一种基于土壤温度场变化的供热管道泄露检测方法及装置

技术领域

本发明属于供热管道泄露检测技术领域，具体涉及一种基于土壤温度场变化的供热管道泄露检测方法及装置。

背景技术

随着城市化发展，冬季供暖地区主要集中供暖，大量使用到了地埋供热管道。而地埋供热管道的泄露时有发生，不仅给供热企业带来经济损失，也影响着人们的生活质量，甚至威胁到人身安全。

目前，供热企业对供热管道泄露检测的方法主要有：人工巡检法；供热企业组织专门的巡检队伍对供热管道及其周围环境进行人工巡检，采用人工巡检的方法进行供热管道泄露检测，较大程度上需要依赖于巡检人员的敏感性、经验和责任心，往往检测效率较低，且通常只能发现一些较大的泄漏。听音法；当补水站出现补水增加，通过关闭可疑管线的阀门观察是否掉压来确定某段管线是否泄露，并采用听漏棒对管道泄露时的声波进行泄露判定，此方法容易受外界声波影响，检测结果并不理想。测温法；巡检人员采用手持非接触式红外线测温仪来查找供热管网中具体漏点的位置。在实际操作中，巡检人员沿着供热管道步行，手持测温仪检测管道上方的地面温度，并检测管道附近其他市政管道井室内的温度，检查是否有温度异常，若有异常则列入重点怀疑区域，然后采用其他检漏方法进行确定。但在实际应用当中，测温法仅仅被用作判断管道是否泄漏的重要辅助手段，一般不作为判断漏点的唯一依据。

地埋供热管道发生泄露后，供热管道中流出的热水会渗入到土壤中，导致泄漏点的土壤温度场发生变化。因此，能够通过土壤温度场变化来检测供热管道的泄露，现有技术中，还缺乏行之有效，设计合理的基于土壤温度场变化的供热管道泄露检测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于土壤温度场变化的供热管道泄露检测方法及装置，解决了现有技术中地埋供热管道泄露点存在检测结果不准确的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种基于土壤温度场变化的供热管道泄露检测方法，包括：

试验模型，用于模拟实际地埋供热管道的散热或泄露对地埋供热管道上方土壤温度场的影响；

数据采集单元，用于获取试验模型中地埋供热管道上方土壤温度信息；

主控单元，用于根据采集到的温度信息建立检测特征数据集，并将该检测特征数据集与待检测的供热管道的检测信息进行对比，进而判断待检测的供热管道是否发生泄露。

优选地，所述试验模型包括箱体，所述箱体内填充有土壤，所述土壤内预埋有供热管道；所述供热管道上缠绕有保温层。

优选地，所述供热管道的入口端和出口端均设有温度计、压力计和流量计。

优选地，所述数据采集单元包括红外热像仪和多个温度传感器，其中，所述红外热像仪布置在箱体的上方；多个温度传感器呈阵列结构预埋的土壤内，且置于供热管道的上方。

一种基于土壤温度场变化的供热管道泄露检测方法，包括以下步骤：

步骤1，获取地埋供热管道上方土壤在多种工况下的土壤温度场变化特征；

步骤2，根据得到的多种工况下的土壤温度场变化特征建立检测特征数据集；

步骤3，利用检测特征数据集对待检测的供热管道的泄露进行检测。

优选地，步骤1中，多种工况下的土壤温度场变化特征，具体是：

当地埋供热管道上缠绕的保温层完好，且地埋供热管道完好时，获取该地埋供热管道上方土壤的第一温度信息；

当地埋供热管道上缠绕的保温层损坏，且地埋供热管道完好时，获取地埋供热管道上方土壤的第二温度信息；

当地埋供热管道上缠绕的保温层损坏，且地埋供热管道断开时，获取地埋供热管道上方土壤的第三温度信息；

当地埋供热管道上缠绕的保温层完好，且地埋供热管道断开时，获取地埋供热管道上方土壤的第四温度信息。

优选地，步骤2中，根据得到的多种工况下的土壤温度场变化特征建立检测特征数据集，具体是，所述检测特征数据集包括第一特征集、第二特征集、第一特征集至第二特征集的温度变化过程数据、第三特征集、第二特征集至第三特征集的温度变化过程数据、第四特征集以及第一特征集至第四特征集的温度变化过程数据，具体地：

根据第一温度信息建立第一特征集；

根据第二温度信息建立第二特征集，以及第一特征集至第二特征集的温度变化过程数据；

根据第三温度信息建立第三特征集，以及第二特征集至第三特征集的温度变化过程数据；

根据第四温度信息建立第四特征集，以及第一特征集至第四特征集的温度变化过程数据。

优选地，步骤3中，利用检测特征数据集对待检测的供热管道的泄露进行检测，具体方法是：

当检测特征数据最为接近第四特征集，且符合第一特征集至第四特征集的变化过程，判定为带有保温层的供热管道发生泄露；

当检测特征数据最为接近第三特征集，且符合第二特征集至第三特征集的变化过程，判定为不带保温层的供热管道发生泄露；

当检测特征数据最为接近第二特征集，且符合第一特征集至第二特征集的温度变化过程，判定为保温层损坏，但供热管道未发生泄露。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种基于土壤温度场变化的供热管道泄露检测方法，通过建立试验模型，获取多种工况下的土壤温度场变化特征，再通过获取供热管道上方的土壤温度场变化特征，与试验模型得到的特征进行对比，判断供热管道是否泄露，检测效率高，检测结果准确，效果显著，便于推广。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的试验模型图。

其中，1、土壤2、箱体3、红外热像仪4、供热管道5、温度传感器6、温度计7、压力计8、流量计9、保温层。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明的基于土壤温度场变化的供热管道泄露检测方法，包括以下步骤：

步骤一、建立供热管道和土壤的试验模型；

所述试验模型用于模拟实际地埋供热管道的散热或泄露对上方土壤温度场的影响。

步骤二、通过所述试验模型获得多种工况下的土壤温度场变化特征；

所述多种工况包括供热管道保温层完好、供热管道保温层破损和供热管道泄露。

步骤三、监测供热管道上方的土壤温度场；

按照试验模型设置红外热像仪和多个温度传感器的安装位置。

步骤四、分析获取供热管道上方的土壤温度场变化特征；

设置主控器和存储器，主控器对红外热像仪和多个温度传感器的采集数据进行连续采样，并进行时间标记；建立特征集及变化过程数据并储存至存储器中，作为检测特征数据。

步骤五、将步骤四所述的土壤温度场变化特征与步骤二所述的土壤温度场变化特征进行对比，分析得到供热管道是否泄露。

本实施例中，如图2所示，所述试验模型包括填充有土壤1的箱体2和设置在箱体2上方的红外热像仪3，所述箱体2内设置有埋在土壤1内的供热管道4和用于采集土壤1不同高度温度的多个温度传感器5，所述供热管道4的入口端和出口端均设置有温度计6、压力计7和流量计8，所述供热管道4上缠绕有保温层9。

具体实施时，试验模型与实际工况的几何比例为5:1，实际管道的直径一般为1m，试验模型中的供热管道4直径采用20cm，供热管道4正上方土壤1厚度1m，在供热管道4正上方20cm、40cm、60cm、80cm处设置呈矩阵结构布置的多个温度传感器5，土壤1的密度、导热系数、比热与实际情况相同。

本实施例中，所述通过试验模型获得多种工况下的土壤温度场变化特征的具体过程包括：

步骤201、将保温层完好的供热管道埋在土壤内，保持热水供应24～48小时后，通过红外热像仪和多个温度传感器监测供热管道上方的土壤温度场数据，建立第一特征集；

具体实施时，土壤温度场会随着供热管道内热水的散热发生变化，土壤初始温度场重新分布，随着时间的增长，供热管道周围的土壤温度逐渐升高且范围逐渐扩大，但土壤的传热过程具有滞后性，因此保持热水供应24～48小时后，再将监测数据建立第一特征集，第一特征集即为带有保温层的供热管道正常工作时的特征值，所述特征值为多个测量点的温度值。

步骤202、将供热管道上的保温层损坏，通过红外热像仪和多个温度传感器监测供热管道上方的土壤温度场数据，待土壤温度场数据趋于稳定后，建立第二特征集，并记录第一特征集至第二特征集的温度变化过程数据；

具体实施时，当供热管道上的保温层破损时，土壤温度场会发生相应变化，供热管道周围的土壤温度会高于第一特征集中的土壤温度，土壤温度场发生异常。

步骤203、将供热管道断开，通过红外热像仪和多个温度传感器监测供热管道上方的土壤温度场数据，待土壤温度场数据趋于稳定后，建立第三特征集，并记录第二特征集至第三特征集的温度变化过程数据；

具体实施时，当供热管道断开产生泄露，土壤温度场的变化相较于保温层破损更为明显，供热管道泄露出的水温度高，随着高温水的渗流扩散与周围土壤发生热交换，同时，增加了土壤的导电率，土壤温度会迅速升高，第三特征集中的土壤温度会高于第二特征集中的土壤温度，必然也高于第一特征集中的土壤温度。

现实工况中，在一些老旧管道上，没有保温措施，因此进行步骤202至步骤203的试验过程。为了获取带有保温层的供热管道直接发生泄露时的土壤温度场变化数据，进行步骤204至步骤205的试验。

步骤204、重复步骤201；

步骤205、将供热管道断开，通过红外热像仪和多个温度传感器监测供热管道上方的土壤温度场数据，待土壤温度场数据趋于稳定后，建立第四特征集，并记录第一特征集至第四特征集的温度变化过程数据。

具体实施时，经过试验过程能够看出，供热管道保温层破裂和供热管道保温层未破裂但断开产生泄露对土壤造成的影响是有区别的；而且，带有保温层的供热管道泄露相较于没有保温层的供热管道泄露，温度变化范围更大，因此，第四特征集以及第一特征集至第四特征集的温度变化过程数据有别于第三特征集以及第二特征集至第三特征集的温度变化过程数据。

本实施例中，所述将土壤温度场变化特征进行对比，分析得到供热管道是否泄露的具体过程包括：

所述存储器存储第一特征集、第二特征集、第三特征集和第四特征集，以及第一特征集至第二特征集的温度变化过程数据、第二特征集至第三特征集的温度变化过程数据和第一特征集至第四特征集的温度变化过程数据，作为预设特征数据；

将步骤四中获取的检测特征数据与预设特征数据进行对比，其中：

当检测特征数据最为接近第四特征集，且符合第一特征集至第四特征集的温度变化过程，判定为带有保温层的供热管道发生泄露；

当检测特征数据最为接近第三特征集，且符合第二特征集至第三特征集的温度变化过程，判定为不带保温层的供热管道发生泄露。

当检测特征数据最为接近第二特征集，且符合第一特征集至第二特征集的温度变化过程，判定为保温层损坏，但供热管道未发生泄露。

通过土壤温度场变化检测供热管道是否泄露，预设多种特征数据，经过对比快速得到检测结果，检测效率高，检测结果准确，行之有效。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。