CN106940234B - 一种基于红外热像技术的热力管道异常状况判定方法 - Google Patents

一种基于红外热像技术的热力管道异常状况判定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于红外热像技术的热力管道异常状况判定方法，该方法在天气条件适宜的情况下对热力管道地表进行拍摄，分别获得温度异常区域和温度正常区域的红外热像图。通过红外热像处理软件分别获得热力管道温度异常区域地表平均温度T 2 及其周围无管道区域地表平均温度T 0,2、热力管道温度正常区域地表平均温度T 1 及其周围无管道区域地表平均温度T 0,1；再通过计算得到热力管道异常状况的判定系数β，判定热力管道的异常状况。该方法能够直观、快速和准确地定位热力管道的泄漏点和保温层的破损点。

Description

一种基于红外热像技术的热力管道异常状况判定方法
技术领域
本发明涉及热力管道状态检测领域，具体是一种基于红外热像技术的热力管道异常状况判定方法。
背景技术
热媒在热力管道内输运时，由于不平衡损失和保温不力导致热力管道输运效率降低，甚至出现热力管道泄漏和保温层破损的生产事故，这造成了极大的能源浪费和财产损失。此外，热力管道多采用直埋敷设，这给寻找热力管道泄漏点及保温层破损点造成了很大困难。当直埋热力管道的保温层破损时，破损部位会形成一个高温热源对其周围土壤进行加热，随着加热过程的不断进行周围地表温度也会逐渐升高，热力管道保温层破损处的局部地表就会形成明显的温度异常区域。当直埋热力管道发生泄漏时，热水会填充土壤内部的孔隙直至土壤达到水分饱和状态，随着泄漏量的不断增加，水分渗透区域会不断增加，热影响区域也会逐渐变大，泄漏点周围地表温度也会不断升高，泄漏点的局部地表也会形成明显的温度异常区。
直埋热力管道故障常采用人工巡检的方式进行，直接观察埋地热力管道地表面状况来进行检测，此方法只能检测较大的保温与泄漏故障，难以对大面积的热力管道进行检测分析。赵锴在《热力网故障诊断方法研究》中指出采用隔离的方法，通过关闭部分管段的阀门，将相应部分的管段从热网中隔离出来，通过观察补水量以及水压的变化，确定隔离部分管段是否泄漏。这种方法更适用于较大的泄漏故障，而且无法快速准确地定位泄漏点。单立军在《供热管道泄漏检测方法探讨》中指出采用声振泄漏检测法：使用听音棒或听漏仪监听检查井内管道或者管件是否有泄漏的声音信号，确定检查井附近是否存在泄漏；另一种声振检测法是声波信号检测法，当供热管道发生泄漏时，泄漏点会产生声波信号，并沿着管壁传播，可利用相关仪等设备采集这些声波信号并分析处理，由此可对管道的泄漏状况有所判断。声振泄漏检测法只能检测热力管道的泄漏点，无法检测热力管道的保温层破损故障，而且对工作人员的经验程度要求高，适用于埋深较浅的管线，并且易受到其他声音的干扰。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于红外热像技术的热力管道异常状况判定方法。该方法利用红外热像仪对温度异常区域进行定位和拍摄，再处理分析温度异常区域和温度异常区域的红外热像图，总结出区分热力管道泄漏或者保温层破损的判定依据。该方法能够直观、快速和准确地定位热力管道的泄漏点和保温层的破损点。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种基于红外热像技术的热力管道异常状况判定方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)确定检测环境：在供暖期，选择晴朗夜晚或者缺少阳光直射的白天进行检测，且检测环境应当无风或者风力较小；
(2)检测时，设置红外热像仪的环境温度、空气相对湿度、不同材质的地表的发射率和测试温度范围；利用红外热像仪对待测区域进行扫描检测，并拍摄温度异常区域和温度正常区域的红外热像图；拍摄的时间间隔小于10分钟，拍摄的距离相同；
(3)利用PC机上安装的红外热像处理软件分析温度异常区域和温度正常区域的红外热像图；选取温度异常区域红外热像图的温度变化标准偏差值小于3的区域为热力管道温度异常区域，选取温度正常区域红外热像图的温度变化标准偏差值小于2的区域为热力管道温度正常区域；
(4)通过PC机上安装的红外热像处理软件分别获得热力管道温度异常区域地表平均温度T2及其周围无管道区域地表平均温度T0,2、热力管道温度正常区域地表平均温度T1及其周围无管道区域地表平均温度T0,1；
ΔT2＝T2-T0,2 (1)
ΔT1＝T1-T0,1 (2)
ΔT0＝T2-T1 (3)
式中：ΔT2—热力管道温度异常区域地表平均温度与其周围无管道区域地表平均温度之差，℃；ΔT1—热力管道温度正常区域地表平均温度与其周围无管道区域地表平均温度之差，℃；ΔT0—热力管道温度异常区域地表平均温度与热力管道温度正常区域地表平均温度之差，℃；
ΔTβ＝ΔT2-ΔT1 (4)
式中：ΔTβ—相对温差；
再根据ΔTβ与ΔT1的相对大小来进行判定，提出热力管道异常状况的判定系数β，其表达式见式5；根据式4和式5可得到式6；
根据判定系数β，对热力管道的异常状况进行判定：
当β≥3.9时，判定温度异常区域的热力管道泄漏；
当3.0<β<3.9时，对于供热一次网，如果温度异常区域周围的热力检查井有冒气现象，则判定该温度异常区域的热力管道泄漏；对于供热二次网，采用隔离的方法，通过关闭热力管道部分管段的阀门，将相应的管段隔离出来，如果该管段的补水量以及水压发生变化，则判定该温度异常区域的热力管道泄漏；对于其他管段，则判定为热力管道保温层破损；
当β≤3.0时，判定温度异常区域的热力管道保温层破损。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)可通过ThermaCAMTM S65红外热像仪直接拍摄热力管道地表的红外热像图，能够直观、快速和准确地定位热力管道的泄漏点和保温层的破损点，操作简单，实际应用价值大。
(2)对于已经确定发生泄漏的管段，通过本方法可以判定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，这可以减少盲目开挖路面带来的损失，提高效率。
(3)针对不能直接判断是否发生泄漏的管段，用红外热像处理软件对同一时段拍摄得到的温度异常区域和温度正常区域的红外热像图分别进行处理，求得热力管道异常状况的判定系数，再判断管道异常状况。热力管道泄漏的状况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。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明设计的一种基于红外热像技术的热力管道异常状况判定方法，主要硬件包括红外热像仪和PC机；所述红外热像仪拍摄热力管道地表获得红外热像图，PC机上安装的红外热像处理软件对红外热像仪所拍摄的热像图进行数据分析得到所需结果。所述红外热像仪的型号为FLIR ThermaCAMTM S65；所述PC机上安装的红外热像处理软件是ThermaCAMResearcher Pro 2.7。
本发明提供了一种基于红外热像技术的热力管道异常状况判定方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)确定检测环境：在供暖期，选择晴朗夜晚或者缺少阳光直射的白天进行检测，且检测环境应当无风或者风力较小，以减少外界红外辐射能量的干扰并增加待测热力管道地表区域与周围无管道地表区域红外热像图的区别度；
(2)检测时，根据外界环境、地表状况及供热情况等设置红外热像仪的环境温度、空气相对湿度、不同材质的地表的发射率和测试温度范围等参数；利用红外热像仪对待测区域进行扫描检测，并拍摄温度异常区域和温度正常区域的红外热像图；拍摄的时间间隔小于10分钟，拍摄的距离相同；
所述红外热像仪的测试温度范围根据所测热力管道的类型进行选择：供热一次网取-40℃～120℃，供热二次网取-10℃～50℃；
(3)利用PC机上安装的红外热像处理软件分析温度异常区域和温度正常区域的红外热像图；选取温度异常区域红外热像图的温度变化标准偏差值小于3的区域为热力管道温度异常区域，选取温度正常区域红外热像图的温度变化标准偏差值小于2的区域为热力管道温度正常区域；
(4)通过PC机上安装的红外热像处理软件分别获得热力管道温度异常区域地表平均温度T2及其周围无管道区域地表平均温度T0,2、热力管道温度正常区域地表平均温度T1及其周围无管道区域地表平均温度T0,1；
ΔT2＝T2-T0,2 (1)
ΔT1＝T1-T0,1 (2)
ΔT0＝T2-T1 (3)
式中：ΔT2—热力管道温度异常区域地表平均温度与其周围无管道区域地表平均温度之差，℃；ΔT1—热力管道温度正常区域地表平均温度与其周围无管道区域地表平均温度之差，℃；ΔT0—热力管道温度异常区域地表平均温度与热力管道温度正常区域地表平均温度之差，℃；
同一时间段内利用红外热像仪对某一管段进行检测时，外界环境因素、地表材质、土壤特性及土壤自身温度场等因素可简化考虑为相同，得到式4；
ΔTβ＝ΔT2-ΔT1 (4)
式中：ΔTβ—相对温差；
再根据ΔTβ与ΔT1的相对大小来进行判定，提出热力管道异常状况的判定系数β，其表达式见式5；根据式4和式5可得到式6；
根据判定系数β，对热力管道的异常状况进行判定：
当β≥3.9时，判定温度异常区域的热力管道泄漏；
当3.0<β<3.9时，对于供热一次网，如果温度异常区域周围的热力检查井有“冒气”现象，则判定该温度异常区域的热力管道泄漏；对于供热二次网，采用隔离的方法，通过关闭热力管道部分管段的阀门，将相应的管段隔离出来，如果该管段的补水量以及水压发生变化，则判定该温度异常区域的热力管道泄漏；对于其他管段，则判定为热力管道保温层破损。
当β≤3.0时，判定温度异常区域的热力管道保温层破损。

Claims (4)

1.一种基于红外热像技术的热力管道异常状况判定方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)确定检测环境：在供暖期，选择晴朗夜晚或者缺少阳光直射的白天进行检测，且检测环境应当无风或者风力较小；
(2)检测时，设置红外热像仪的环境温度、空气相对湿度、不同材质的地表的发射率和测试温度范围；利用红外热像仪对待测区域进行扫描检测，并拍摄温度异常区域和温度正常区域的红外热像图；拍摄的时间间隔小于10分钟，拍摄的距离相同；
(3)利用PC机上安装的红外热像处理软件分析温度异常区域和温度正常区域的红外热像图；选取温度异常区域红外热像图的温度变化标准偏差值小于3的区域为热力管道温度异常区域，选取温度正常区域红外热像图的温度变化标准偏差值小于2的区域为热力管道温度正常区域；
(4)通过PC机上安装的红外热像处理软件分别获得热力管道温度异常区域地表平均温度T2及其周围无管道区域地表平均温度T0,2、热力管道温度正常区域地表平均温度T1及其周围无管道区域地表平均温度T0,1；
ΔT2＝T2-T0,2 (1)
ΔT1＝T1-T0,1 (2)
ΔT0＝T2-T1 (3)
式中：ΔT2—热力管道温度异常区域地表平均温度与其周围无管道区域地表平均温度之差，℃；ΔT1—热力管道温度正常区域地表平均温度与其周围无管道区域地表平均温度之差，℃；ΔT0—热力管道温度异常区域地表平均温度与热力管道温度正常区域地表平均温度之差，℃；
ΔTβ＝ΔT2-ΔT1 (4)
式中：ΔTβ—相对温差；
再根据ΔTβ与ΔT1的相对大小来进行判定，提出热力管道异常状况的判定系数β，其表达式见式(5)；根据式(4)和式(5)可得到式(6)；
根据判定系数β，对热力管道的异常状况进行判定：
当β≥3.9时，判定热力管道温度异常区域的热力管道泄漏；
当3.0<β<3.9时，对于供热一次网，如果热力管道温度异常区域周围的热力检查井有冒气现象，则判定该热力管道温度异常区域的热力管道泄漏；对于供热二次网，采用隔离的方法，通过关闭热力管道部分管段的阀门，将相应的管段隔离出来，如果该管段的补水量以及水压发生变化，则判定该热力管道温度异常区域的热力管道泄漏；对于其他管段，则判定为热力管道保温层破损；
当β≤3.0时，判定热力管道温度异常区域的热力管道保温层破损。
2.根据权利要求1所述的基于红外热像技术的热力管道异常状况判定方法，其特征在于红外热像仪的测试温度范围根据所测热力管道的类型进行选择：供热一次网取-40℃～120℃，供热二次网取-10℃～50℃。
3.根据权利要求1所述的基于红外热像技术的热力管道异常状况判定方法，其特征在于所述红外热像仪的型号为FLIR ThermaCAMTM S65。
4.根据权利要求1所述的基于红外热像技术的热力管道异常状况判定方法，其特征在于PC机上安装的红外热像处理软件是ThermaCAM Researcher Pro 2.7。
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