直埋供熱管道熱網(wǎng)預(yù)警系統(tǒng)

張璋

【摘 要】為了保證熱力管網(wǎng)安全可靠運行，隨時掌握熱網(wǎng)的運行情況，就需要在熱力管網(wǎng)中設(shè)計安裝直埋供熱管道預(yù)警系統(tǒng)。預(yù)警系統(tǒng)由預(yù)埋在預(yù)制直埋保溫管道保溫層中的預(yù)警線及監(jiān)測設(shè)備組成，如果預(yù)警線與鋼管之間的聚氨酯保溫層有水，預(yù)警線與鋼管之間的電阻值由極大變?yōu)闃O小，當(dāng)電阻值低于報警值時檢漏監(jiān)測設(shè)備則會發(fā)出報警，同時泄漏處的預(yù)警線與鋼管之間的阻抗值發(fā)生變化，定位監(jiān)測裝置則可根據(jù)阻抗的不均勻變化確定管道泄漏點的位置，所以直埋供熱管道預(yù)警系統(tǒng)可以監(jiān)測工作鋼管是否泄漏及外護(hù)管（PE管）破損導(dǎo)致外界水浸入聚氨酯保溫層的意外情況，同時系統(tǒng)還會及時向管網(wǎng)監(jiān)控人員發(fā)出報警，并準(zhǔn)確定位故障點位置。系統(tǒng)從前期設(shè)計到項目現(xiàn)場施工、安裝調(diào)試及后期維護(hù)，每一個環(huán)節(jié)的嚴(yán)格管理對保證其正常運行都是至關(guān)重要的。實踐證明直埋供熱管道預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用保障了熱力管網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，避免發(fā)生重大的經(jīng)濟損失，同時還可以降低熱網(wǎng)管理維護(hù)的人工費用?，F(xiàn)如今預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用已成為現(xiàn)代集中供熱系統(tǒng)科學(xué)運行和管理水平的重要標(biāo)志之一。

【關(guān)鍵詞】集中供熱；熱力管網(wǎng)；直埋保溫管道；預(yù)警系統(tǒng)

緒論

近年來隨著城市集中供熱技術(shù)及供熱管網(wǎng)敷設(shè)技術(shù)的不斷發(fā)展。國外一些供熱技術(shù)發(fā)達(dá)國家，如瑞典、芬蘭、丹麥、德國等，早在幾十年前已經(jīng)開始研究和應(yīng)用“直埋供熱管道”代替?zhèn)鹘y(tǒng)的地溝敷設(shè)方式，現(xiàn)在他們已擁有從直埋供熱管道設(shè)計、生產(chǎn)制造、施工驗收、監(jiān)測、運行等一系列完整成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和措施。由于直埋管道敷設(shè)方式具有節(jié)約能源、造價低、占地少、施工方便等優(yōu)點，因此直埋管道敷設(shè)技術(shù)在我國得到迅速發(fā)展、推廣，我國對直埋供熱管道技術(shù)的研究和應(yīng)用也日臻成熟。

無論采用哪種供熱管網(wǎng)敷設(shè)方式，供熱管網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行是首要的。供熱管道的泄漏易導(dǎo)致大量水和熱能的損失，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、管道之間焊接質(zhì)量不高、管道內(nèi)部壓力超過其承受范圍、保溫層進(jìn)水導(dǎo)致鋼管腐蝕破壞等。供熱管網(wǎng)長時間運行，其安全性將逐漸降低，因此提前預(yù)知管道的運行情況至關(guān)重要。本文主要針對從歐洲預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)控公司引進(jìn)的European Monitoring System熱網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、設(shè)計、功能和實施進(jìn)行討論。從2007年至今我已將此系統(tǒng)設(shè)計并安裝于青島市李滄區(qū)熱力管網(wǎng)、北京市海淀區(qū)小營熱力管網(wǎng)、吉林省通化新區(qū)熱力管網(wǎng)。實踐證明：預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用保障了管網(wǎng)安全、穩(wěn)定運行的同時避免突發(fā)事件的發(fā)生，還可以減少人工投入，降低人工費用。

一、預(yù)警系統(tǒng)的建立

從歐洲引進(jìn)的European Monitoring System直埋供熱管道熱網(wǎng)預(yù)警系統(tǒng)是由預(yù)埋在直埋保溫管保溫層中的預(yù)警線及監(jiān)測設(shè)備組成，可以監(jiān)測工作鋼管是否有泄漏或外護(hù)管破損而導(dǎo)致外界水浸入聚氨酯保溫層的情況。預(yù)警系統(tǒng)可以實時監(jiān)測并記錄管網(wǎng)運行情況，能及時發(fā)出報警信息并準(zhǔn)確定位故障點位置，幫助維護(hù)人員盡早的發(fā)現(xiàn)問題并及時采取處理措施，保證管網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

1、預(yù)警系統(tǒng)對產(chǎn)品的要求

預(yù)警系統(tǒng)是通過預(yù)埋在管道保溫層內(nèi)的預(yù)警線對管道進(jìn)行監(jiān)測和報警定位的。預(yù)警線由一根銅線和一根鍍錫銅線組成，其中銅線為信號線，鍍錫銅線為報警線。

2、預(yù)警系統(tǒng)主要裝置及功能

預(yù)警系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)通?？煞譃閮刹糠?，分別是中央監(jiān)控部分和現(xiàn)場檢測部分。

中央監(jiān)控部分主要由中央監(jiān)控裝置、計算機和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成的。系統(tǒng)通過中央監(jiān)控裝置實時對管線進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳到計算機中，然后由監(jiān)控軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對、診斷、系統(tǒng)報警等功能，最終自動生成監(jiān)測報告。

現(xiàn)場檢測部分主要由便攜式檢測設(shè)備和跨接電纜組成。維護(hù)人員可以根據(jù)系統(tǒng)檢測報告在現(xiàn)場通過便攜式監(jiān)測設(shè)備對故障點進(jìn)行排查，并最終定位。

二、預(yù)警系統(tǒng)的監(jiān)控原理

1、檢漏原理

當(dāng)預(yù)警線與鋼管構(gòu)成回路時，如果預(yù)警線與鋼管之間的保溫層有水或存在潮氣，則預(yù)警線與鋼管間的電阻由極大值變?yōu)檩^小值，如果測得其間電阻值小于設(shè)定的報警值則系統(tǒng)報警。歐洲預(yù)警系統(tǒng)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，單根保溫管及管件下線后其線間電阻值大于500MΩ。

2、故障定位原理

故障定位原理是以預(yù)警線和鋼管之間的阻抗值為依據(jù)，通過故障定位儀準(zhǔn)確定出故障點的位置。正常情況下，預(yù)警系統(tǒng)所監(jiān)控的預(yù)警線和鋼管之間的阻抗值是均勻不變的。但是當(dāng)預(yù)警線遇到斷路、短路和泡沫層受潮或進(jìn)水的情況時，預(yù)警線和鋼管之間的阻抗值將會發(fā)生變化。故障定位儀在起點處沿預(yù)警線發(fā)射出編碼脈沖，在傳播過程中當(dāng)遇到阻抗值發(fā)生變化的地方，就會產(chǎn)生一個反脈沖信號返回給定位儀，根據(jù)信號反射的時間和傳播速度換算為以米計量的距離，最終確定出故障點的位置。

三、預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計

預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)與被監(jiān)控管網(wǎng)的設(shè)計同步進(jìn)行，根據(jù)管網(wǎng)的布局、走向、距離以及熱力站的位置，合理設(shè)計預(yù)警系統(tǒng)。

在進(jìn)行預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)明確以下幾點問題：

1） 確認(rèn)被測管段的長度，合理劃分監(jiān)控管段。

2） 確認(rèn)中央監(jiān)控裝置的位置、供電方式和通信方式。

3） 確認(rèn)現(xiàn)場檢查點的位置，應(yīng)在有條件的地方建立檢查點。

4） 確認(rèn)預(yù)警系統(tǒng)的擴展設(shè)計，設(shè)計應(yīng)與熱力管網(wǎng)發(fā)展計劃相結(jié)合。

1、預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計方案

完整的預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計方案包括四個部分：

1）預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計安裝圖。

2）符合監(jiān)測要求的安裝有預(yù)警線的預(yù)制直埋保溫管道及管件。

3）預(yù)警系統(tǒng)專用跨接電纜及連接附件。

4）預(yù)警系統(tǒng)中央監(jiān)控裝置和現(xiàn)場檢測設(shè)備。

根據(jù)系統(tǒng)的功能不同，預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計可分為便攜式監(jiān)測系統(tǒng)、自動檢漏監(jiān)測系統(tǒng)、故障定位監(jiān)測系統(tǒng)。

（1）便攜式監(jiān)測系統(tǒng)

便攜式監(jiān)測系統(tǒng)通過安裝在管道上的跨接電纜做檢查點，維護(hù)人員用便攜式監(jiān)測設(shè)備與跨接電纜連接，對管道進(jìn)行檢測和監(jiān)控。此系統(tǒng)不具備自動檢測和報警的功能，需要維護(hù)人員定期到檢查點對管線進(jìn)行檢測。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、造價低，但是后期維護(hù)人工成本較高。該系統(tǒng)多用于一些距離較短，管徑較小的分支管線監(jiān)測。

（2）自動檢漏監(jiān)測系統(tǒng)

此系統(tǒng)是基于便攜式監(jiān)測系統(tǒng)基礎(chǔ)上在管線起始端加裝自動檢漏中央監(jiān)控裝置。系統(tǒng)可以自動檢測并記錄管網(wǎng)的運行情況。若管道出現(xiàn)泡沫層受潮、管線泄漏、預(yù)警線短路或斷路等情況，系統(tǒng)通過有線、無線網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)控信息傳送到計算機和維護(hù)人員的手機中，使用戶可以隨時掌握管網(wǎng)的運行情況。但是系統(tǒng)自身不能自動定位故障點的具體位置，維護(hù)人員需用便攜式定位儀對故障點進(jìn)行定位。

自動檢漏監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，造價高，但是系統(tǒng)可全天候自動監(jiān)控，使維護(hù)人員可以隨時掌握管線運行情況。該系統(tǒng)多用于一些距離較短，管徑較大的主管線監(jiān)測。

（3）故障定位監(jiān)測系統(tǒng)

此系統(tǒng)是基于便攜式檢測系統(tǒng)基礎(chǔ)上在管線起始端加裝自動故障定位中央監(jiān)控裝置。系統(tǒng)不僅可以隨時監(jiān)控并記錄管線運行情況，還可以自動定位故障點位置，并及時向維護(hù)人員發(fā)出報警，使用戶可以在第一時間對故障點進(jìn)行排查和維修。

故障定位監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，若管線出現(xiàn)問題時系統(tǒng)可自動確認(rèn)故障點位置，為維護(hù)人員后期排查節(jié)省了時間。該系統(tǒng)多用于一些距離較長，管徑較大的主管線監(jiān)測。

2、預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計要求

預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)盡量考慮其功能性和經(jīng)濟性，并且由于現(xiàn)場施工難度大，還應(yīng)盡考慮現(xiàn)場施工的可行性。這里以2008年青島市李滄區(qū)熱力管網(wǎng)預(yù)警系統(tǒng)實例向大家介紹系統(tǒng)設(shè)計要求。

我在2008年依據(jù)青島熱力設(shè)計院李滄區(qū)熱網(wǎng)城建設(shè)計圖，為該管網(wǎng)設(shè)計預(yù)警系統(tǒng)，系統(tǒng)可監(jiān)控管線7Km，覆蓋管徑從DN1000-DN500，從系統(tǒng)設(shè)計到施工結(jié)束總用時5個月，該系統(tǒng)得到青島熱力集團(tuán)和青島熱力設(shè)計院各級領(lǐng)導(dǎo)的一致肯定。

（1）預(yù)警系統(tǒng)的回路設(shè)計。首先需要將熱網(wǎng)管道設(shè)計為獨立封閉的回路，并且為了方便現(xiàn)場接線及后期準(zhǔn)確定位，應(yīng)將主管線和支管線獨立設(shè)計回路。當(dāng)管線遇到閥門或補償器等非預(yù)制管件時需用跨接電纜將斷開的預(yù)警線連接起來。如系統(tǒng)設(shè)計施工圖3-2所示，該系統(tǒng)共有6條監(jiān)測回路，其中4條主管線由中央監(jiān)控裝置進(jìn)行自動監(jiān)控，另外兩條管徑較小的分支管線設(shè)計為便攜式監(jiān)控模式，為方便后期排查監(jiān)測，我將起始點和終點都設(shè)計在同一個支線井內(nèi)。

（2）中央監(jiān)控裝置的位置。在設(shè)計時應(yīng)盡量多的利用中央監(jiān)控裝置的監(jiān)測通道，同時減少每條通道的距離，這樣不僅可以相對減少施工難度，也便于后期維護(hù)及排查管線故障。此項目中我將中控裝置安裝在主管線折中處的換熱站內(nèi)，共占用4條監(jiān)控通道，向東側(cè)兩條通道各監(jiān)控管線1Km，向西側(cè)兩條通道各監(jiān)控管線1.5Km，該項目自動監(jiān)控距離5Km，占總監(jiān)控距離70%。

（3）非預(yù)制管件的跨接要求。預(yù)警線在遇到補償器，閥門等非預(yù)制管件時都將用跨接電纜進(jìn)行跨接，而上述這些管件則不在預(yù)警系統(tǒng)的監(jiān)控范圍內(nèi)。此項目共跨越4個補償器、4個閥門。因為跨接電纜不可直埋，需要安裝在井室中。

（4）檢查點的設(shè)計。通常為了快速、準(zhǔn)確定位出故障點的位置，需要保證兩個安裝預(yù)警系統(tǒng)跨接電纜的檢查點最大距離為500米，若超過500米，則應(yīng)在兩個小室中間的適當(dāng)位置設(shè)計裝有跨接電纜的專用檢查點。該項目中我只增開了一個專用檢查室，不僅滿足系統(tǒng)的設(shè)計使用要求，同時也節(jié)約了系統(tǒng)的建造成本。

總上所述，在熱力管網(wǎng)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計過程中，不僅需要滿足系統(tǒng)自身的功能要求，而且也要考慮現(xiàn)場施工的可行性，最終設(shè)計出滿足客戶需要的、經(jīng)濟實用的預(yù)警系統(tǒng)。

結(jié)論

預(yù)警系統(tǒng)從前期設(shè)計到項目施工，再到后期維護(hù)，每一環(huán)節(jié)嚴(yán)格的管理對保證系統(tǒng)正常運行是至關(guān)重要的，因此可以說熱網(wǎng)項目選擇使用預(yù)警系統(tǒng)，很大程度的提升了整個項目的質(zhì)量。在整個直埋管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的形成過程中，要重點把握以下幾點：

首先，產(chǎn)品中要預(yù)埋預(yù)警線，預(yù)警線合理布置是實現(xiàn)回路的必要條件，這就對產(chǎn)品的加工工藝就有很嚴(yán)格的要求，因此，產(chǎn)品質(zhì)量是建立建成預(yù)警系統(tǒng)的重要前提。其次，建立預(yù)警系統(tǒng)對工程施工的要求也是非常嚴(yán)格的，產(chǎn)品的運輸儲存要按照項目要求執(zhí)行，不能讓預(yù)警線在運輸和施工中受到損傷。檢查點的布局要合理，監(jiān)控設(shè)備的安裝位置應(yīng)保證干燥、整潔。接頭安裝工人要經(jīng)過嚴(yán)格的培訓(xùn)才可以上崗。整個項目的建設(shè)要有專業(yè)的技術(shù)人員全程跟蹤控制。再次，系統(tǒng)建成投入使用后，運營單位對其后期的維護(hù)工作是非常重要的。為了延長管網(wǎng)的使用壽命，運營單位應(yīng)當(dāng)定期對管道進(jìn)行巡檢，掌握監(jiān)測設(shè)備運行狀況，及時排除異常情況。如果被測管線出現(xiàn)故障，應(yīng)及早排查并迅速搶修，以防止損壞情況進(jìn)一步發(fā)展，避免發(fā)生更大的經(jīng)濟損失。

總之，建立預(yù)警系統(tǒng)是集中供熱直埋管道安全、穩(wěn)定運行的重要保障，也是集中供熱現(xiàn)代化的標(biāo)志之一，這需要行業(yè)內(nèi)各有關(guān)人員的通力合作才能使直埋供熱管道熱網(wǎng)預(yù)警系統(tǒng)得以大力推廣和真正的發(fā)揮作用。

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