CN111059457B - 蒸汽供热管网基础设施工作状态判断系统、判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种蒸汽供热管网基础设施工作状态判断方法，获取任一疏水管路其出水口处的当前的第一温度数据T；判断所述第一温度数据是否超过疏水温度阈值T₀；若超过所述疏水温度阈值T₀，则为疏水管路的阀门故障；若没有超过疏水温度阈值T₀，则获取疏水管路的出水口处设定时间段t内的实际疏水频率a；判断所述实际疏水频率a是否在正常疏水频次的区间[a₁,a₂]内；判断所述第二温度数据T₁是否超过设定温度阈值T₀’；判断所述蒸汽供热管道中与疏水管路对应的一段是否存在积水风险或者水击风险。本发明还公开一种蒸汽供热管网基础设施工作状态判断系统。本发明具有实现实时监测蒸汽供热管网附属设工作状态的异常情况，及时发现供热管网的安全隐患的优点。

Description

蒸汽供热管网基础设施工作状态判断系统、判断方法

技术领域

本发明涉及蒸汽供热管网数据分析技术领域，特别涉及蒸汽供热管网基础设施工作状态判断系统、判断方法。

背景技术

目前，国内外针对蒸汽管网附属设施(疏水管路的阀门、保温层)的监测技术较少。蒸汽管网附属设施损坏会造成大量蒸汽冷凝甚至外泄，使得管网热损增加，进而给供热集团带来了巨大的经济损失。供热集团一般通过人工巡检方式，发现疏水管路的阀门损坏。但人工巡检具有一定的周期性，不仅耗费了大量的人力物力，而且无法及时发现疏水管路的阀门故障。此外由于地下环境复杂，供热管网长期处在地下潮湿环境，极易引起管网保温材料损坏，进而使得管网热损上升，仅依赖人工巡检的方法并不能及时发现此类漏热现象，只有采用一些外部检测手段进行探查。

如专利申请201520576819.2公开的一种蒸汽管网疏水器工况在线监测系统，对蒸汽管网疏水器的出水温度、压力就地监测,实现远程监控与报警，确保在蒸汽疏水器初期发生泄露时便能够及时发现处理，避免因疏水器严重泄露而造成管道水击现象，保障安全生产生活用汽。常用的漏热检测方法如红外热成像法检测供热管道漏热现象。这类方法无法及时发现管网保温损坏的问题，进而引起巨大的热量损失。疏水管路中的疏水阀工作状态异常，可能会导致冷凝水不能及时排出，引起大量冷凝水聚集。管道保温层失效会导致蒸汽管道大量蒸汽冷凝，产生大量冷凝水。聚集的冷凝水如不及时排出将会给供热管道带来巨大的安全隐患。如果供热管道压力骤然变化，将会使管道出现水击现象，破坏供热管网的结构，为供热管网的安全运行带来巨大的风险。

发明内容

本发明旨在解决现有技术不能实现实时监测蒸汽供热管网附属设施(疏水管路的阀门、保温层)工作状态的异常情况以及预警蒸汽供热管网出现的积水风险或水击风险，进而不能发现供热管网的安全隐患的技术问题。

本发明通过以下技术手段去解决上述技术问题：一种蒸汽供热管网基础设施工作状态判断系统，包括蒸汽供热管道、疏水管路、第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、中央处理器，若干所述疏水管路间隔并联在所述蒸汽供热管道上；所述蒸汽供热管道由内至外依次包括内管层、保温层、外管层；所述疏水管路上设置有疏水阀、旁通阀；所述压力传感器位于所述疏水管路的进水口处，所述第一温度传感器位于所述疏水管路的出水口处，所述第二温度传感器分布在所述蒸汽供热管道其附近土壤中；

所述第一温度传感器用以监测所述疏水管路的出水口处的第一温度数据T；

所述第二温度传感器用以监测所述附近土壤的第二温度数据T₁；

所述压力传感器用以监测所述疏水管路的进水口处的压力数据；

所述第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器分别将监测到的第一温度数据T、第二温度数据T₁、压力数据输入至所述中央处理器；

按照以下方式进行数据处理：

步骤一、获取任一疏水管路其出水口处的当前的第一温度数据T；

步骤二、判断所述第一温度数据是否超过疏水温度阈值T₀；若超过所述疏水温度阈值T₀，则为疏水管路的阀门故障；若没有超过疏水温度阈值T₀，则获取疏水管路的出水口处设定时间段t内的实际疏水频率a；

步骤三、判断所述实际疏水频率a是否在正常疏水频次的区间[a₁,a₂]内；若不在所述正常疏水频次的区间[a₁,a₂]内，则为所述疏水管路中的疏水阀工作状态异常或者反常；若在所述正常疏水频次的区间[a₁,a₂]内，则获取在所述蒸汽供热管道中与疏水管路对应的一段其附近土壤的第二温度数据T₁；

步骤四、判断所述第二温度数据T₁是否超过设定温度阈值T₀’；若超过所述设定温度阈值T₀’，则为蒸汽供热管道保温异常；若没有超过所述设定温度阈值T₀’，则获取所述疏水管路的进水口处的第一压力数据P以及所述疏水管路的上游且与所述疏水管路相邻的疏水管路的进水口处的第二压力数据P₀；比较第一压力数据P、第二压力数据P₀；若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则为所述蒸汽供热管道中与疏水管路对应的一段工作异常。

优选地，所述旁通阀与所述疏水阀并联。

优选地，所述步骤二中，若超过所述疏水温度阈值T₀，则判断设定时间段t内，第一温度数据T是否回落至疏水温度阈值T₀范围内；若没有回落至疏水温度阈值T₀范围内，则判断疏水管路的阀门故障；若回落至疏水温度阈值T₀范围内，每回落一次则计入一次疏水频率，设定时间段t内，疏水频率的次数为实际疏水频率a。

优选地，

(1)当实际疏水频率a大于正常疏水频次的上限值a₂时，且在第二温度数据T₁没有超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态反常以及蒸汽供热管道存在异常工况需进行管线排查；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常；

(2)当实际疏水频率a大于正常疏水频次的上限值a₂时，且在第二温度数据T₁超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常、蒸汽供热管道保温异常、蒸汽供热管道存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常、蒸汽供热管道保温异常、蒸汽供热管道存在积水风险；

(3)当实际疏水频率a小于正常疏水频次的下限值a₁时，且在第二温度数据T₁没有超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常且蒸汽供热管道存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常且蒸汽供热管道存在积水风险；

(4)当实际疏水频率a小于正常疏水频次的下限值a₁时，且在第二温度数据T₁超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常且蒸汽供热管道保温异常且蒸汽供热管道存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常且蒸汽供热管道保温异常且蒸汽供热管道存在积水风险；

(5)当实际疏水频率a在所述正常疏水频次的区间[a₁,a₂]内，且在第二温度数据T₁没有超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道存在异常工况需进行管线排查；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道正常工作；

(6)当实际疏水频率a在所述正常疏水频次的区间[a₁,a₂]内，且在第二温度数据T₁超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道保温异常、蒸汽供热管道存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道保温异常、蒸汽供热管道存在积水风险。

优选地，所述正常疏水频次通过正常疏水频次模型得到，所述正常疏水频次模型为：

其中，h_g表示过热水蒸气的焓值；h_s表示饱和水的焓值；m表示正常情况下，一次疏水的质量；N表示正常情况下，单位时间段t内的疏水次数；Q表示蒸汽供热管道单位时间段t内的总热损；

Q＝q×L

其中，L表示蒸汽供热管道的管道长度，q表示蒸汽供热管道的单位时间的热损流量，

其中，t_s表示蒸汽温度，t_A表示周围环境空气的温度，R_m表示蒸汽供热管道其保温层的热阻，R₁₂表示蒸汽供热管道其管材的热阻，R_A表示蒸汽供热管道中与所述疏水管路对应的一段其周围环境散热的热阻；

其中，λ_m表示蒸汽的导热系数，d_s表示内管层的内径，δ₁表示内管层的壁厚，δ_m表示保温层厚度；

其中，δ₂表示外管层的壁厚，λ₁表示内管层的导热系数、λ₂表示外管层的导热系数；

其中，λ_so表示所述附近土壤的导热系数，H表示所述附近土壤折算深度，d_z表示外层管的外径；

其中，h表示蒸汽供热管道中与疏水管路对应的一段的顶点距地面的距离，α_A表示所述附近土壤表面对大气的放热系数；

d_z＝d_s+2(δ₁+δ_m+δ₂)。

优选地，当保温层正常时，从内层管传递到埋设于土壤中温度计处的热量q₁：

其中，t_so表示所述附近土壤的温度值，R_so表示所述附近土壤的热阻(蒸汽供热管道热量传递到第二温度传感器处的热阻)，R_m表示蒸汽供热管道其保温层的热阻，R₁₂表示蒸汽供热管道其管材的热阻；

其中，λ_m表示蒸汽的导热系数，d_s表示内管层的内径，δ₁表示内管层的壁厚，δ_m表示保温层厚度；

其中，δ₂表示外管层的壁厚，λ₁表示内管层的导热系数、λ₂表示外管层的导热系数；

当保温层损坏后，即R_m＝0；

此时，内管层传递到外管层的热量q₂：

其中，t_so表示所述附近土壤的温度值；

建立蒸汽供热管道保温层异常判断模型：

其中，t_p表示外管层其壁面温度值，当q₁＜q₂时，t_p1＜t_p2，T₁>T₀’，t_p1表示保温层正常状态下的外管层其壁面温度值，t_p2表示保温层损坏状态下的外管层其壁面温度值。

本发明还公开一种采用上述的蒸汽供热管网基础设施工作状态判断系统进行蒸汽供热管网基础设施工作状态判断的方法。

本发明的优点在于：本发明在不破坏蒸汽供热管网主体结构的基础上，通过合理的布置传感器的安装位置，实现实时监测蒸汽供热管网附属设施(疏水阀、保温层)工作状态的异常情况，及时发现供热管网的安全隐患，实现预警蒸汽管网积水风险和水击风险，为蒸汽管网健康安全运行提供保障。利用布设在疏水支路的第一温度传感器，已成功监测了10余处的疏水阀损坏的实例，预警准确率较高。。利用布设在土壤中的第二温度传感器已成功的排查出了近1公里的蒸汽供热管道保温层损坏的管段。通过布设在疏水支路上的压力传感器可以成功监测疏水阀的工作状态为全开还是非全开。

附图说明

图1为本发明实施例1中蒸汽供热管网基础设施工作状态判断系统的结构示意图。

图2为本发明实施例1中蒸汽供热管网基础设施工作状态判断系统的流程框图。

图3为本发明实施例3中温度传感器318060135-1监测的温度与时间变化的曲线图。

图4为本发明实施例3中温度传感器318060308-1监测的温度与时间变化的曲线图。

图5为本发明实施例3中温度传感器318060308-2监测的温度与时间变化的曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

实施例1

如图1、2所示，本实施例公开一种蒸汽供热管网基础设施工作状态判断系统，包括蒸汽供热管道1、疏水管路2、第一温度传感器3、第二温度传感器4、压力传感器5、中央处理器，若干所述疏水管路2间隔并联在所述蒸汽供热管道1上；所述蒸汽供热管道1由内至外依次包括内管层11、保温层12、外管层13；所述疏水管路2上设置有疏水阀7、旁通阀6；所述压力传感器5位于所述疏水管路2的进水口处，所述第一温度传感器3位于所述疏水管路2的出水口处，所述第二温度传感器4分布在所述蒸汽供热管道1其附近土壤中；

所述第一温度传感器3用以监测所述疏水管路2的出水口处的第一温度数据T；

所述第二温度传感器4用以监测所述蒸汽供热管道附近土壤的第二温度数据T₁；

所述压力传感器5用以监测所述疏水管路2的进水口处的压力数据；

所述第一温度传感器3、第二温度传感器4、压力传感器5分别将监测到的第一温度数据T、第二温度数据T₁、压力数据输入至所述中央处理器中进行数据处理；

具体，按照以下方式进行数据处理：

步骤一、获取任一疏水管路2如第一疏水管路22其出水口处的当前的第一温度数据T；

步骤二、判断所述第一温度数据是否超过疏水温度阈值T₀；若超过所述疏水温度阈值T₀，则为第一疏水管路22的阀门故障；若没有超过疏水温度阈值T₀，则获取第一疏水管路22的出水口处设定时间段t内的实际疏水频率a；

本发明中第一疏水管路22的阀门故障，指第一疏水管路22中的疏水阀7或者旁通阀6或者疏水阀7和旁通阀6自身均故障；

步骤三、判断所述实际疏水频率a是否在正常疏水频次的区间[a₁,a₂]内；若不在所述正常疏水频次的区间[a₁,a₂]内，则为所述第一疏水管路22中的疏水阀7工作状态异常或者反常；若在所述正常疏水频次的区间[a₁,a₂]内，则获取在所述蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段其附近土壤的第二温度数据T₁；

步骤四、判断所述第二温度数据T₁是否超过设定温度阈值T₀’；若超过所述设定温度阈值T₀’，则为蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段保温异常；若没有超过所述设定温度阈值T₀’，则获取所述第一疏水管路22的进水口处的第一压力数据P以及所述第一疏水管路22的上游且与第一疏水管路22相邻的第二疏水管路21的进水口处的第二压力数据P₀；比较第一压力数据P、第二压力数据P₀；若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则为所述蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段工作异常；

步骤五、结合步骤一至步骤四的判断结果，判断所述蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段是否存在积水风险或者水击风险。

本发明第二温度传感器4布设在蒸汽供热管道的侧面的附近土壤，埋设于土壤中。第二温度传感器4的探头与蒸汽供热管道1中心齐平，且第二温度传感器4的探头距蒸汽供热管道1外壁30cm。

所述步骤二中，若超过所述疏水温度阈值T₀，则判断设定时间段t内，第一温度数据T是否回落至疏水温度阈值T₀范围内；若没有回落至疏水温度阈值T₀范围内，则判断第一疏水管路22的阀门故障；若回落至疏水温度阈值T₀范围内，每回落一次则计入一次疏水频率，设定时间段t内，疏水频率的次数为实际疏水频率a。

优选地，针对上述管路异常，本实施例提供以下具体的评判方式：

(1)当实际疏水频率a大于正常疏水频次的上限值a₂时，且在第二温度数据T₁没有超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断疏水管路22中的疏水阀7工作状态反常以及蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段存在异常工况需进行管线排查；

疏水管路22中的疏水阀7工作状态反常包括与疏水阀连接的管道即疏水管路22中的管道内存在阻塞风险或者疏水阀处于非全开状态。管道上阀门的开闭会影响安装在管道上的测量数据的大小。原因是由于管道流量一定，阀门开口小，流速大，对应的压力增大。与疏水阀连接的管道内存在阻塞风险也是如此。蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段存在异常工况是指需现场排查蒸汽供热管道中监测的一段(与第一疏水管路22对应的一段)存在阻塞风险；

当流量一定，管道内存在阻塞时，阻塞会造成管道的当量直径变小，导致流速增大，使得主管道的压力上升，主管路的压力变化会引起相应支路压力的变化。

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断第一疏水管路22中的疏水阀7工作状态异常；

第一疏水管路22中的疏水阀7工作状态异常是指疏水阀7的疏水频次异常。

(2)当实际疏水频率a大于正常疏水频次的上限值a₂时，且在第二温度数据T₁超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断第一疏水管路22中的疏水阀7工作状态异常、蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段保温异常、蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断第一疏水管路22中的疏水阀7工作状态异常、蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段保温异常、蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段存在积水风险；

(3)当实际疏水频率a小于正常疏水频次的下限值a₁时，且在第二温度数据T₁没有超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断第一疏水管路22中的疏水阀7工作状态异常且蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断第一疏水管路22中的疏水阀7工作状态异常且蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段存在积水风险；

(4)当实际疏水频率a小于正常疏水频次的下限值a₁时，且在第二温度数据T₁超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断第一疏水管路22中的疏水阀7工作状态异常、蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段保温异常且蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断第一疏水管路22中的疏水阀7工作状态异常且蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段保温异常且蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段存在积水风险；

(5)当实际疏水频率a在所述正常疏水频次的区间[a₁,a₂]内，且在第二温度数据T₁没有超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段存在异常工况需进行管线排查；

蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段存在异常工况是指需现场排查蒸汽供热管道中监测的一段(与第一疏水管路22对应的一段)存在阻塞风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段正常工作；

(6)当实际疏水频率a在所述正常疏水频次的区间[a₁,a₂]内，且在第二温度数据T₁超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段保温异常、蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道1保温中与第一疏水管路22对应的一段异常、蒸汽供热管道1中与第一疏水管路22对应的一段存在积水风险。

疏水管路的阀门故障判断方法：

当疏水阀、旁通阀正常工作排水时，排水口温度传感器的监测值为t_w，正常工作不排水时温度传感器的监测值为周边环境温度t_e。当疏水阀损坏或者旁通阀损坏，热力管网的蒸汽会持续通过排水口溢出，使得监测的温度值持续上升，监测值可达t_s。因此当监测温度持续大于t_w接近蒸汽温度t_s，即可判定阀门故障。即疏水温度阈值T₀介于正常工作的t_w、蒸汽温度t_s之间。

疏水频次异常判断方法：

正常疏水频次通过正常疏水频次模型得到，所述正常疏水频次模型为：

其中，h_g表示过热水蒸气的焓值；h_s表示饱和水的焓值；m表示正常情况下，一次疏水的质量，这里的m表示范围值，当m取最大值的时候，N₁对应a₁,当m取最小值的时候，N₂对应a₂；N表示正常情况下，单位时间段t内的疏水次数；Q表示蒸汽供热管道单位时间段t内的总热损；

Q＝q×L

其中，L表示蒸汽供热管道1的管道长度，q表示蒸汽供热管道1的单位时间的热损流量，

其中，t_s表示蒸汽温度，t_A表示周围环境空气的温度，R_m表示蒸汽供热管道其保温层的热阻，本发明的保温层优选为离心玻璃棉，R₁₂表示蒸汽供热管道其管材(内层管和外层管的材质)的热阻，R_A表示蒸汽供热管道中与所述疏水管路对应的一段其周围环境散热的热阻；本发明中周围环境散热的热阻是指蒸汽供热管道向所处环境(土壤和大气)的散热热阻。

其中，λ_m表示蒸汽的导热系数，d_s表示内管层的内径，δ₁表示内管层的壁厚，δ_m表示保温层厚度

其中，δ₂表示外管层的壁厚，λ₁表示内管层的导热系数、λ₂表示外管层的导热系数；

其中，λ_so表示所述附近土壤的导热系数，H表示所述附近土壤折算深度，d_z表示外层管的外径；

其中，h表示蒸汽供热管道中与疏水管路对应的一段的顶点距地面的距离，α_A表示所述附近土壤表面对大气的放热系数；

d_z＝d_s+2(δ₁+δ_m+δ₂)。

根据低速冷凝水和高速二次蒸汽之间的“动力”压差来工作。启动时，进口压力将碟片顶起，冷态的凝结水及空气迅速排出。热的凝结水流过疏水阀时产生二次蒸汽。高速的二次蒸汽在碟片下形成低压，将碟片拉动向下。同时，二次蒸汽进入碟片上方的空间，迫使碟片向下动作。碟片将疏水阀关闭，碟片上方的压力作用在碟片上。

由疏水阀的工作原理可知，当碟片下方达到一定压力时方可进行管道疏水工作，碟片上方到达一定压力方可关闭疏水阀。由此认为蒸汽管网进行一次疏水时，疏水的量相差不大。因此可以确定当疏水阀正常工作时的疏水频次范围。

实际疏水频次记录方法：

当疏水阀正常工作时，不疏水工作时刻排水口的温度为周边环境温度值，疏水时刻排水口的温度为排水温度值。疏水阀每疏水一次，排水口的温度传感器会记录一次温度骤然变化的过程，即一次疏水频率。将单位时间内的疏水次数记录下来，即为实际疏水频率n。

当实际疏水频率n不在理论疏水频次N的区间范围内，说明疏水阀的工作状态异常。

保温层异常(损坏)的判断方法：

当保温层正常时，从内层管传递到埋设于土壤中温度计处的热量q₁：

其中，t_so表示所述附近土壤的温度值，R_so表示所述附近土壤的热阻(蒸汽供热管道热量传递到第二温度传感器处的热阻)，R_m表示蒸汽供热管道其保温层的热阻，R₁₂表示蒸汽供热管道其管材的热阻；

其中，λ_m表示蒸汽的导热系数，d_s表示内管层的内径，δ₁表示内管层的壁厚，δ_m表示保温层厚度；

其中，δ₂表示外管层的壁厚，λ₁表示内管层的导热系数、λ₂表示外管层的导热系数；

当保温层损坏后，即R_m＝0；

此时，内管层传递到外管层的热量q₂：

其中，t_so表示所述附近土壤的温度值；

建立蒸汽供热管道保温层异常判断模型：

其中，t_p表示外管层其壁面温度值，当q₁＜q₂时，t_p1＜t_p2，T₁>T₀’，t_p1表示保温层正常状态下的外管层其壁面温度值，t_p2表示保温层损坏状态下的外管层其壁面温度值。

管段水击、积水的判断方法：

当疏水频次异常(过大、过小)及保温层保温效果不佳时，会导致大量的冷凝水在管道内聚集。一般蒸汽在管道中流动，由于压力损失ΔP'的存在，上游监测点的压力会高于下游监测点的压力。如果下游监测点的压力明显高于或等于上游监测点，则说明该管段存在爆管的风险。若此时管道内存在冷凝水聚集的现象，则会导致管道中存在水击风险；若此时管道内无冷凝水聚集的现象，则管道和阀门存在阻塞的风险。如果下游监测点的压力明显低于上游监测点，且此时管道内存在冷凝水聚集的现象，则会导致管道中存在积水风险。

在有些实施例中，所述旁通阀6与所述疏水阀7并联。

在有些实施例中，所述旁通阀6为多个，至少一个旁通阀6与所述疏水阀7并联，其他个旁通阀6与所述疏水阀7串联。

实施例2

本实施例公开一种采用实施例1的蒸汽供热管网基础设施工作状态判断系统进行判断的方法。

实施例3

本实施例针对一段蒸汽供热管的基础设施工作状态进行预警，如表1、2所示。

表1 某地九月份疏水阀故障预警实例

输入计算所需的各类条件，疏水阀正常排水时的温度约为100℃，非排水时段的温度约为50℃，蒸汽供热管道内的蒸汽温度约为190℃。依据上述判断原则设置阈值，即可判断疏水阀的损坏。

所述的第一温度传感器发出的预警信息，成功预警了疏水阀及旁通阀的损坏现象，实现了对蒸汽管网疏水阀及旁通阀的在线监测，有效的降低了供热管网的漏热现象，为供热企业的保养和维修提供了极大的方便。

表2 某地九月份保温层损坏预警实例

当蒸汽供热管道在运行时刻，蒸汽管道保温层未损坏的前提下，第二温度传感器的示数约为40℃(9月份)。一旦蒸汽管道保温层损坏，第二温度传感器的示数将会持续保持在60℃以上，此时即可判断为管道保温层损坏。

所述的第二温度传感器发出的预警信息覆盖了监测区域内近一公里的蒸汽供热管网，成功预警了蒸汽管网的漏热现象，为供热企业的保养和维修提供了极大的方便。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种蒸汽供热管网基础设施工作状态判断方法，其特征在于，

所述蒸汽供热管网包括蒸汽供热管道、疏水管路，若干所述疏水管路间隔并联在所述蒸汽供热管道上；所述蒸汽供热管道由内至外依次包括内管层、保温层、外管层；

包括以下步骤：

步骤一、获取任一疏水管路其出水口处的当前的第一温度数据T；

步骤二、判断所述第一温度数据是否超过疏水温度阈值T₀；若超过所述疏水温度阈值T₀，则为疏水管路的阀门故障；若没有超过疏水温度阈值T₀，则获取疏水管路的出水口处设定时间段t内的实际疏水频率a；

步骤三、判断所述实际疏水频率a是否在正常疏水频次的区间[a₁，a₂]内；若不在所述正常疏水频次的区间[a₁，a₂]内，则为所述疏水管路中的疏水阀工作状态异常或者反常；若在所述正常疏水频次的区间[a₁，a₂]内，则获取在所述蒸汽供热管道中与疏水管路对应的一段其附近土壤的第二温度数据T₁；

步骤四、判断所述第二温度数据T₁是否超过设定温度阈值T₀’；若超过所述设定温度阈值T₀’，则为蒸汽供热管道保温异常；若没有超过所述设定温度阈值T₀’，则获取所述疏水管路的进水口处的第一压力数据P以及所述疏水管路的上游且与所述疏水管路相邻的疏水管路的进水口处的第二压力数据P₀；比较第一压力数据P、第二压力数据P₀；若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则为所述蒸汽供热管道中与疏水管路对应的一段工作异常。

2.根据权利要求1所述的蒸汽供热管网基础设施工作状态判断方法，其特征在于，

所述步骤二中，若超过所述疏水温度阈值T₀，则判断设定时间段t内，第一温度数据T是否回落至疏水温度阈值T₀范围内；若没有回落至疏水温度阈值T₀范围内，则判断疏水管路的阀门故障；若回落至疏水温度阈值T₀范围内，每回落一次则计入一次疏水频率，设定时间段t内，疏水频率的次数为实际疏水频率a。

3.根据权利要求1所述的蒸汽供热管网基础设施工作状态判断方法，其特征在于，

(1)当实际疏水频率a大于正常疏水频次的上限值a₂时，且在第二温度数据T₁没有超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态反常以及蒸汽供热管道存在异常工况需进行管线排查；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常；

(2)当实际疏水频率a大于正常疏水频次的上限值a₂时，且在第二温度数据T₁超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常、蒸汽供热管道保温异常、蒸汽供热管道存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常、蒸汽供热管道保温异常、蒸汽供热管道存在积水风险；

(3)当实际疏水频率a小于正常疏水频次的下限值a₁时，且在第二温度数据T₁没有超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常且蒸汽供热管道存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常且蒸汽供热管道存在积水风险；

(4)当实际疏水频率a小于正常疏水频次的下限值a₁时，且在第二温度数据T₁超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常且蒸汽供热管道保温异常且蒸汽供热管道存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常且蒸汽供热管道保温异常且蒸汽供热管道存在积水风险；

(5)当实际疏水频率a在所述正常疏水频次的区间[a₁，a₂]内，且在第二温度数据T₁没有超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道存在异常工况需进行管线排查；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道正常工作；

(6)当实际疏水频率a在所述正常疏水频次的区间[a₁，a₂]内，且在第二温度数据T₁超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道保温异常、蒸汽供热管道存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道保温异常、蒸汽供热管道存在积水风险。

4.根据权利要求1所述的蒸汽供热管网基础设施工作状态判断方法，其特征在于，

所述正常疏水频次通过正常疏水频次模型得到，所述正常疏水频次模型为：

其中，h_g表示过热水蒸气的焓值；h_s表示饱和水的焓值；m表示正常情况下，一次疏水的质量；N表示正常情况下，单位时间段t内的疏水次数；Q表示蒸汽供热管道单位时间段t内的总热损；

Q＝q×L

其中，L表示蒸汽供热管道的管道长度，q表示蒸汽供热管道的单位时间的热损流量，

其中，t_s表示蒸汽温度，t_A表示周围环境空气的温度，R_m表示蒸汽供热管道其保温层的热阻，R₁₂表示蒸汽供热管道其管材的热阻，R_A表示蒸汽供热管道中与所述疏水管路对应的一段其周围环境散热的热阻；

其中，λ_m表示蒸汽的导热系数，d_s表示内管层的内径，δ₁表示内管层的壁厚，δ_m表示保温层厚度；

其中，δ₂表示外管层的壁厚，λ₁表示内管层的导热系数、λ₂表示外管层的导热系数；

其中，λ_so表示所述附近土壤的导热系数，H表示所述附近土壤折算深度，d_z表示外层管的外径；

其中，h表示蒸汽供热管道中与疏水管路对应的一段的顶点距地面的距离，α_A表示所述附近土壤表面对大气的放热系数；

d_z＝d_s+2(δ₁+δ_m+δ₂)。

5.根据权利要求3所述的蒸汽供热管网基础设施工作状态判断方法，其特征在于，

当保温层正常时，从内层管传递到埋设于土壤中温度计处的热量q₁：

其中，t_so表示所述附近土壤的温度值，R_so表示所述附近土壤的热阻，R_m表示蒸汽供热管道其保温层的热阻，R₁₂表示蒸汽供热管道其管材的热阻；

其中，λ_m表示蒸汽的导热系数，d_s表示内管层的内径，δ₁表示内管层的壁厚，δ_m表示保温层厚度；

其中，δ₂表示外管层的壁厚，λ₁表示内管层的导热系数、λ₂表示外管层的导热系数；

当保温层损坏后，即R_m＝0；

此时，内管层传递到外管层的热量q₂：

其中，t_so表示所述附近土壤的温度值；

建立蒸汽供热管道保温层异常判断模型：

其中，t_p表示外管层其壁面温度值，当q₁＜q₂时，t_p1＜t_p2，T₁＞T₀’，t_p1表示保温层正常状态下的外管层其壁面温度值，t_p2表示保温层损坏状态下的外管层其壁面温度值。

6.一种蒸汽供热管网基础设施工作状态判断系统，其特征在于，包括蒸汽供热管道、疏水管路、第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器，若干所述疏水管路间隔并联在所述蒸汽供热管道上；所述蒸汽供热管道由内至外依次包括内管层、保温层、外管层；所述疏水管路上设置有疏水阀、旁通阀；所述压力传感器位于所述疏水管路的进水口处，所述第一温度传感器位于所述疏水管路的出水口处，所述第二温度传感器分布在所述蒸汽供热管道其附近土壤中；

所述第一温度传感器用以监测所述疏水管路的出水口处的第一温度数据T；

所述第二温度传感器用以监测所述附近土壤的第二温度数据T₁；

所述压力传感器用以监测所述疏水管路的进水口处的压力数据；

所述第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器分别将监测到的第一温度数据T、第二温度数据T₁、压力数据输入至中央处理器；

按照以下方式进行数据处理：

步骤一、获取任一疏水管路其出水口处的当前的第一温度数据T；

步骤二、判断所述第一温度数据是否超过疏水温度阈值T₀；若超过所述疏水温度阈值T₀，则为疏水管路的阀门故障；若没有超过疏水温度阈值T₀，则获取疏水管路的出水口处设定时间段t内的实际疏水频率a；

步骤三、判断所述实际疏水频率a是否在正常疏水频次的区间[a₁，a₂]内；若不在所述正常疏水频次的区间[a₁，a₂]内，则为所述疏水管路中的疏水阀工作状态异常或者反常；若在所述正常疏水频次的区间[a₁，a₂]内，则获取在所述蒸汽供热管道中与疏水管路对应的一段其附近土壤的第二温度数据T₁；

步骤四、判断所述第二温度数据T₁是否超过设定温度阈值T₀’；若超过所述设定温度阈值T₀’，则为蒸汽供热管道保温异常；若没有超过所述设定温度阈值T₀’，则获取所述疏水管路的进水口处的第一压力数据P以及所述疏水管路的上游且与所述疏水管路相邻的疏水管路的进水口处的第二压力数据P₀；比较第一压力数据P、第二压力数据P₀；若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则为所述蒸汽供热管道中与疏水管路对应的一段工作异常。

7.根据权利要求6所述的蒸汽供热管网基础设施工作状态判断系统，其特征在于，所述旁通阀与所述疏水阀并联。

8.根据权利要求6所述的蒸汽供热管网基础设施工作状态判断系统，其特征在于，所述步骤二中，若超过所述疏水温度阈值T₀，则判断设定时间段t内，第一温度数据T是否回落至疏水温度阈值T₀范围内；若没有回落至疏水温度阈值T₀范围内，则判断疏水管路的阀门故障；若回落至疏水温度阈值T₀范围内，每回落一次则计入一次疏水频率，设定时间段t内，疏水频率的次数为实际疏水频率a。

9.根据权利要求6所述的蒸汽供热管网基础设施工作状态判断系统，其特征在于，

(1)当实际疏水频率a大于正常疏水频次的上限值a₂时，且在第二温度数据T₁没有超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态反常以及蒸汽供热管道存在异常工况需进行管线排查；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常；

(2)当实际疏水频率a大于正常疏水频次的上限值a₂时，且在第二温度数据T₁超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常、蒸汽供热管道保温异常、蒸汽供热管道存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常、蒸汽供热管道保温异常、蒸汽供热管道存在积水风险；

(3)当实际疏水频率a小于正常疏水频次的下限值a₁时，且在第二温度数据T₁没有超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常且蒸汽供热管道存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常且蒸汽供热管道存在积水风险；

(4)当实际疏水频率a小于正常疏水频次的下限值a₁时，且在第二温度数据T₁超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常且蒸汽供热管道保温异常且蒸汽供热管道存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断疏水管路中的疏水阀工作状态异常且蒸汽供热管道保温异常且蒸汽供热管道存在积水风险；

(5)当实际疏水频率a在所述正常疏水频次的区间[a₁，a₂]内，且在第二温度数据T₁没有超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道存在异常工况需进行管线排查；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道正常工作；

(6)当实际疏水频率a在所述正常疏水频次的区间[a₁，a₂]内，且在第二温度数据T₁超过所述设定温度阈值T₀’的情况下，

若第二压力数据P₀不大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道保温异常、蒸汽供热管道存在水击风险；

若第二压力数据P₀大于第一压力数据P，则判断蒸汽供热管道保温异常、蒸汽供热管道存在积水风险。

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