红外热像耦合土壤温湿度检测埋地热力管网异常的方法与流程

本发明涉及一种红外热像耦合土壤温湿度检测埋地热力管网异常的方法，具体为利用红外热像技术耦合土壤温湿度检测的方法来判定直埋热力管网泄漏或保温层破损的方法。本发明可准确定位热力管道泄漏点或保温层破损点所在位置，指导管道维修人员对此区域进行开挖、抢修工作，减少盲目开挖路面所带来的损失，提高抢修效率。
背景技术：
：由于直埋敷设具有投资小、施工进度快、占地少且易于和其它地下管道及设施相协调等优点，因此，在城市老城区、街道狭小、地下管线密集的地段，供热管网多采用直埋敷设，但直埋敷设会给热力管道泄漏点或保温层破损点的检测、维修造成很大困难；如果不能及时定位热力管道的泄漏点或保温层破损点，会带来极大的能源浪费和财产损失。直埋热力管道保温层破损后，破损部位会向周围强烈散热，使得周围土壤发生热湿迁移，最终使得上方地表形成温度异常区；直埋热力管道局部泄漏后，热水会不断地向周围土壤渗流，直至土壤达到饱和含水状态，随着泄漏量的增加，热水渗透区域会不断扩大，使得上方地表也会形成温度异常区。因此，可以通过分析直埋热力管道上方的地表温度异常情况来判断其是否存在泄漏或保温层破损。直埋热力管网检测通常采用人工巡检法，通过直接观察和利用“点温枪”检测热力管网的敷设地表表面状况来定位热力管道的泄漏点和保温层破损点，但是，此方法只适用于检测到地表温度异常度很大、保温层破损或泄漏异常严重的管道故障，难以实现对整个热力管网故障的实时检测。赵锴在《热力网故障诊断方法研究》中介绍了一种热力管网泄漏的隔离检测法，关闭部分管段的阀门将相应管段从整个热网中隔离出来，通过观察补水量以及水压的变化情况，确定隔离部分管段是否泄漏；但是这种方法只能确定隔离管段是否存在泄漏故障，却无法准确定位泄漏点。单立军在《供热管道泄漏检测方法探讨》介绍了一种热力管网泄漏声振检测法，即使用听音棒、听漏仪等设备来监听井内管道和管件泄漏时产生的声音信号，进而确定是否存在泄漏，然后人为判断泄漏点与检测点之间的距离；但是，这种方法对工作人员的经验程度要求高、检测信号易受到背景噪声干扰，且难以准确判断泄漏点位置所在。李慧增在《红外热成像技术应用于热力管网保温与泄漏的检测技术研究》提出了一种沿直埋管道走向、利用红外热像仪拍摄地表温度的检测方法，通过对比分析同时包含地表温度异常区和温度正常区的红外热像图，来判定直埋热力管道泄漏或者保温层破损，这种方法能够直观、快速地对直埋热力管网故障位置进行定位，但是，却难以区分和判别热力管网到底是发生了泄漏还是保温层破损。技术实现要素：本发明的目的是提供一种红外热像耦合土壤温湿度检测埋地热力管网异常的方法，可以了克服现有技术的不足，本发明可以准确定位热力管道泄漏点或保温层破损点所在位置，并能够准确判断直埋热力管道的故障类型，从而指导管道维修人员对此区域进行合理的开挖、抢修工作，减少盲目开挖路面带来的损失，提高抢修效率。本发明提供的红外热像耦合土壤温湿度检测埋地热力管网异常的方法包括如下步骤：1）沿着埋地管网走向，利用手持红外热像仪检测直埋热力管道地表温度，对地表温度异常区进行定位；2）对已定位的地表温度温常区，以一定的时间间隔（时间间隔5-24小时为宜）拍摄至少四幅红外热像图，通过分析比较四幅地表红外热像图中的温度异常区域面积和温度值的变化情况，判断热力管网是否存在故障。在相近的气候条件下，若地表温度异常区域面积维持不变或持续增大，最高温度值维持不变或持续提高，则判定该处地下管网存在保温层破损或泄漏故障；否则，则将该处作为重点监测对象，定期进行检测。3）对于已判定存在保温层破损或泄漏故障的区域，在温度异常区域和相邻的温度正常区域各选定一处合适的位置，利用取土钻垂直钻孔取土。当孔深为100mm时，停止并抽出取土钻，将土壤温湿度传感器插入孔底的土壤内，待土壤温湿度传感器示值稳定后，记录土壤温度和体积含水率，抽出温湿度传感器；然后，重复上述取土和温湿度检测步骤，分别在200mm、300mm、400mm、500mm、600mm乃至更深的位置检测土壤温度和体积含水率，孔深最大值与埋地管道上表面之间的垂直距离以200mm为宜。4）在埋地管网上部地表温度正常区域，随着温湿度检测点深度的增加，土壤温度和体积含水率均呈现逐渐增大的趋势。若地表温度异常区域下的土壤温度在垂直方向表现出更大的温度梯度，且地表温度正常/异常区域下部土壤的体积含水率随深度变化的趋势一致、但异常区域土壤含水率略高于正常区域时，可判定该地表温度异常现象是埋地管网保温层破损所致。若上述两个区域地下土壤温度和体积含水率随深度的变化规律呈现显著差异，则可判定该地表温度异常现象是埋地管网泄漏所致。适用于本发明红外热像仪测试温度-40℃~120℃，土壤温湿度传感器温度测量范围-40℃~120℃、体积含水率测量范围0%~100%（或m3/m3）。本发明提供了红外热像耦合土壤温湿度检测埋地热力管网异常的方法。通过红外热像仪能够直观、快速和准确地定位直埋热力管道上方地表的温度异常区；对于已经确定发生泄漏的管段，热像仪所测定的温度异常区就可以判定为热力管道泄漏点的位置，从而指导管道维修人员对此区域进行开挖抢修工作，减少盲目开挖路面带来的损失，提高抢修效率；通过土壤温湿度仪测量该处土壤的温度和体积含水率随土壤深度的变化状况，从而判定管道异常状况，热力管道泄漏需尽快进行开挖抢修工作，而热力管道保温层破损可以在非供暖期内开展维修工作。总之，本发明可准确定位埋地热力管网的故障所在位置和故障类型，有助于降低热力管网异常状况的检测成本、提高故障诊断率、降低供热管网的能原浪费。附图说明图1为实施例1热力管网高庙段地表温度异常区在不同时刻的红外热像图。图2为实施例1热力管网高庙段地表温度异常区红外图像固定线段l1温度分布。图3为实施例1热力管网高庙段地表温度异常区红外图像固定线段l2温度分布。图4为实施例1热力管网高庙段地表温度异常区和温度正常区土壤温度随深度的变化。图5为实施例1热力管网高庙段地表温度异常区和温度正常区土壤体积含水率随深度的变化。图6为实施例1热力管网高庙段地表温度异常区所在位置的开挖结果（保温层破损）。图7为实施例2热力管网一幼段地表温度异常区在不同时刻的红外热像图。图8为实施例2热力管网一幼段地表温度异常区红外图像固定线段l1温度分布。图9为实施例2热力管网一幼段地表温度异常区红外图像固定线段l2温度分布。图10实施例2热力管网一幼段地表温度异常区和温度正常区土壤温度随深度的变化。图11实施例2热力管网一幼段地表温度异常区和温度正常区土壤体积含水率随深度的变化。图12实施例2热力管网一幼段地表温度异常区所在位置的开挖结果（管道泄漏）。具体实施方式本发明设计的一种红外热像耦合土壤温湿度检测埋地热力管网异常的方法，主要硬件包括红外热像仪、计算机和土壤温湿度传感器，上述设备均为市售产品。适用于本发明红外热像仪温度测量范围-40℃~120℃，土壤温湿度传感器温度测量范围-40℃~120℃、体积含水率测量范围0%~100%（或m3/m3）。具体实施方式如下：1、在冬季供暖期间，选择晴朗且风速较低的夜晚或不存在阳光直射且风速较小的白天，沿埋地管网走向，手持红外热像仪进行搜索式检测，查找、定位地表温度异常区域。2、对已定位的地表温度温常区，以一定的时间间隔（时间间隔5-24小时为宜）拍摄至少四幅红外热像图，利用红外热像仪自带软件分析比较地表红外热像图中的温度异常区域面积和温度值的变化情况，判断热力管网是否存在故障。在相近的气候条件下，若地表温度异常区域面积维持不变或持续增大，最高温度值维持不变或持续提高，则判定该处地下管网存在保温层破损或泄漏故障；否则，则将该处作为重点监测对象，定期进行检测。3、对于已判定存在保温层破损或泄漏故障的区域，在温度异常区域和相邻的温度正常区域各选定一处合适的位置，利用取土钻垂直钻孔取土。当孔深为100mm时，停止并抽出取土钻，将土壤温湿度传感器插入孔底的土壤内，待土壤温湿度传感器示值稳定后，记录土壤温度和体积含水率，抽出温湿度传感器；然后，重复上述取土和温湿度检测步骤，分别在200mm、300mm、400mm、500mm、600mm乃至更深的位置检测土壤温度和体积含水率，孔深最大值与埋地管道上表面之间的垂直距离以200mm为宜。4、在埋地管网上部地表温度正常区域，随着温湿度检测点深度的增加，土壤温度和体积含水率均呈现逐渐增大的趋势。若地表温度异常区域下的土壤温度在垂直方向表现出更大的温度梯度，且地表温度正常/异常区域下部土壤的体积含水率随深度变化的趋势一致、但异常区域土壤含水率略高于正常区域时，可判定该地表温度异常现象是埋地管网保温层破损所致。若上述两个区域地下土壤温度和体积含水率随深度的变化规律呈现显著差异，则可判定该地表温度异常现象是埋地管网泄漏所致。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件以及手册中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件；所用的通用设备、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。应用实施例实施例中，所使用的红外热像仪的型号为flirthermacamtms65（flirsystems公司）；所述计算机上安装的红外热像处理软件是flirthermacamresearcherpro2.7（flirsystems公司）。所述土壤温、湿度传感器型号为osa-9、osa-1，显示仪型号为osc-1（河北欧速电子科技有限公司）。实施例1：管道保温层破损检测方法与检测结果2017年1月1日，针对承德市供热一次网高庙旱河管段进行红外热像耦合土壤温湿度检测，该处管道直径1000mm、埋深1.5m、供水温度110℃，土壤为有机土。红外热像镜头距离地表3m，其它参数设置见表1。表1红外热像仪测量参数设置检测时间大气温度环境温度空气相对湿度发射率温度范围1月1日10:49-3℃-2℃47%0.95-40℃~120℃1月2日09:52-7℃-6℃57%0.95-40℃~120℃1月2日16:490℃1℃50%0.95-40℃~120℃1月3日07:46-8℃-7℃59%0.95-40℃~120℃承德市热力管网高庙段管道上方地表温度存在异常，明显高于相邻区域的地表温度；在4个时刻的红外热像图如图1所示，地表温度异常区域均呈圆形，面积约为1.5m2，随着时间的推移，温度异常区域面积未发生明显变化。在固定线l1、l2（l1、l2为热像图中贯穿中心高温区的纵向线和横向线）上，地表温度呈正态分布形式；随着时间的推移，l1、l2上的地表温度分布情况未发生明显的变化，如图2、图3所示。根据以上现象，初步推断该处埋地管网存在保温层破损或泄漏异常，因此，需要对该处地下土壤进行温湿度检测，以进一步判定故障类型。在温度异常区域和相邻的温度正常区域各选定一处合适的位置，利用取土钻垂直钻孔取土，并利用土壤温湿度传感器测量不同深度土壤的温度和体积含水率，土壤温度和体积含水率随深度（0~600mm）的变化规律如图4、图5所示。在地表温度正常区域，随着深度的增加，土壤温度曲线呈现缓慢增大的趋势，在600mm深处达到21.9℃；在地表温度异常区域，土壤温度曲线随深度的变化异常显著，存在更大的温度梯度，在600mm深处已达到71.3℃,这说明热力管网对周围土壤存在强烈的加热作用。但是，上述两个区域土壤体积含水率随深度的变化趋势基本一致，且温度异常区域的土壤含水率略高，这说明该处不存在热力管网泄漏而导致的土壤含水率大幅提高现象,土壤体积含水率的微量增大是土壤温度提高所致。综合分析上述检测结果，判定该地表温度异常现象是埋地管网保温层破损所致；2017年3月20日，维修人员组织了挖掘施工，开挖结果如图6所示，该处埋地管道确实发生了大面积的保温层破损。证明本发明的有效性和正确性。实施例2：埋地热力管网泄漏检测方法与检测结果2016年12月29日，针对承德市供热管网支网第一幼儿园管段进行了红外热像耦合土壤温湿度检测，该处管道管径为100mm、埋深1.2m，供水管温度为110℃；其地表为100mm厚的荷兰砖，荷兰砖以下依次是厚度为100mm的水泥砂浆层和200mm水泥混凝土层，再下面是沙质土。红外热像镜头距离地表3m，其它参数设置见表2。。表2红外热像仪测量参数设置检测时间大气温度环境温度空气相对湿度发射率温度范围12月29日16:19-3℃-1℃41%0.93-40℃~120℃12月30日09:22-11℃-10℃44%0.93-40℃~120℃12月30日16:54-3℃-2℃51%0.93-40℃~120℃12月31日08:34-7℃-6℃43%0.93-40℃~120℃承德市热力管网一幼段管道上方地表温度存在异常，明显高于相邻区域的地表温度；在4个时刻的红外热像图如图7所示，地表温度异常区域呈椭圆状、中心高温区域呈现条带状，随着时间的推移，地表温度异常区域面积和中心高温区面积均呈现逐渐增大的趋势。在固定线l1、l2上，同一时刻的地表温度分布较为均匀，但随着时间的推移，地表温度整体呈现出逐渐上升的趋势，如图8、图9所示。△t=40h时段整体温度有所下降的原因与夜间长时间持续低温有关。根据以上现象，初步推断该处埋地管网存在保温层破损或泄漏，因此，需要对该处地下土壤进行温湿度检测，以进一步判定故障类型。在温度异常区域和相邻的温度正常区域各选定一处合适的位置，利用取土钻垂直钻孔取土，并利用土壤温湿度传感器测量不同深度土壤的温度和体积含水率；由于一幼管段地表存在总厚度为400mm的荷兰砖、砂浆层和混凝土层，因此，土壤温度和体积含水率所有测点实际位于混凝土层之下。土壤温度和体积含水率随深度（400-1000mm）的变化规律如图10、图11所示，在地表温度正常区域，土壤温度随深度增加呈现逐渐增大的趋势，但其增幅较小，在1000mm深处土壤温度仅有5.5℃；在地表温度异常区域，靠近混凝土层的浅层土壤温度约为65℃，但其它深度的土壤温度却都在90℃以上,这说明管网周围的土壤已被加热。在地表温度正常区域，土壤体积含水率随深度呈小幅增加趋势；但在地表温度异常区域，土壤含水率随深度呈现显著增加的趋势，深度土壤的体积含水率已接近饱和含水状态,这说明热力管网泄漏的热水已经在土壤中完全渗透。综合以上检测结果，判定该处地表温度异常现象是埋地热力管网泄漏所致。2016年12月31日，维修人员组织了挖掘施工，开挖结果如图12所示，该处管道存在一个直经3mm左右的泄漏孔。证明了本发明的有效性和正确性。在2016-2017采暖季内，申请人基于本发明提出的红外热像耦合土壤温湿度检测埋地热力管网异常的方法，对承德热力集团有限责任公司辖区内70公里长的埋地热力管网进行了搜索式诊断，共发现故障50余处。后期开挖结果证明，红外热像耦合土壤温湿度检测埋地热力管网保温层破损和泄漏的方法，具有100%的准确度，为该公司节约了大量的运行、检测和维护费用。当前第1页12