地下输水管道泄漏点电法定位技术资料讲解.doc

地下输水管道泄漏点电法定位技术

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输水管道泄漏点定位检测新技术
湖北襄樊震柏地下管线检测有限公司 袁厚明
摘要：本文指出了听音法定位输水管道泄漏点存在的问题，介绍了水电示踪法定位漏点的优势、施测设备的原理及构成，施测技术、示踪线内置技术、材料选用、对该技术带来的经济效益进行了分析，并列举了检测实例。
关键词：埋地供水管道 漏点检测定位 方法技术设备
管道寿命遵循木桶理论，其有效寿命主要将由运行期间输送介质的泄漏点数目多少及泄漏量大小所决定，供应商往往宣称其管道的寿命达到多少年，阴极保护服务单位在此基础上又宣称采取阴极保护措施后，能延长多少年，上述承诺往往都在30-50年以上，与在管道部门的当权者在职工作期间不一致，无法等到数十年后再去验证，因此部分管道业主及规划部门重地上轻地下，重临时轻长远，重建设轻管理的现象时有发生。使管道设计寿命与实际寿命存在很大差距。
人们往往把城市地下管线比喻成血管、动脉、生命线，地下管线的泄漏就好比人体动脉的出血，如果人体内的动脉出血，并流血不止，身体的消耗需血量与流血量大于心脏造血量时，此人则必死无疑。
在城市地下管线管理中，对于埋土太深的管道上的漏点，其附近有电缆沟、暖气沟、下水道等介质流通的通道，使得这些漏点在地表难以发现，从而形成暗漏，长年泄漏不止，造成大量泄漏水损，影响企业效益及城市居民生产生活。现以供水管道为例，1999年我国城市供水企业漏损率为15.4%，其中最高为71.6%，最低0.85%，按1999年管长算，相当于单位管长漏水量2.70m3/(kmh)。造成漏损的因素是多方面的，检测手段单一是主要因素。
以下将以供水管道为例，详细分析目前采用声振听音法检漏存在的问题：
一、 供水管道检漏方式单一，制约因素多
目前供水企业定位漏水点的方法几乎都是采用的听音仪，部分条件好的水公司还配备了相关仪，该种方法检测时制约因素多，要求条件太苛刻，会形成漏检，具体分析如下：
1、 压力要求：该技术要求管内压力在3kg以上才比较理想，对于渗漏无音，管道漏口较大及错位形成的大面积流淌形不成压力，均会漏检。
2、 噪音要求：在车水马龙的路段，石化装置区内，行人走动、聚集等地区，地表噪音大于漏水振动音，采用此法检测效果差。
3、 管道埋深要求：管道埋土太深时，泄漏的振动声波被泥土吸收，地表听不到，形成漏检。
4、 地表条件：地表是水泥沥清路面比较理想，而沙石、泥土、烂泥、草坪等松软路面时，则无法摆放拾音器，形成漏检。
5、 检测时间限制：为了满足压力条件，一般供水公司检测人员只能在下半夜零点到四点时间检测，这样黑夜需照明形成检测不便，使每日法定八小时工作时间只剩下一半。
6、 检测速度问题：听音仪在地表成之字形在管道投影上方两边摆放拾音器，如果按每一米间距管道上方左右各摆放一次探头，每公里需2000次，每次摆放时间、加延时观察时间、验证比较时间、每晚工作速度平均达1公里就算速度快了。如果每台设备检测400公里的管道，除去刮风下雨不能检测及节假日的休息时间，从发现有漏点到完成定位漏点修补几乎一年多才能检测一遍，检测速度慢，增加了漏口的漏水量。
7、 检测的频率限制：检漏仪一般都有频率调整功能，当检测人员在地表不知道漏口大小与漏口在管体上下左右位置时，很难调整到合适的频率。
8、 管道位置限制：供水管道少量为钢管，大多为铸铁、水泥、塑料、玻璃钢等接头为高阻体的管道，在只提供图纸的大概位置的情况下，拾音器摆放位置不准，很难捕捉到泄漏声。
9、 管材限制：相关仪被认为是比较先进的检漏仪器，单台售价已达数十万元一套，可对于除钢管外的非电性连续的塑料、水泥、陶瓷、玻璃钢、承插连接的铸铁管均是无能为力的。依靠管道内的水来传输信号，一次性距离有限。
10、 出露点距离限制：相关仪的两只探头还需管道一定范围内有出露点放置位置，而野外现场却没有那么多出露点。
以上十大因素制约了供水行业对泄漏点的定位，使我国每年水损高达数十亿元，而全国供水行业总利润才0.44亿元。（1997年）
二、 电法测漏的优势
所谓电法测漏就是在非金属管道中置入裸示踪线，将与非金属管线连接的接口、三通、弯头、电熔插头与外界土壤接触部位进行电绝缘，利用示踪线发射检测信号，传导电流，在漏口处会形成大地电位梯度及充水土壤介电常数的差异，初步判断漏水点，最终以听音法确认开挖修补的方法。钢质管道外有防腐层，焊接钢管具有电性连续性，可直接采用此法确定漏水点，而不必采用示踪线，电法检漏优势如下：
1、 检测深度大：常规5公里之内，5米深度的漏点均能检到，最深处检测可达30米。可以有效解决那些超深管道的暗漏。
2、 测试速度快：随时施加信号随时检测，普查检测漏电点每天可达10-20公里/台组。是听音法的10-20倍；当发现泄漏时，直接到漏电点听音，检测速度是常规方法的1000-10000倍；现行防腐层等级大幅提高，标准规定每10公里管道，优等级为1-2处漏电点，只需在很少的位置摆放探头听音，良等级为3-4处漏电点；可、差、劣等级的管道可以通过修补防腐层漏电点达到优良等级。这样就大大缩短了漏点的泄漏时间。
3、 限制条件少：只要有三个条件即连续导电性、外绝缘、有水就可检测。
4、 检测参数多：可检测电流、电压、电阻、电容、磁场等电磁参数。
5、 调节范围广：小到mV为单位，大到上百V的电压均可人为调节。
6、 全天候工作：检测漏电点可按正常白天上班时间，只有泄漏时才需夜里听音。
7、 检测精度高：电信号具有矢量特征，检测出大小、方向与管位一致点即为泄漏点。以大地湿度、电位梯度中心、声振中心三位一体，三取两胜最终确认。
8、 可实现遥测及自动化控制：在长距离主干线上，只要对测段长度、安装方式进行归一化，可对采集参数进行时空对比，即可在某一时点，确定泄漏段及大致范围，从而使检测人员随即进入现场确定漏点，进行开挖修补。
三、 电法测漏设备简介
震柏地下管线检测有限公司开发的ZB-2058型水电泄漏定位仪主要由发射机、探管仪、漏电检测仪、漏水定位仪、电池组及一些附件组成，各部分功能分述如下：
1、发射机：用于向示踪线或钢管上发射检测信号，以便形成单线—大地回路的地下管线检测场。
2、探管仪：用于探测地下管道的位置、走向、深度。
3、漏电检测仪：用于检测漏水土壤的分布范围，管道上电流泄漏点，初步定位漏水点的位置。
4、漏水听音仪：在电流泄漏点的位置正中心放置拾音器，如有振动波被捕捉到，则判定为漏水点，如无，则只为漏电点。
该设备采用压控振频数字滤波技术，具有光显、数显、音响三重报警功能，体积小、重量轻、功能强大、检测速度快，按设计要求穿示踪线，所有管道全能探测，所有的漏点全能定位。已经过诸多工程的实际应用，达到了设计效果。该技术与设备目前已申请国家专利。
四、检测原理与施测技术
1、检测原理：
在焊接连接的防腐钢管或非金属管道内的内置示踪线上施加检测信号，信号沿管壁或示踪线导体与水的传导，当管道完好时，信号电流会囿于管道内，当发生泄漏故障时，信号电流将通过水的传导，泄漏进入大地，形成漏水点周围的大地电位梯度场，通过定位漏电场中心点来确定漏水点的位置，通过测量电位的大小，来确定漏口的大小。
2、施测技术：
定位漏点是通过以下三个步骤来实现的，首先通过探管仪检测，将管道漏点的范围由面缩小为线（管线位置），其次通过检漏仪将管线上漏电点找出，范围由线缩小为点（漏电点），再次通过听音仪听音，将范围由多个漏电点缩小为漏水点，具体施测过程如下：
1）发射机向地下管线（示踪线）发射一交变电流信号，通过除锈，增加接地数量，给接地极浇水等方式，使之阻抗匹配，信号电流沿单线—大地回路，构成地下管线检测场。
2）两名检测人员采用纵向法检测，前面的人持探管仪探管导向，后面的人持检漏仪检测漏电点，当后面的人检测到信号由小到大，又由大到小时，放慢检测速度，观察锁定两人等距回零的中间位置，继续前进，后面的人走到这一位置时，数值响应又变得最大。
3）在该最大点用听音仪在地表听音，若听到震动音，则为漏水位置，若听不到振动声音，则只漏电不漏水，如果漏电点太多，可喷漆记号，日后专门听漏。管道埋土太深时，可将检漏棒打入泥土中靠近管道听音。当检测范围内只有一处漏电点时，则漏电点同时也就是漏水点
五、非金属管线内置示踪线技术设计简介
目前非金属管线示踪技术有地表标志法、管上金属块预埋探查法、示踪带标志法、示踪线标志法、电子芯片示踪球预埋法，以上这些方法有两个共同特点：一是定位偏移度大，示踪物预埋在管外，空间位置随机性大，探查人员难以确定修正系数；二是只可探管不可检漏，而管道管理的中心任务是漏损控制，新技术很好地解决了以上两个问题。选用示踪线的具体技术如下：
1、 穿线材料：为满足探测检漏的电性要求，可选择φ1.0mm-1.5mm的裸线铜丝，每段长度可根据管道的弯头数量与高层落差、管内压力等因素决定，复杂情况可以每100m-200m为一测段，平坦的单根直管段可以以500m-1000m为一测段，每逢阀门处必须单独划分测段，将裸线穿出，过阀后再穿进，以防开启关闭阀门时切断铜丝。采用此法示踪需要用到不同规格的裸铜线，示踪线规格参数如下表
每卷质量
kg
裸线直径
mm
截面积
mm2
力学性能
标准强度
6b/MPa
1km导线电阻Ω
伸长率
δ%
漆包线1km重量 (公斤)
每kg单价
(元）
标准卷
较轻卷
Qz
QY
4.0
2.0
1.00
0.785
205
21.9
8-25
7.069
7.14
46.00
4.0
2.0
1.20
1.131
205
15.22
8-25
10.161
10.1
46.00
4.0
2.0
1.30
1.327
205
12.95
8-25
11.912
12.1
46.00
4.0
2.0
1.40
1.539
205
11.18
8-25
13.819
14.0
46.00
4.0
2.0
1.50
1.767
205
9.74
8-25
15.847
16.0
46.00
在满足电性要求、寿命要求、抗拉强度要求、伸长率要求、健康环保要求的前提下，其它导线材料也可替代，如306、304号不锈钢丝，铍铜具有很强的耐腐蚀性是最佳选择，当利用规格较小的线径时，可在示踪线穿出处连接电位较负的金属材料作为延长寿命的阴极保护，如铍铜丝可用废钢材。
2、 施工技术：穿入穿出管线时，在阀门附近的管壁上用小型钻头钻-45°的倾斜小孔，小孔直径略大于铜丝的直径，铜丝在管内应预留稍许裕量，以便适应管道拉伸应力，铜丝穿完后，进行绝缘、挤胶、孔隙中可打入青铅丝，再用不锈钢自攻螺丝紧固密封，穿出管壁外的铜丝可连接至绝缘皮线，引至地表，供检测时发射信号或接地回路，也可将皮线留在阀门井内，端头剥去10cm的绝缘层与大地接触。
在设计远距离遥测，迅速确定泄漏段时，每测段管内示踪线的长度，两测段间穿出示踪线的长度必须具有一致性，以便实现时空域检测参数的归一化对比，管道内示踪线位于内底埋深的位置，每隔100-200米，用粘合剂粘接在管壁上，当示踪线的伸长率小于管道与接口的伸长率时，要在粘接固定处预留V伸缩弯，铸铁管等高阻接头内置示踪线时，可采取焊接方式固定在管壁上。
3、 老管道改造：原先安装的塑料管道并未内置示踪线，在发生泄漏以后，探管难检漏更难，可采取如下方法进行改造：通过分别关闭阀门，观察计量仪表数字变化情况，确定漏水段，再通过几何级数缩距法，在漏水段中间装阀门，再进行观察水表数据，通过一次或数次缩距以后，将可能出现漏点的范围缩小至100-500米之间，该范围下限为弯管、立管较多，上限为地势平坦的主管段，在管段两端开孔穿入示踪线，投入海绵球后再封闭一端开口，开启阀门，通过水的流动，带动海绵球拉动示踪线前行，在另一端取出海绵球时将示踪线穿出接大地，封闭该接口，即可发射信号至示踪线上进行常规探测检漏。
注意事项：由于运行时间长，管内未进行过吹扫的管段，要先进行水冲洗，以防安装管道时管内泥砂、乱砖及其他杂物堆积在弯头附近及低洼处，使海绵球受阻卡，示踪线的绕盘长度要进行计算，当发现阻卡时，通过放入管内的示踪线的长度，得知海绵球受阻卡的具体位置，对于环状输送管道，受阻卡时反向开启阀门冲回海绵球，当投球失败时，可采取开孔取球的措施，并以此为管段，进行缩距法检测。
六、水电示踪法探测检漏技术经济效益分析
水电示踪法探测检漏技术的实施前提条件，管道外表层为高阻体高度绝缘，在内部穿入裸露耐蚀不锈钢丝或耐蚀铜丝，其抗拉强度与寿命、阻抗参数均满足检测需要，在阀门处穿出管外，供检测或接地用，其综合成本每公里不足1000元，管道寿命终结时，还可以回收。其带来的经济效益却是巨大的。
1、 节省添置高档昂贵仪器的费用：解决了目前非金属管道与接头为高阻体的其他类管道探测难检漏更难的问题，可以无需添置价格昂贵的地质雷达，管道内检测系统，减少安装检测标志井的密度，同样能取得较好的检测效果。
2、 节省水损泄漏费用：能将目前的水损率由15%左右降低到1%之内，这一目标是通过两个方面计算得到的，一是由于检测速度是其它方法的10～20倍，无需等到下半夜才可检漏，二是对于那些常年不止的暗漏此法很容易查出，常规5m深度的暗漏均能查出，最深可检测30m深度的泄漏。管道设计寿命期间可作到零漏损，超过寿命的管道，利用控制爆管理论方法管理、试压，主动检测也能作到随时爆漏，随时检测定位修补。现以某市50万人口，400公里管道，管长损耗2.5T/kmh，管道寿命50年，T水单价2元计，则该市水损8.76亿元。（2元×2.5/kmh×24/日×365天/年×50年/寿命×400公里/市共有＝8.76亿元）
3、 人工费用的节省：使用该技术，使探测管道，检测定位漏点都非常容易，提高劳动效率是原先方式的10倍以上，大大降低了管道检测费用。
4、 管道寿命延长：该技术能使管道设计寿命，阴极保护延长寿命落到实处，与阴极保护、控制爆管试压技术等共同作用，能使寿命延长一倍。
5、 节能、安全、环保、增加输量、在线不停产、方便居民生活等间接效益更是巨大。
七、应用实例　
1、检测埋地钢管水压试验渗漏点：
新疆塔里木油田轮库输油管线建成后急待投产，但有一段管道试压时，压力稳不住，施工单位用了好多方法也未找到漏点。因为该管线地处沙漠边缘，又是干旱地区，进行水压试验时渗漏的水很快渗入地下，在地面观察不到，采用普通巡逻检查方法难以发现漏点。当时某质监组织专业人员到现场，使用刚从国外进口的声纳探漏仪，协助施工单位寻找漏点，但工作了两天，漏点还是没有找到，后来用国产电法测漏仪，经过半天就找到了漏点，施工单位很快进行了修补，使轮库线按时通油投产。
2、 检测埋地自来水管道泄漏点：
山东齐鲁石化热电厂西大门前地下自来水管线破损，地面水流不断，长达半年之久，公司科技部组织专业测漏公司前来协助检测，由于管道埋土较深，压力较低，路面行车噪音较大，用听音仪和相关仪未找出漏点的情况下，笔者用电法进行测漏，很快找到漏点，施工单位进行了挖掘验证，证明了该方法的准确性、可行性；在氯碱厂氯乙烯装置区内循环水2米多深地下管线破损，用此法探测定位漏点，将可能出现漏点的范围由20多米缩小为几米内，大大减少挖掘的工作量。
3、 检测供热管道的泄漏点：
河南永城宏城供热公司直埋热力防腐保温钢质管道漏水，笔者应邀前往检测，将发射机检测信号加在雪枫中路苏果超市仓库旁的阀井上，先行向雪枫中路方向，追踪经两次拐弯至府北路，无任何漏电现象，判断此段无水泄漏点，后往苏果超市马路对面检测，测得有三处漏电点，再用听音仪在三处漏电点上方听音，只有最西边一处具有声波振动异常，判断该处漏水，后经开挖验证修补，证明该技术定位漏点的准确性。该市供热管网总长数十公里，如果全面采用听音法，需几十天才能查一遍，无疑像大海捞针，采用先定位漏电点，再定位漏水点的方法技术，仅用了不到半天的时间就定位了该处的漏水点。
4、检测PE管道接头漏水点;
武汉中南财经政法大学南湖校区新建PE管道，由多接头热熔焊接连接而成；试压时，压力稳不住，经检测很快定位了漏点，开挖修补证明为弯头接头漏水。
八、扩展应用解决三大难题
该技术不仅对输水管道有效，而且对输气管道、输油管道，只要在检测期间进行输送介质置换，同样能取得较好的效果，对于已经报废的旧管道，在进行了内翻衬、喷涂、浇铸等方法修复以后，还可继续使用。新技术的实施主要解决如下三大问题：
1、 解决各类管道探测定位难题：利用普通的国产仪器，只要具有一般水平的操作人员，很短时间内就能掌握使用方法，探测各类管道及埋深。
2、 解决各类管道输介质泄漏点定位难题：能够解决输水管道暗漏，输气管道泄漏窜气，成品油管道的挥发等定位泄漏点的难题。输水管道直接检测，输送其它介质的管道将输送介质置换成水，进行水压试验，方可用此法检测。
3、 有效降低漏损的时效性：检测漏点全天候，速度之快，超过其他同类仪器，该技术适用于防腐层完好的钢质管道，其它非金属管道可在设计安装时，内置示踪线，旧管道翻新内衬时，将示踪线置入其内也可用此法检测。
作者通联：湖北省襄樊市襄城区檀溪路110号。0710-3628388 13862710949
参考文献：
1、 袁厚明主编《地下管线检测技术》北京 中国石化出版社2006.7
2、 袁厚明《寻找长输管线水压试验渗漏点的有效办法》地下管线管理2000（1）
3、 袁厚明主编《管道检测技术问答》北京 中国石化出版社2010.4
4、 王春起《埋地PE管道示踪法施工和探测问题探讨》地下管线管理2006.1
5、 雷林源著《城市地下管线探测与测漏 》北京 冶金工业出版社2003.1
6、 刘锋廷《利用科学技术堵塞地下漏洞》齐鲁石化报1998.3.20
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