大型埋地壓力輸水管道滲漏連續(xù)監(jiān)測方法與爆管預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種大型埋地壓力輸水管道滲漏連續(xù)監(jiān)測方法，包括步驟：（1）在大型壓力輸水管道內(nèi)布置連續(xù)監(jiān)測信號采集設(shè)備，在管道外布置信號測量和分析設(shè)備；（2）測量被監(jiān)測壓力輸水管道在正常運(yùn)行工況時(shí)的振動(dòng)、應(yīng)變、聲波和壓力變化基礎(chǔ)信號數(shù)據(jù)；模擬被監(jiān)測的壓力輸水管道滲漏過程，測量滲漏過程中出現(xiàn)的振動(dòng)、應(yīng)變、嘯叫和水壓變化特征信號數(shù)據(jù)；（3）分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立反映被監(jiān)測管道工作性態(tài)的模型，確定危害程度等級和預(yù)警閾值，開發(fā)分析判斷模塊和險(xiǎn)情發(fā)布模塊；（4）進(jìn)行被監(jiān)測壓力管道的連續(xù)監(jiān)測，當(dāng)危害程度達(dá)到預(yù)警閾值時(shí)，發(fā)布警報(bào)。
【專利說明】大型埋地壓カ輸水管道滲漏連續(xù)監(jiān)測方法與爆管預(yù)警系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明適用于大型壓カ輸水管道的安全監(jiān)測【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及跨流域調(diào)水工程、水利水電工程和市政工程，亦適用于石化等行業(yè)輸送或儲(chǔ)存其他液態(tài)或氣態(tài)物質(zhì)的壓カ管道或壓カ容器的安全監(jiān)測，具體地涉及ー種大型埋地壓カ輸水管道滲漏連續(xù)監(jiān)測方法與爆管預(yù)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]為解決民生水利，保障大中型城市供水，我國已建設(shè)引灤入津、東深供水、引大人秦等一大批引調(diào)水工程，在建和擬建的大型跨流域引調(diào)水工程還有南水北調(diào)、引漢濟(jì)渭等。大型壓カ輸水管道是引調(diào)水工程的重要組成部分。
[0003]國內(nèi)外已建大型壓カ輸水管道爆管事故時(shí)有發(fā)生，這些事故不僅嚴(yán)重威脅城市供水安全，造成寶貴水資源的浪費(fèi)，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)帶來次生災(zāi)害，嚴(yán)重威脅輸水管沿線人民的生命安全。
[0004]目前國內(nèi)外對于大型埋地壓カ輸水管道的爆管都缺乏有效的預(yù)警手段。我國已建成的大型埋地壓カ輸水管道主要通過定期停水檢修的方法預(yù)防爆管事故的發(fā)生，由于大型埋地壓カ輸水管道停水檢修間隔時(shí)間長(通常一年檢修一次)，檢修期短，通過停水檢修的方法并不能有效杜絕爆管發(fā)生，我國新建或在建的部分埋地壓カ輸水管道雖然在管道外局部埋設(shè)了滲漏儀等監(jiān)測儀器，但是受各種適用條件制約，對預(yù)警爆管的有效性不高，而且監(jiān)測儀器由于深埋于地下，難以進(jìn)行維護(hù)和技術(shù)升級，因此，亟需研發(fā)ー種有效的、適用于已建成或在建大型埋地壓カ輸水管道的滲漏連續(xù)監(jiān)測方法與爆管預(yù)警系統(tǒng)，以保障我國大中城市供水安全，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。
[0005]雖然大型埋地壓カ輸水管道的爆管原因很多，但最重要且難以預(yù)防的ー類爆管是由管道局部滲漏引起的爆管。這類爆管有ー個(gè)發(fā)展過程，首先是由各種原因引發(fā)管道局部滲漏，進(jìn)而在管內(nèi)水壓下形成射流，高速噴射的水流沖走管道外的沙土，為管道向外擴(kuò)張?zhí)峁┝丝臻g，當(dāng)這個(gè)空間足夠大時(shí)管道在內(nèi)壓下爆裂形成爆管。大量觀察和實(shí)驗(yàn)顯示，在由滲漏引起爆管的過程中，高速噴出的水流會(huì)引起管道振動(dòng)和嘯叫，井隨著滲漏嚴(yán)重程度的發(fā)展引起管內(nèi)壓カ變化。本發(fā)明正是著眼于這些伴生現(xiàn)象，通過在大型壓カ輸水管道內(nèi)監(jiān)測管道振動(dòng)、嘯叫、壓カ變化和管壁應(yīng)變來實(shí)現(xiàn)對這類爆管的預(yù)警。理論分析和現(xiàn)場試驗(yàn)都證明，該方法原理可靠，精度高，不僅適用于新建壓カ輸水管道，亦適應(yīng)于已建成的壓カ輸水管道，便于監(jiān)測設(shè)備維護(hù)和技術(shù)升級，是我國壓カ輸水管道安全運(yùn)行的亟需技木。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供了ー種大型埋地壓カ輸水管道滲漏連續(xù)監(jiān)測方法，其通過在大型壓カ輸水管道內(nèi)監(jiān)測管道振動(dòng)、嘯叫、壓カ變化和管壁應(yīng)變來實(shí)現(xiàn)對這類爆管的預(yù)警，精度高，不僅適用于新建壓カ輸水管道，亦適應(yīng)于已建成的壓カ輸水管道，便于監(jiān)測設(shè)備維護(hù)和技術(shù)升級。[0007]這種大型埋地壓カ輸水管道滲漏連續(xù)監(jiān)測方法，所述方法基于壓カ輸水管道滲漏過程中會(huì)產(chǎn)生射流，出現(xiàn)管道振動(dòng)、嘯叫和管內(nèi)壓カ變化現(xiàn)象；這種連續(xù)監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0008](I)在大型壓カ輸水管道內(nèi)布置連續(xù)監(jiān)測信號采集設(shè)備，在管道外布置信號測量和分析設(shè)備；
[0009](2)測量被監(jiān)測壓カ輸水管道在正常運(yùn)行エ況時(shí)的振動(dòng)、應(yīng)變、聲波和壓カ變化基礎(chǔ)信號數(shù)據(jù)；模擬被監(jiān)測的壓カ輸水管道滲漏過程，測量滲漏過程中出現(xiàn)的振動(dòng)、應(yīng)變、嘯叫和水壓變化特征信號數(shù)據(jù)；
[0010](3)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立反映被監(jiān)測管道工作性態(tài)的模型，確定危害程度等級和預(yù)警閾值，開發(fā)分析判斷模塊和險(xiǎn)情發(fā)布模塊；
[0011](4)進(jìn)行被監(jiān)測壓力管道的連續(xù)監(jiān)測，出現(xiàn)異常信號數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)判斷其是否由管道滲漏引起，判斷這些信號是否來源于同一個(gè)滲漏點(diǎn)并精確定位滲漏點(diǎn)位置，對來源于同一個(gè)滲漏點(diǎn)的信號，根據(jù)振動(dòng)和嘯叫的強(qiáng)度、頻譜特性以及水壓變化數(shù)據(jù)判斷滲漏的危害程度；當(dāng)危害程度達(dá)到預(yù)警閾值時(shí)，發(fā)布警報(bào)。
[0012]本方法通過在大型壓カ輸水管道內(nèi)監(jiān)測管道振動(dòng)、嘯叫、壓カ變化和管壁應(yīng)變來實(shí)現(xiàn)對這類爆管的預(yù)警，精度高，不僅適用于新建壓カ輸水管道，亦適應(yīng)于已建成的壓カ輸水管道，便于監(jiān)測設(shè)備維護(hù)和技術(shù)升級。
[0013]還提供了利用這種大型埋地壓カ輸水管道滲漏連續(xù)監(jiān)測方法的爆管預(yù)警系統(tǒng)，包括以下組成:
[0014](I)在大型壓カ管道內(nèi)布置的連續(xù)監(jiān)測信號采集設(shè)備，包括分布式振動(dòng)和應(yīng)變傳感光纖、水聲檢波器及電纜、光纖光柵水壓計(jì)及傳輸光纜；
[0015](2)在大型壓カ管道外布置的信號測量和分析設(shè)備，包括分布式光纖振動(dòng)和應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)、水聲檢波器聲波振動(dòng)測量裝置、光纖光柵水壓測量裝置；
[0016](3)分析判斷模塊、險(xiǎn)情發(fā)布模塊；
[0017](4)因特網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]這種大型埋地壓カ輸水管道滲漏連續(xù)監(jiān)測方法，所述方法基于壓カ輸水管道滲漏過程中會(huì)產(chǎn)生射流，出現(xiàn)管道振動(dòng)、嘯叫和管內(nèi)壓カ變化現(xiàn)象；這種連續(xù)監(jiān)測方法，包括以下步驟:
[0019](I)在大型壓カ輸水管道內(nèi)布置連續(xù)監(jiān)測信號采集設(shè)備，在管道外布置信號測量和分析設(shè)備；
[0020](2)測量被監(jiān)測壓カ輸水管道在正常運(yùn)行エ況時(shí)的振動(dòng)、應(yīng)變、聲波和壓カ變化基礎(chǔ)信號數(shù)據(jù)；模擬被監(jiān)測的壓カ輸水管道滲漏過程，測量滲漏過程中出現(xiàn)的振動(dòng)、應(yīng)變、嘯叫和水壓變化特征信號數(shù)據(jù)；
[0021](3)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立反映被監(jiān)測管道工作性態(tài)的模型，確定危害程度等級和預(yù)警閾值，開發(fā)分析判斷模塊和險(xiǎn)情發(fā)布模塊；
[0022](4)進(jìn)行被監(jiān)測壓力管道的連續(xù)監(jiān)測，出現(xiàn)異常信號數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)判斷其是否由管道滲漏引起，判斷這些信號是否來源于同一個(gè)滲漏點(diǎn)并精確定位滲漏點(diǎn)位置，對來源于同一個(gè)滲漏點(diǎn)的信號，根據(jù)振動(dòng)和嘯叫的強(qiáng)度、頻譜特性以及水壓變化數(shù)據(jù)判斷滲漏的危害程度；當(dāng)危害程度達(dá)到預(yù)警閾值時(shí)，發(fā)布警報(bào)。
[0023]本方法通過在大型壓カ輸水管道內(nèi)監(jiān)測管道振動(dòng)、嘯叫、壓カ變化和管壁應(yīng)變來實(shí)現(xiàn)對這類爆管的預(yù)警，精度高，不僅適用于新建壓カ輸水管道，亦適應(yīng)于已建成的壓カ輸水管道，便于監(jiān)測設(shè)備維護(hù)和技術(shù)升級。
[0024]優(yōu)選地，步驟(4)中根據(jù)振動(dòng)、嘯叫、壓カ變化信號強(qiáng)度沿管線分布的最大值的位置確定漏水點(diǎn)的位置吋，采用樣條插值方法可以提高漏水點(diǎn)位置推測精度。
[0025]優(yōu)選地，該系統(tǒng)包括振動(dòng)、應(yīng)變、聲波和壓カ監(jiān)測裝置、分析判斷模塊、險(xiǎn)情發(fā)布模塊和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。振動(dòng)、應(yīng)變、聲波和壓カ監(jiān)測裝置由設(shè)置于管道內(nèi)的信號采集設(shè)備和設(shè)置于管道外的測量記錄裝置組成；分析判斷模塊用于判斷采集到的特殊信號是否由管道滲漏引起，判斷各種特殊信號是否來源于同一個(gè)滲漏點(diǎn)并精確定位滲漏點(diǎn)位置，并根據(jù)振動(dòng)和嘯叫的強(qiáng)度、頻譜特性以及水壓變化數(shù)據(jù)判斷滲漏的危害程度；險(xiǎn)情發(fā)布模塊在監(jiān)控終端發(fā)布測量和險(xiǎn)情數(shù)據(jù)，當(dāng)危害程度達(dá)到預(yù)警閾值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，還通過網(wǎng)絡(luò)向相關(guān)人員的手機(jī)發(fā)出警報(bào)。
[0026]還提供了利用這種大型埋地壓カ輸水管道滲漏連續(xù)監(jiān)測方法的爆管預(yù)警系統(tǒng)，包括以下組成:
[0027](I)在大型壓カ管道內(nèi)布置的連續(xù)監(jiān)測信號采集設(shè)備，包括分布式振動(dòng)和應(yīng)變傳感光纖、水聲檢波器及電纜、光纖光柵水壓計(jì)及傳輸光纜；
[0028](2)在大型壓カ管道外布置的信號測量和分析設(shè)備，包括分布式光纖振動(dòng)和應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)、水聲檢波器聲波振動(dòng)測量裝置、光纖光柵水壓測量裝置；
[0029]( 3 )分析判斷模塊、險(xiǎn)情發(fā)布模塊；
[0030](4)因特網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
[0031]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書界定不限于下述的實(shí)施例。
[0032]1.根據(jù)監(jiān)測的大型埋地壓カ輸水管道工程特性進(jìn)行監(jiān)測設(shè)計(jì)。壓カ輸水管道ロ徑需滿足人工安裝監(jiān)測光纖、電纜和光纜的要求，通常不小于1.5m;按照管線長度和出線長度定制分布式振動(dòng)和應(yīng)變傳感光纖、水聲檢波器及電纜、光纖光柵水壓計(jì)及傳輸光纜，光纖、電纜和光纜外護(hù)套選用高密度HDPE材料，以達(dá)到良好的防水效果；根據(jù)監(jiān)測的管材衰減特性確定水聲檢波器的安裝間距、數(shù)量和電纜芯數(shù)，將水聲檢波器密封在電纜內(nèi)，與電纜形成ー個(gè)整體，采用數(shù)字式水聲檢波電纜可在一條電纜內(nèi)最多密封進(jìn)數(shù)千個(gè)傳感器，同時(shí)大幅度減少電纜芯數(shù)；根據(jù)管道理深地理高程和壓カ變幅范圍，確定光纖光柵水壓計(jì)的分布。
[0033]2.在大型埋地壓カ輸水管道內(nèi)安裝分布式振動(dòng)和應(yīng)變傳感光纖、水聲檢波器電纜和光纖光柵水壓計(jì)傳輸光纜，光纖需固定在管道內(nèi)壁上，采用與管材粘接性能良好、環(huán)保無毒的粘接劑，電纜和光纜可視管道內(nèi)流速局部固定，在管壁底部固定時(shí)，通常固定點(diǎn)間距不超過5m，在管身其它部位固定時(shí)，需加密。
[0034]3.光纖前端和末端位置需現(xiàn)場選擇適當(dāng)部位打孔引出壓カ輸水管道外部，分別安裝前端傳感單元和末端傳感單元，傳感光纜、前端傳感單元、末端傳感單元需安裝在防水接續(xù)盒中，為防止外界環(huán)境對前端傳感單元，末端傳感單元及引出端傳感光纜的影響，需要把前端和末端防水接續(xù)盒安裝在地表下大于0.5米深度，并做好隔振和防水保護(hù)。
[0035]4.完成分布式光纖振動(dòng)監(jiān)測裝置、管道振動(dòng)水聲檢波分析監(jiān)測裝置和管道內(nèi)水壓カ光纖光柵動(dòng)態(tài)監(jiān)測裝置的連接。
[0036]5.大型埋地壓カ輸水管道恢復(fù)通水后，首先監(jiān)測各運(yùn)行エ況下(包括管線上水泵、各類閥門的啟閉)的振動(dòng)、水聲、水壓等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后人為控制管線上的放空閥模擬不同程度的滲漏，取得不同エ況、不同泄漏程度時(shí)管線振動(dòng)、水聲、水壓等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過交叉分祈，歸納出合適的報(bào)警閥值。
[0037]鑒于不同材質(zhì)的壓カ管道泄漏產(chǎn)生的振動(dòng)和嘯叫頻率、傳播速度、衰減特性各不相同，為確保預(yù)警效果，系統(tǒng)安裝后，需對振動(dòng)、噪音和壓カ同步進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，通過現(xiàn)場試驗(yàn)優(yōu)化預(yù)警閥值指標(biāo)，最終建立泄漏綜合連續(xù)監(jiān)測和爆管預(yù)警系統(tǒng)。
[0038]本發(fā)明的有益效果如下:
[0039]1.本發(fā)明基于壓カ輸水管道滲漏過程中會(huì)產(chǎn)生射流，出現(xiàn)管道振動(dòng)、嘯叫和管內(nèi)壓カ變化，采用連續(xù)監(jiān)測方法可以有效甄別導(dǎo)致爆管發(fā)生的危害性滲漏并精確定位滲漏部位，實(shí)現(xiàn)在危害性滲漏導(dǎo)致爆管前預(yù)警。
[0040]2.本發(fā)明在大型埋地壓カ輸水管道內(nèi)安裝連續(xù)監(jiān)測信號采集設(shè)備，無需開挖埋設(shè)，便于系統(tǒng)維護(hù)和升級改造。
[0041]3.本發(fā)明采用連續(xù)監(jiān)測技術(shù)，能夠?qū)Υ笮吐竦貕亥斔艿肋M(jìn)行全程連續(xù)監(jiān)測，具有無監(jiān)測盲區(qū)、精度高、實(shí)時(shí)性好、受偶然因素影響小的特點(diǎn)。該系統(tǒng)也可以用于新建的大型壓カ輸水管道。
[0042]4.本發(fā)明綜合采用分布式光纖振動(dòng)和應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)、管道振動(dòng)水聲檢波技術(shù)、管道內(nèi)水壓カ光纖光柵動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)監(jiān)測相關(guān)物理參量，系統(tǒng)能夠適應(yīng)跨流域調(diào)水工程采用的多種管材。
[0043]以上所述，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.大型埋地壓カ輸水管道滲漏連續(xù)監(jiān)測方法，所述方法基于壓カ輸水管道滲漏過程中會(huì)產(chǎn)生射流，出現(xiàn)管道振動(dòng)、嘯叫和管內(nèi)壓カ變化現(xiàn)象；這種連續(xù)監(jiān)測方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)在大型壓カ輸水管道內(nèi)布置連續(xù)監(jiān)測信號采集設(shè)備，在管道外布置信號測量和分析設(shè)備； (2)測量被監(jiān)測壓カ輸水管道在正常運(yùn)行エ況時(shí)的振動(dòng)、應(yīng)變、聲波和壓カ變化基礎(chǔ)信號數(shù)據(jù)；模擬被監(jiān)測的壓カ輸水管道滲漏過程，測量滲漏過程中出現(xiàn)的振動(dòng)、應(yīng)變、嘯叫和水壓變化特征信號數(shù)據(jù)； (3)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，建立反映被監(jiān)測管道工作性態(tài)的模型，確定危害程度等級和預(yù)警閾值，開發(fā)分析判斷模塊和險(xiǎn)情發(fā)布模塊； (4)進(jìn)行被監(jiān)測壓力管道的連續(xù)監(jiān)測，出現(xiàn)異常信號數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)判斷其是否由管道滲漏引起，判斷這些信號是否來源于同一個(gè)滲漏點(diǎn)并精確定位滲漏點(diǎn)位置，對來源于同一個(gè)滲漏點(diǎn)的信號，根據(jù)振動(dòng)和嘯叫的強(qiáng)度、頻譜特性以及水壓變化數(shù)據(jù)判斷滲漏的危害程度；當(dāng)危害程度達(dá)到預(yù)警閾值時(shí)，發(fā)布警報(bào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型埋地壓カ輸水管道滲漏連續(xù)監(jiān)測方法，其特征在于:步驟(4)中根據(jù)振動(dòng)、嘯叫、壓カ變化信號強(qiáng)度沿管線分布的最大值的位置確定漏水點(diǎn)的位置吋，采用樣條插值方法可以提高漏水點(diǎn)位置推測精度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型埋地壓カ輸水管道滲漏連續(xù)監(jiān)測方法，其特征在于:該系統(tǒng)包括振動(dòng)、應(yīng)變、聲波和壓カ監(jiān)測裝置、分析判斷模塊、險(xiǎn)情發(fā)布模塊和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。振動(dòng)、應(yīng)變、聲波和壓カ監(jiān)測裝置由設(shè)置于管道內(nèi)的信號采集設(shè)備和設(shè)置于管道外的測量記錄裝置組成；分析判斷模塊用于判斷采集到的特殊信號是否由管道滲漏引起，判斷各種特殊信號是否來源于同一個(gè)滲漏點(diǎn)并精確定位滲漏點(diǎn)位置，井根據(jù)振動(dòng)和嘯叫的強(qiáng)度、頻譜特性以及水壓變化數(shù)據(jù)判斷滲漏的危害程度；險(xiǎn)情發(fā)布模塊在監(jiān)控終端發(fā)布測量和險(xiǎn)情數(shù)據(jù)，當(dāng)危害程度達(dá)到預(yù)警閾值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警，還通過網(wǎng)絡(luò)向相關(guān)人員的手機(jī)發(fā)出警報(bào)。
4.利用根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型埋地壓カ輸水管道滲漏連續(xù)監(jiān)測方法的爆管預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:包括以下組成: (1)在大型壓カ管道內(nèi)布置的連續(xù)監(jiān)測信號采集設(shè)備，包括分布式振動(dòng)和應(yīng)變傳感光纖、水聲檢波器及電纜、光纖光柵水壓計(jì)及傳輸光纜； (2)在大型壓カ管道外布置的信號測量和分析設(shè)備，包括分布式光纖振動(dòng)和應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)、水聲檢波器聲波振動(dòng)測量裝置、光纖光柵水壓測量裝置； (3)分析判斷模塊、險(xiǎn)情發(fā)布模塊； (4)因特網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
【文檔編號】E03B7/02GK103590444SQ201310544612
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】朱新民, 盧正超, 馮少孔, 陳春浩, 金可禮, 劉亦兵, 黎利兵, 姜云輝, 商峰, 李良庚, 黃濤, 趙麗娜 申請人:中國水利水電科學(xué)研究院