致大量的水和熱能的損失，降低供熱系統(tǒng)的輸送效率。供熱管道泄漏的主要原因有管道疲勞破壞、管段之間焊接質(zhì)量不高、管道內(nèi)部壓力超過(guò)其承受范圍、保溫層進(jìn)水導(dǎo)致鋼管腐蝕破壞等。采用熱力管道漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)(Leakage Detection System，LDS)，可及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)供熱管道保溫層內(nèi)部的泄漏及保溫層損壞導(dǎo)致的地下水滲入，從而采取恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施。本文對(duì)熱力管道漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)方案進(jìn)行介紹。

????目前廣泛應(yīng)用的漏點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)管道保溫層中的傳感器導(dǎo)線對(duì)泄漏情況及漏點(diǎn)位置進(jìn)行檢測(cè)。過(guò)去的檢測(cè)技術(shù)采用銅線作為傳感器導(dǎo)線，通過(guò)檢測(cè)脈沖響應(yīng)判斷泄漏并定位漏點(diǎn)。而新的檢測(cè)技術(shù)采用鎳鉻線作為傳感器導(dǎo)線，可以判斷泄漏強(qiáng)度，并精確確定漏點(diǎn)位置。泄漏的液體會(huì)改變檢測(cè)系統(tǒng)的阻抗，根據(jù)這一原理，檢測(cè)傳感器導(dǎo)線間的電阻和傳感器導(dǎo)線與管道之間的阻抗(通常管道是接地的)可以獲得供熱管道泄漏信息。

????阻抗可連續(xù)測(cè)量(由電力網(wǎng)供電)、間歇測(cè)量(由電池供電)，將測(cè)量值與歷史數(shù)據(jù)和設(shè)定值進(jìn)行比較，以判斷管道是否泄漏。設(shè)定值可以遠(yuǎn)程設(shè)置和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置，設(shè)定值取決于管道長(zhǎng)度和測(cè)量頻率，測(cè)量值和報(bào)警信號(hào)將傳送到中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(CCS)。如果發(fā)生報(bào)警，漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)將自動(dòng)顯示泄漏位置，用泄漏位置占傳感器導(dǎo)線長(zhǎng)度的比例表示漏點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，測(cè)量精度不低于0.5%，最高為0.2%。

????漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)可總結(jié)為2層、3部分。2層為：上位監(jiān)控管理層、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)層；3部分為：中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站。漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)見圖1。

中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由服務(wù)器、操作員站、工程師站、打印機(jī)等組成，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與Ethernet工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)連接構(gòu)成一個(gè)LAN局域網(wǎng)。局域網(wǎng)通過(guò)路由器和通信線纜接入公共通信網(wǎng)(Internet)，實(shí)現(xiàn)中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站間的數(shù)據(jù)通信。各現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站均有固定的IP地址，整個(gè)漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)形成一個(gè)獨(dú)立的虛擬專用通信網(wǎng)絡(luò)，確保信息傳輸?shù)陌踩浴，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站通過(guò)公共通信網(wǎng)與中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信、數(shù)據(jù)傳輸。中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有采集過(guò)程數(shù)據(jù)、提供操作指導(dǎo)、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)診斷、系統(tǒng)報(bào)警、打印報(bào)告和趨勢(shì)顯示等功能。

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???①?硬件組成及功能

???服務(wù)器：采用工業(yè)用計(jì)算機(jī)，主要負(fù)責(zé)接收來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站的數(shù)據(jù)信息，向現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站發(fā)送指令，監(jiān)控上位監(jiān)控管理層內(nèi)部、外部客戶的訪問(wèn)，使局域網(wǎng)內(nèi)所有計(jì)算機(jī)或遠(yuǎn)程連接到公共通信網(wǎng)的計(jì)算機(jī)能夠登錄中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，使管理者在任何地方都可了解漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

????操作員站：采用工業(yè)用計(jì)算機(jī)，主要功能是使操作人員了解現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站的工作情況，操作員站可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的主要窗口。

????工程師站：主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)軟件的管理和維護(hù)、系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)診斷、參數(shù)修改等。工程師站也可作為操作員站，通過(guò)密碼進(jìn)入操作員站。

????網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)：連接各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站，建立局域網(wǎng)，構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)。

????路由器：建立通信路由，專線接入公共通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)外網(wǎng)通信。

??? UPS電源：不間斷電源，為整個(gè)漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)提供平穩(wěn)的電源。

??? ②?軟件組成及功能

????漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)軟件包括管理軟件、通信軟件等。具體功能為：采集來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站的數(shù)據(jù)和報(bào)警信號(hào)；數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、處理、傳輸；顯示所有報(bào)警數(shù)據(jù)、報(bào)警位置和時(shí)間；完成漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的時(shí)間同步；測(cè)量數(shù)據(jù)分析和生成趨勢(shì)曲線；測(cè)量回路中斷位置；檢測(cè)漏點(diǎn)位置，確定泄漏程度；檢測(cè)接地導(dǎo)線是否中斷；判定通信模塊(FCU)、漏點(diǎn)檢測(cè)模塊(LDM)故障、電源電壓低、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站電源故障；計(jì)算傳感器導(dǎo)線回路長(zhǎng)度和傳感器導(dǎo)線回路電阻；檢測(cè)各現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站的通信狀態(tài)。

??? ①?組成

????現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站主要由通信模塊、漏點(diǎn)檢測(cè)模塊組成，通信模塊的接口設(shè)置見圖2。它具有靈活的通信接口，可直接與漏點(diǎn)檢測(cè)模塊通信；分析檢測(cè)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在SD卡上；電源管理功能，為其他漏點(diǎn)檢測(cè)模塊供電；建立中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與各現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站間的數(shù)據(jù)通信。

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????現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站通信模塊、漏點(diǎn)檢測(cè)模塊的組裝形式見圖3，所有模塊均安裝在軌道底板上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便。漏點(diǎn)檢測(cè)模塊的作用是：測(cè)量管道與傳感器導(dǎo)線之間的阻抗；通過(guò)傳感器導(dǎo)線與其他漏點(diǎn)檢測(cè)模塊通信(采用管段兩端測(cè)量時(shí))；支持不同管段通信模塊間的數(shù)據(jù)傳輸；當(dāng)有泄漏發(fā)生時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

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???②?功能

???通過(guò)監(jiān)測(cè)傳感器導(dǎo)線與鋼管間的阻抗及傳感器導(dǎo)線之間的電阻，進(jìn)行泄漏監(jiān)測(cè)和漏點(diǎn)定位；監(jiān)測(cè)傳感器導(dǎo)線回路電阻；電池電源監(jiān)測(cè)(采用電池供電方式時(shí))；實(shí)現(xiàn)與中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的通信；實(shí)現(xiàn)各現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站間的通信；與其他設(shè)備的通信，如可編程控制器、計(jì)量?jī)x表及水位預(yù)警探測(cè)器等；實(shí)現(xiàn)與手提電腦及其他便攜設(shè)備連接，便于現(xiàn)場(chǎng)操作；可通過(guò)公共通信網(wǎng)(Internet)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信；可通過(guò)電池供電或集成交流電源供電。

???①?組成

通信網(wǎng)絡(luò)完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站與中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的雙向數(shù)據(jù)傳輸。通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸包括從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站到中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站，從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站(利用傳感器導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站間的通信)。通信網(wǎng)絡(luò)見圖4。

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???②?數(shù)據(jù)傳輸

???數(shù)據(jù)傳輸是按照事故(報(bào)警)發(fā)生的時(shí)間表或先后順序進(jìn)行。在圖4中，1號(hào)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站與中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建立通信，在通信期間，中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)檢查所有傳輸數(shù)據(jù)是否無(wú)誤。1號(hào)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站把所有分析數(shù)據(jù)以文本格式傳送并寫入中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。2號(hào)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站的分析數(shù)據(jù)先傳輸給1號(hào)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站，再由1號(hào)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站傳送至中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即2號(hào)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站不直接經(jīng)公共通信網(wǎng)與中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信。

????在間歇測(cè)量方式下，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站僅按事故(報(bào)警)發(fā)生的時(shí)間表與中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信，剩余時(shí)間處于熱備或休眠狀態(tài)，以節(jié)省能源。在通信期間，操作員可以遠(yuǎn)程設(shè)置參數(shù)，參數(shù)設(shè)置有：漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)的循環(huán)周期；系統(tǒng)時(shí)鐘(可自動(dòng)同步)；絕緣阻抗臨界值。通信模塊在測(cè)量周期內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量站間的通信。

???③?通信方式

???漏點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)可采用多種通信方式：無(wú)線通信方式(如GPRS、VPN等)；基于以太網(wǎng)(TCP/IP)的通信方式；基于RS485的通信方式。

????使用鎳鉻合金線作為傳感器導(dǎo)線，分為感測(cè)導(dǎo)線、反饋導(dǎo)線，兩根導(dǎo)線總稱為傳感器導(dǎo)線。供熱管道制造過(guò)程中，在每段管道中安裝兩根導(dǎo)線，傳感器導(dǎo)線布置形式見圖5。

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