任 發(fā) 亮

(山西建筑工程(集團(tuán))總公司，山西 太原 030002)

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供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的思考

任 發(fā) 亮

(山西建筑工程(集團(tuán))總公司，山西 太原 030002)

論述了供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的重要性，介紹了供熱管網(wǎng)泄漏故障出現(xiàn)的不同原因，重點闡述了傳統(tǒng)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法以及人工智能診斷方法，以期為相關(guān)的理論研究和實踐工作提供借鑒。

供熱管網(wǎng)，故障診斷，人工智能技術(shù)，管道，閥門

1 供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷概述

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和進(jìn)步，人們對于生活水平以及生活質(zhì)量提出了越來越高的要求。原先傳統(tǒng)的小型供熱方式逐漸被節(jié)能、環(huán)保、便捷的城市集中供熱模式所取代。從目前的供熱實踐來看，在我國達(dá)到冬季采暖要求的大中型城市中，城市集中供熱系統(tǒng)已經(jīng)做到較為全面的覆蓋，甚至在一些縣鎮(zhèn)或者新型農(nóng)村中，較為完善的城市集中供熱系統(tǒng)也得到了建設(shè)。在這個背景下，供熱管網(wǎng)的表現(xiàn)形式也從傳統(tǒng)的小型鍋爐等熱源轉(zhuǎn)變?yōu)閰^(qū)域鍋爐房以及熱電廠等，供熱的形式也從枝狀管網(wǎng)供熱逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)狀管網(wǎng)供熱。無論是從供熱能力還是從供熱范圍來看，如今的管網(wǎng)供熱已經(jīng)得到長足的發(fā)展。

在供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的逐漸擴(kuò)大的背景下，系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，水力工況等情況的變化也使供熱管網(wǎng)的運行受到不小的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致供熱管網(wǎng)泄漏故障的產(chǎn)生。受到運行時間、外界環(huán)境、自然災(zāi)害以及管道材料等因素的影響，各種類型的供熱管網(wǎng)故障頻繁發(fā)生，包括管道內(nèi)外腐蝕、管道下沉、管道焊縫開裂以及波紋管道補(bǔ)償器發(fā)生腐蝕破損等。在這些故障中情節(jié)最為嚴(yán)重的就是供熱管網(wǎng)泄漏故障。供熱管網(wǎng)泄漏故障會引發(fā)眾多惡劣后果，包括熱量損耗以及水資源的流失等，不僅會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會對人民的生命財產(chǎn)安全造成不良影響。因為供熱管網(wǎng)泄漏故障所發(fā)生的時間以及地點難以追尋，若利用傳統(tǒng)的人工檢漏方式，會出現(xiàn)耗時長、耗力多等缺陷，而且檢漏過程的準(zhǔn)確性低，可靠性低。為了實現(xiàn)供熱質(zhì)量的提升，對供熱系統(tǒng)運行的可靠性以及安全性提供保障，必須努力尋求一種更為科學(xué)合理、安全高效的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷技術(shù)，實現(xiàn)故障診斷準(zhǔn)確性以及高速性的提升。

2 供熱管網(wǎng)泄漏故障出現(xiàn)的原因

為了實現(xiàn)供熱管網(wǎng)泄漏故障的高效準(zhǔn)確診斷，需要首先對供熱管網(wǎng)泄漏故障出現(xiàn)的不同原因進(jìn)行探究，由此對癥下藥。在城市供熱管道運行實踐中，供熱管網(wǎng)泄漏故障出現(xiàn)的原因包括管道故障以及元部件故障兩種。

2.1 管道故障

首先是管道腐蝕。電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕以及雜散電流腐蝕等是主要的管道腐蝕類型。隨著熱媒溫度的提升以及管徑的減小，腐蝕發(fā)生的概率就越大。管道腐蝕是供熱管網(wǎng)泄漏故障類型中較為常見的一種。其次是焊縫破裂。因為大部分的供熱管網(wǎng)的管道都在地下進(jìn)行敷設(shè)，所以在氣候溫度發(fā)生變化的情況下，會產(chǎn)生土層的不均勻脹縮和升降現(xiàn)象，最終破壞管道的焊口以及鑄鐵管機(jī)械的接口，導(dǎo)致因為氣溫驟變以及建筑物違章占管線或者重車碾壓等原因?qū)е碌墓艿榔屏熏F(xiàn)象。

2.2 元部件故障

首先是閥門故障。閥門發(fā)生損壞的原因包括閥門閥體腐蝕、閥門法蘭泄漏等，也包括開關(guān)失靈以及絲杠腐蝕等，其中，閥門閥體腐蝕以及法蘭泄漏是最為常見的原因。其次是補(bǔ)償器的損壞。在補(bǔ)償器中，波紋管補(bǔ)償器是補(bǔ)償器中最容易產(chǎn)生故障的一種類型，因為這種補(bǔ)償器主要以不銹鋼為原材料支撐，水中所含的氯離子會導(dǎo)致波紋管產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象，穿透補(bǔ)償器的多層構(gòu)造，最終出現(xiàn)多層裂開現(xiàn)象。

3 傳統(tǒng)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

在傳統(tǒng)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法中，以診斷儀器設(shè)備和應(yīng)用原理的不同為主要依據(jù)進(jìn)行劃分，可以簡單劃分為以硬件為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法以及以軟件為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法兩種。

3.1 以硬件為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

這種供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法的主要依據(jù)是聲學(xué)和光學(xué)、熱學(xué)基本原理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行檢漏方法的制定和實踐。主要的方法包括人工檢漏法以及紅外線法和放射性示蹤劑檢漏法等。在早期較為傳統(tǒng)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法中，硬件檢漏被充分重視，人工以及硬件設(shè)備是開展供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的主要方式，通過對管道管壁以及周圍的相關(guān)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行人工或者設(shè)備監(jiān)測的方式實現(xiàn)故障診斷效果。因為硬件診斷方法具有靈活輕便以及適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢，且造價成本較低，即使需要安裝設(shè)備，安裝過程也較為簡便，所以在早期受到了廣泛的青睞。但是，這種故障診斷方法也有抗干擾能力弱以及診斷結(jié)果不精確等劣勢。

3.2 以軟件為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

利用計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對供熱管網(wǎng)的相關(guān)運行參數(shù)進(jìn)行實時的采集，在其基礎(chǔ)上，利用某些特定的算法開展實時分析計算，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行泄漏具體管道的找出，并且通過開展更為復(fù)雜的計算，鎖定具體的故障發(fā)生點，分析故障發(fā)生原因。近些年來，計算機(jī)以及自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展為以軟件為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法的運用提供了強(qiáng)勁的技術(shù)支撐，以數(shù)學(xué)模型和信號處理為基礎(chǔ)的各種診斷方法應(yīng)運而生，為供熱管網(wǎng)泄漏故障的高效、準(zhǔn)確診斷做出貢獻(xiàn)。

4 人工智能供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

隨著計算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)的信息綜合處理能力得到了大幅度的提升，被供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷所采用，成為目前供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷實踐中的主要研究方向。

4.1 以專家系統(tǒng)為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

最早運用于供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的人工智能方法是專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)是由大量的專家經(jīng)驗所組成的樣本庫，能夠有效針對供熱管網(wǎng)泄漏故障類型和發(fā)生原因進(jìn)行人類專家故障診斷推理和判斷過程的模擬。供熱管網(wǎng)泄漏故障知識庫是專家系統(tǒng)中起核心作用的關(guān)鍵部分，由眾多行業(yè)內(nèi)部專家的長期經(jīng)驗累積而成，主觀性較強(qiáng)。專家系統(tǒng)在遇到供熱管網(wǎng)較為復(fù)雜、供熱運行狀態(tài)較為多變的情況時難以發(fā)揮作用，因為極盡完善的專家知識庫是不存在的。從目前的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷實踐來看，利用專家系統(tǒng)方法開展供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的情況已經(jīng)不多見。

4.2 以模糊理論為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

在這種故障診斷方法中，技術(shù)壓力的變化情況被作為供熱管網(wǎng)泄漏故障發(fā)生的前兆，但是缺乏精確的壓力變化衡量指標(biāo)，也就是存在相當(dāng)程度的模糊性。因為傳統(tǒng)的模糊推理系統(tǒng)只能夠以專家的知識經(jīng)驗為基礎(chǔ)，進(jìn)行模糊規(guī)則的選取，所以在遇到較為復(fù)雜、環(huán)境影響因素較為繁多的供熱管網(wǎng)時，較為滿意的診斷效果很難達(dá)成。在這種情況下，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)引入到這種故障檢測方法中，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力進(jìn)行充分的利用，能夠?qū)崿F(xiàn)模糊規(guī)則的不斷修正，有效避免傳統(tǒng)模糊理論下主觀因素較多的缺陷，有效提升供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷精度和速度。

4.3 以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法

雖然我國對于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究起步較晚，但是相關(guān)領(lǐng)域的研究發(fā)展迅速，已經(jīng)出現(xiàn)廣泛的多學(xué)科交叉研究現(xiàn)象，不斷擴(kuò)大應(yīng)用范圍。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的并行計算能力以及自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力都能夠為供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷提供有效服務(wù)。但是，在供熱管網(wǎng)較為復(fù)雜、供熱管網(wǎng)泄漏故障較多時，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷方法也有容易陷入局部極小值的劣勢，影響診斷精度。

對供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷的諸多問題開展深入研究，具有重要的現(xiàn)實意義和價值。

[1] 雷翠紅,鄒平華.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷中的應(yīng)用[J].東南大學(xué)學(xué)報(英文版),2010,26(2):173-176.

[2] 周守軍,郭 敏,孫浩森，等.熱水集中供熱管網(wǎng)泄漏故障診斷模型[J].山東大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版),2013,43(4):105-110.

[3] 段蘭蘭,田 琦,段鵬飛，等.基于遺傳優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的供熱管網(wǎng)故障診斷模型[J].中北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2014,35(3):303-308.

Consideration on heat-supply network leakage fault diagnosis

Ren Faliang

(ShanxiBuildingEngineering(Group)Corporation,Taiyuan030002,China)

The paper discusses the importance of heat-supply network leakage fault diagnosis, introduces different heat-supply network leakage fault causes, describes traditional heat-supply network leakage fault diagnosis methods and Artificial Intelligence Technology diagnosis method with a view to provide some guidance for relevant theory research and practice.

heat-supply network, fault diagnosis, AIT(Artificial Intelligence Technology)， pipeline, valve

1009-6825(2016)28-0123-02

2016-07-20

任發(fā)亮(1981- )，男，工程師

TU833

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