Течеискание. Коммунальное хозяйство

Результаты внедрения акустического течеискателя Т-2001 фирмы "ИНКОТЕС" на предприятии ОАО "Нижегородский Водоканал"

 
Метод определения утечек жидкостей из трубопроводов, созданный фирмой "ИНКОТЕС", отработан на объектах водоканала г. Н.Новгорода в 1987-1999 гг. в процессе аварийных устранений утечек на водопроводах. На базе этого метода в 1998 г. фирмой "ИНКОТЕС" разработан и изготовлен коррелометр виброакустический (Течеискатель) Т-2001. С 1999 г. течеискатель Т-2001 эффективно применяется на предприятии "ВОДОКАНАЛ" г. Н.Новгорода.
Определение мест утечек воды из трубопроводов является серьезной проблемой в работе коммунальных служб: большое количество утечек, большие эксплуатационные затраты на земляные, восстановительные и другие работы, перебои в подаче воды и тепла потребителям и т.д., - все это обуславливает острую потребность в точном и оперативном определении мест утечек, что позволило бы локализовать земляные работы и быстро восстанавливать водопроводные и тепловые сети.
Особенно остро потребность в точном определении мест утечек проявляется в зимне-весенний период, когда выход воды на поверхность земли может располагаться на расстоянии десятков и сотен метров от места утечки, аналогичная ситуация может возникать при пересечении водопроводных сетей с другими коммуникациями, при прохождении трубопровода под мощными асфальтовыми покрытиями и в ряде других случаев; при этом устранение утечек требует больших затрат.
Для решения этой задачи специалистами фирмы ИНКОТЕС был разработан метод определения мест утечек воды, адаптированный к реальным условиям крупного города с высоким уровнем фонового шума. Метод отработан на объектах Водоканала г. Н.Новгорода в 1987-1999 гг. при проведении ремонтных работ Нагорного и Заречного водопроводов.
В 1998 г. фирмой "Инкотес" разработан и изготовлен коррелометр виброакустческий (Течеискатель) Т-2001 и пакет программ АРМИД®, представляющие собой мобильную и компактную диагностическую лабораторию в кейсе и позволяющие Пользователю проводить оперативную диагностику трубопроводов непосредственно на объекте.

Программное обеспечение по определению утечек реализует также весь сервис базы данных "АРМИД®", что позволяет службам ремонта вести анализ устранения утечек и выявлять участки водопроводов, потенциально опасные с точки зрения аварийности, более планомерно распределять технические и людские ресурсы.

Суть метода
В реальных условиях Нижнего Новгорода при глубине залегания труб более 2-х метров и высоком уровне фонового шума (транспорт, внешние механизмы и т.п.), для обнаружения утечек воды и определения их места расположения применяется корреляционный метод.
Два вибродатчика устанавливаются с двух сторон (в двух колодцах) от предполагаемого места утечки и измеряется взаимно-корреляционная функция, взаимный спектр и когерентность. При этом определяется разница (задержка) по времени распространения сигнала от утечки до одного и до второго датчика. Точность метода определяется оригинальным алгоритмом обработки сигнала, разработанным специалистами фирмы ИНКОТЕС.
В методике, наряду с оригинальной процедурой получения и обработки измеряемых сигналов, скорость распространения волн определяется при каждом измерении экспериментально. Проведенные в течение нескольких лет работы по отработке данного метода показали, что он обеспечивает высокую точность определения мест утечек. Погрешность определения места утечки не более 2% от длины участка 200-300 метров.
Необходимо подчеркнуть, что разработанный фирмой "Инкотес" метод позволяет правильно обнаруживать места утечек и в тех случаях, когда предполагаемые места аварий визуально определены неверно и утечка находится не между исследуемыми колодцами, а на одном из соседних участков.

ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УТЕЧЕК ИЗ ВОДОПРОВОДОВ.
Н.Новгород, ул. Белинского, 16 (отвод на колонку)

Рис. 1. Схема расположения утечки на отводе по результатам земляных работ.


Максимум взаимно-корреляционной функции приходится в данном случае на задержку t max = 13,91 мс, время прохождения сигнала от датчика А до датчика В - Т = 26,85 мс (рис. 2 a, б). Рассчитанная скорость распространения сигнала составила 1154,5 м/с, расстояние от датчика А до утечки - 7,47 м. По результатам земляных работ место утечки располагалось на 7,5 м от колодца А. Абсолютная погрешность метода составила 0,03 (м). Относительная погрешность - 0,1%.



а)



б)
Рис. 2. Взаимно-корреляционные функции: а) при определении утечки; б) при определении скорости.


Н.Новгород, ул. Голованова

Рис.3. Схема расположения утечки на трубопроводе.



Максимум взаимно-корреляционной функции расположен в данном случае на времени задержки = -42,9 мс (см. рис. 4а). Знак (-) указывает, что утечка расположена ближе к колодцу В от середины расстояния АВ. Время прохождения тестового сигнала от колодца А до колодца В при определении скорости звука составило Т = 87,8 мс (рис. 4б.)


а)


б)
Рис. 4. Взаимно-корреляционные функции: а) при определении утечки; б) при определении скорости.



Таким образом, скорость распространения сигнала V=0L/T=101,2м/87,8х10 -3 с=1152,6 м/с, а расстояние от колодца В до утечки X=(L-tV)/2=(101,2-42,9х10 -3 х1152,6)/2=25,87 (м)
Расстояние от колодца В до утечки по результатам земляных работ составило 25,5 м
Абсолютная погрешность в данном случае = 25,87 - 25,5 = 0,37 (м)
Относительная погрешность = [(25,87 - 25,5) / 101,2 ] х 100% = 0,36% .

Н.Новгород Школа № 180

Рис.5. Схема расположения утечки на трубопроводе.



В данном случае из-за большого разброса получаемых значений задержек было сделано несколько измерений и определено среднее расстояние до места утечки. Максимум взаимно-корреляционной функции соответствовал времени задержки между датчиками А и В - 1 = 80,0 мс при скорости распространения сигнала V1 = 1165 м/с (см. рис ), а в другом - - 2 = 79,2 мс при V2 = 1572 м/с (см. рис. 6а, 6б)

Сложность выделения сигнала в данном случае была обусловлена наличием нескольких поворотов трубопровода на исследуемом участке, что приводит к увеличению разброса значений скоростей и ослаблению полезного сигнала. Также невозможно было определить точное расстояние от места входа трубы в здание школы от датчика В (принято ~2 м).
Кроме этого, во время первого выезда на утечку не удалось определить экспериментально скорость распространения сигналов по трубопроводу, поэтому использовалось среднее значение скорости (1200 м/с).
Во время второго выезда, когда уже были проведены земляные работы, удалось установить значения скоростей в разных частотных диапазонах и рассчитать место нахождения утечки.
Расстояние до утечки от датчика В определялось как среднее по двум измерениям:


По результатам земляных работ утечка была обнаружена на повороте, т.е. на 67 м от датчика В.
Абсолютная погрешность определения места утечки в данном случае составила
=67,6-67,0=0,6 (м)
Относительная погрешность: = [(67,6 - 67,0) / 244 ] х 100% = 0,25%.

а)

б)
Рис. 6. Взаимно-корреляционные функции: а) при определении утечки; б) при определении скорости.


Н.Новгород ул. Генерала Ивлиева (1992 г.)



Рис.7. Схема участка трубопровода с утечкой.


В данном случае не удалось экспериментально определить скорость распространения сигнала, поэтому расчеты велись с использованием среднего теоретического значения скорости .
Время задержки сигнала от утечки также определялось как среднее по трем измерениям (см. рис. 8).
Максимумы функций взаимной корреляции приходились на величины задержек 1 =16,11 мс, 2 =16,84 мс, 3 =16,60 мс.

Знак (+) перед означает, что утечка находится ближе к колодцу А от середины участка трубы. Расстояние от колодца А до утечки определялось по формуле .
По результатам земляных работ утечка располагалась на расстоянии = 11,76 м от колодца А.
Абсолютная погрешность составила = 11,76 - 10,94 = 0,82 (м)
Относительная погрешность = [(11,76 - 10,94)/41,7] х 100% = 1,96%.

а)



б)

в)
Рис. 8. Взаимно-корреляционные функции при определении утечки в частотных диапазонах:
а) 448 1248 Гц; б) 416 2016 Гц ; в) 544 1344 Гц.


г. Н. Новгород, Ул. Козицкого, 3

Рис. 9. Схема участка трубопровода с утечкой.
Определение места нахождения утечки в данном случае велось в режиме диагностического обслуживания. По результатам оперативно проведенных измерений и анализа были проведены работы на проезжей части ул. Козицкого и устранены утечки.
Проведенный анализ показал, что величина задержки времени при прохождении сигнала между датчиками А и В равна (см. рис. 10а)
Время прохождения сигнала от датчика А до датчика В, T = 38,33 мс (см. рис. 10б)
Скорость прохождения сигнала по трубопроводу .
Расстояние от колодца А до утечки
По результатам земляных работ были обнаружены две утечки на расстоянии 9,7 м и 10,7 м от колодца А.
Таким образом, если по первой (основной) утечке погрешность определения места практически нулевая, то по второй, которую выявить не удалось, условная (по отношению к 9,7 м по первой утечке) погрешность составила 2,15%.
Причиной того, что была выявлена только одна утечка является ее большая мощность по сравнению со второй (что доказывает единственный пик корреляционной функции) и ее близость (по расстоянию) ко второй, что создает трудности в разделении пиков корреляционной функции.

а)


б)
Рис. 10. Взаимно-корреляционные функции: а) при определении утечки; б) при определении скорости.