CN113833989B - 一种排水管道错接或泄漏的检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及排水管道检测领域，公开了排水管道错接或泄漏的检测装置和方法。装置包括测温单元、加热单元、光源解调设备和数据采集与处理单元，所述测温单元包括测温线缆、导向端子和夜视摄像机，所述测温线缆包括分布式测温光纤、发热线、配重隔热带及视频线，所述测温线缆外有刻度标识，方便测量测温点在管道内的位置。方法包括将所述测温单元插入排水管道，通过加热单元加热，并通过光源解调设备和数据采集与处理单元接收所述测温线缆加热前后的温度，温度差值曲线斜率突变点即为管道错接点或泄漏点。本发明能够扩大排水管道检测的尺寸范围，尤其适用于管径200mm以下的管道。本发明装置可用于大充满度管道在线检测，操作简单，可重复使用，检测速度快，减少检测成本。

Description

一种排水管道错接或泄漏的检测装置和方法

技术领域

本发明涉及管道检测领域，具体地，涉及一种排水管道错接或泄漏的检测装置和方法。

背景技术

城市水环境的治理根源在岸上，核心是管网。管网的建设、维护不完善等问题，带来了污染物收集率低，地下水污染，污水厂进水浓度低，雨天溢流污染等现象，影响着水环境治理效果达成。一方面要消除管网建设空白区，另一方面要实施管网混错接改造、管网更新、破损修复、分流改造等工程，提升现有设施效能。由于供水管网管内压力高于管外压力，通常管道破裂后会喷射水柱，在短时间内对管外土壤造成冲刷或喷射水柱发出噪声，现有检测技术易与发现供水管网的破裂。但对于排水管和污水管，由于管内流体为常压，压力基本管外压力相同，管道破裂后很难及时发现。

目前常用的管道检测技术有：管道潜望镜技术、管道闭路电视检测技术、声纳检测技术。这些技术多采用图像技术通过技术人员去观察发现问题，效率低，而且用于直径200mm以上管道的检测，否则观测设备很难进入管道，即便进入管道又由于信号线长度和牵引问题无法全管道长度检测。

分布式测温光纤最早用于石油管道和天然气管道的泄漏监测、消防监测，其具有测量长度方向等间距位置温度的特点；但现有基于分布式测温光纤的监测，都是将分布式测温光纤预埋在管道沿线并贴近管道外壁，这种方法需要将分布式测温光纤长时间放置在管道外侧，对管道进行定点长期监测，而不是一种检测。更重要的一点，将分布式测温光纤预埋在管道沿线并贴近管道外壁，用于污水管道的漏水或错接的检测，则会因为错接并不会导致管壁的温度变化，而无法通过监测实现测量。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种排水管道错接或泄漏的检测装置及方法，用于实现对小直径管道进行快速准确的定位检测。为此，本发明采用的技术方案是，检测排水管道错接或泄漏的装置，由测温单元、加热单元、光源解调设备和数据采集与处理单元共四部分组成；

测温单元包括测温线缆、导向端子及夜视摄像机；测温线缆由不锈钢铠装、导热介质、分布式测温光纤和保护层、发热线和绝缘层、配重隔热带和视频线构成；在测温线缆的前端固定有便于测温线缆在管道内穿入和穿出的导向端子，导向端子为一透明外罩；夜视摄像机设置在导向端子内，与视频线相连接；

加热单元包括直流电源及开关，用于加热测温线缆中的发热线，通过向发热线通电，电流通过发热线使其温度升高；

光源解调设备用于向测温线缆内的分布式测温光纤发出测量光，并对分布式测温光纤返回的测量信号进行解调得到温度信号；

数据采集与处理单元，采集经光源解调设备解调得到的温度信息，根据采集的温度信号得到温度曲线。

测温线缆为铠装线缆，铠装线缆的外层为不锈钢铠装层，线缆内部设置分布式测温光纤、发热线、配重隔热带及视频线，分布式测温光纤外包裹均匀保护层，发热线外包裹均匀绝缘层，配重隔热带采用绝缘隔热高密度填料。

测温线缆内分布式测温光纤、发热线以及配重隔热带在线缆内呈上中下布置，视频线位于配重隔热带内，线缆内位于配重隔热带上部的部分填充导热介质，分布式测温光纤和发热线密封在导热介质内。

导向端子为球冠和圆锥台的组合体结构，其中圆锥台连接在测温线缆的前端。

排水管道存在错接或者泄漏的检测方法，步骤如下：

(1)在被测污水排水管道内插入测温线缆，通过配重隔热带增加测温线缆单侧重量，使分布式测温光纤始终位于测温线缆内的上部；

(2)在分布式测温光纤内通入测量光，得到测温线缆加热前时刻沿长度方向上等间距测温点的温度值；

(3)打开加热单元电源开关使得发热线升温，用以加热测温线缆，加热时间为，之后关闭电源开关；

(4)将测温线缆静置，静置时间为Δt₂，其中Δt₂＝Δt₁/3，通过分布式测温光纤得到测温线缆T₁时刻沿长度方向上等间距测温点的温度值，其中T₁＝T₀+Δt₁+Δt₂；

(5)计算分布式测温光纤T₁时刻和T₀时刻沿长度方向上等间距各测温点上的温度差值；

(6)根据分布式测温光纤沿长度方向上等间距测温点的温度差值得到温度差值曲线，在温度差值曲线上查找斜率突变值，如存在突变值，则被测排水管道内存在管道错接或泄露，突变值大的曲线区间对应的温度点所在位置即为排水管道错接或泄露的位置。

本发明的特点及有益效果是：

本发明旨在克服现有技术的不足，针对小直径排水管道的特点，提出了一种排水管道错接或泄漏的检测装置及方法。其有益效果如下：

(1)测温线缆操作简单，快速插入被检管道并加热测温线缆就可以完成管道错接或泄漏的检测，有效提高了排水管道检测的效率；

(2)测温线缆可重复利用，检测一段管道后抽出即可测量下一个管道，大大节约了排水管道检测设备的投入成本；

(3)测温线缆防水且耐腐蚀，能够适应于管道内雨水、污水甚至是杂物的复杂环境，在不排空管道内水的情况下就可以实现在线检测，同时其直径较小，可用于直径200mm以下管道的检测，应用范围广；

(4)通过测量测温线缆上发热前后不同测温点组成的温差曲线斜率，可快速确定管道错接或泄漏位置，原理简单，效果明显，适应性强，便于直观指导管道错接或泄漏位置的补救措施。

附图说明：

图1是本发明的装置中测温线缆及其端部的结构图；

图2是本发明的装置中测温线缆截面的结构图；

图3是本发明的检测管道错接或泄漏的方法流程图；

图4是本发明一实施例的检测管道错接点的测量场景示意图；

图5是污水管道错接雨水管道加热前后温度曲线关系的示意图；

图6是雨水管道错接雨水管道加热前后温度曲线关系的示意图；

图7是本发明一实施例的检测管道泄露点的测量场景示意图；

图8是污水排水管道泄露加热前后温度曲线关系的示意图；

具体实施方式

本发明是一种排水管道错接或泄漏的检测装置及方法，如下：

(一)排水管道错接或泄漏的检测装置

实现本发明检测方法的检测装置包括：测温单元、加热单元、光源解调设备和数据采集与处理单元共四部分。

测温单元包括测温线缆101、导向端子102及夜视摄像机103。测温线缆101的前端固定有导向端子102，导向端子102为透明耐磨材质，形状为水滴状结构，与铠装缆连接。导向端子便于测温线缆在管道内的前进，防止前进或回拽过程中被卡住。为夜视摄像机103提供广阔的视野。测温线缆101、导向端子102和夜视摄像机103三者的组成结构见图1。

测温线缆结构图2所示，包括不锈钢铠装201、导热介质202、分布式测温光纤203、保护层204、发热线205、绝缘层206、配重隔热带207和视频线208。

不锈钢铠装为测温线缆外壁，耐磨损、防腐蚀、防水、导热性好、刚度好，其内部布置分布式测温光纤、发热线和配重隔热带，四者之间填充导热介质。分布式测温光纤外有保护层。发热线采用碳纤维发热线，也可采用电阻丝，外包裹均匀绝缘层。配重隔热带采用绝缘隔热高密度填料。视频线在配重隔离带内，减少加热线的热量传递到自身。

不锈钢铠装外壁刻划或标定尺寸，标定点间隔1米。根据外部的刻度，确定管道测量的有效长度。通过不同时刻温度曲线的对比确认被测量管道是否存在错接点或泄漏点。如存在，给出具体位置。

配重隔热带具有三个作用，一可以增加测温线缆单侧重量，使线缆在管道内行走靠近管道底部；二可以增加线的刚度，防止在穿插过程中变形扭曲，方便线缆的在管道内的插入；三可使分布式测温光纤位于测温线缆的上端，使测温点朝上，保证测温点在线缆截面上位置的一致性，有助于测量液体温度，减少测量误差，提高分布式测温光纤的测量精度。

加热单元包括直流电源及开关，用于加热测温线缆中的发热线，通过向发热线通电，电流通过发热线使其温度升高。测温线缆长度不宜过长，其目的在于可以提高加热线的加热效率，使得测温线缆快速升温，缩短加热时间，同时长度小，可以快速插入检测管道，缩短插入时间。

光源解调设备用于向测温线缆内的分布式测温光纤发出测量光，并对分布式测温光纤返回的测量信号进行解调得到温度信号。

数据采集与处理单元，采集经光源解调设备解调得到的温度信息，根据采集的温度信号得到温度曲线。

(二)排水管道错接或泄露检测方法

排水管道错接或泄露检测方法，其流程如图3所示，包括：

(1)在被测污水排水管道内插入测温线缆，通过配重隔热带增加测温线缆单侧重量，使分布式测温光纤始终位于测温线缆内的上部；

(2)通过光源解调设备在分布式测温光纤内通入测量光，并接收测温线缆内分布式光纤各点的测量信号解调得到温度信号，传输至数据采集与处理单元，得到测温线缆加热前T₀时刻沿长度方向上等间距测温点的温度值；

(3)打开加热单元电源开关，向加热线通电，使得发热线升温，用以加热测温线缆，加热时间为Δt₁(视具体情况3至6分钟)，之后关闭电源开关；

(4)将测温线缆静置，静置时间为Δt₂，其中Δt₂＝Δt₁/3，接收该时刻下分布式测温光纤各点的温度值，得到测温线缆T₁时刻沿长度方向上等间距测温点的温度值，其中T₁＝T₀+Δt₁+Δt₂；

(5)采用数据采集与处理单元计算分布式测温光纤T₁时刻和T₀时刻沿长度方向上等间距各测温点上的温度差值；

(6)根据分布式测温光纤沿长度方向上等间距测温点的温度差值得到温度差值曲线，采用数据采集与处理单元在温度差值曲线上查找斜率突变值，如存在突变值，则被测排水管道内存在管道错接或泄露，突变值大的曲线区间对应的温度点所在位置即为排水管道错接或泄露的位置。

下面结合实施例和图4至图8对本发明进一步说明。

本发明实施例提供了检测排水管道错接点和泄漏点的方法，包括雨水排水管道和污水排水管道。

在一实施例中，利用本发明装置和方法检测污水排水管道的错接点，测量场景如图4和图5所示。对于检测污水排水管道时，存在雨水排水管道错接入污水排水管道的情况，由于污水排水管道其主管充满度一般大于30％，测温线缆深入后会淹没在污水中。在非雨季一般不会有雨水流入。当有雨水管排水时，测温线缆加热后，接入点前后会由于测温线缆表面流量不同，产生温度差值曲线斜率突变点，从而判断雨水管接入位置。具体检测方法如下：

(1)测温线缆为刚性外铠，可缠绕在轴盘上，测温线缆的末端与光源解调设备相连接。测量距离短时可直接将线缆从管道入口送入管道内。测量距离长时，可通过牵引设备，在管道的另一端放入牵引设备将测温线缆拉入管道内。由于测温线缆有良好的防水性能，可直接伸入运行中的排水管道。测温线缆进入管道的长度，可通过管道外线缆外铠上标记的刻度读出。将该刻度录入数据采集单元采集与处理单元，确定有效测量距离。数据采集和处理时仅对有效测量距离内的温度点进行分析。

(2)放置好测温线缆后，启动光源解调设备和数据采集与处理单元。待信号稳定后，通过数据采集与处理单元读取所测距离内各点温度值，作为初始数据。再根据测温线缆有效测量距离内的等间距测温点绘制污水排水管道504内的初始温度曲线501，见图5。

(3)进一步，启动加热单元，向测温线缆内的发热线通电。发热线通过测温线缆内的导热介质将热量传递到测温线缆的铠装壁面，进而将热量传递给线缆周边流体，见图5。

(4)发热线加热3分钟后关闭加热单元电源，等待1分钟后，通过数据采集与处理单元记录下此刻有效测量距离内各测温点的温度值，并根据等间距绘制此时污水排水管道504内温度曲线502，见图5。由于雨水来流管505来水温度低，错接点之前(图5左侧)的液体少，热量散发慢，线缆的降温速率慢，相同时间内降温幅值小，温度高；雨水来流管505错接点之后(图5右侧)雨污混流液体流量大，热量散发快，线缆降温速率快，相同时间内降温幅值就大，温度低。

(5)进一步，在数据采集与处理单元中分别将曲线502与初始温度曲线501进行各同位置温度点的求差计算，得到温差曲线503。在对求差后的数据进行分析，计算温度差值曲线中的斜率，斜率存在突变时，认为此测温点附近有错接发生。

(6)如需要更精确的定位，可将线缆向外抽出半米(当测量精度为1米时，该距离与测温线缆内分布式测温光纤的测温点间隔距离有关)。待测温线缆温度恢复到初始温度时再重复上述操作，加强错接点位置判断的准确度。

(7)完成上述检测可以确定检测管道内是否存在错接点，并给出错接点存在的位置。关闭光源解调设备和数据采集与处理单元，从管道内抽出测温线缆，可对下一个待测管道进行检测。

在一实施例中，利用本发明装置和方法检测雨水排水管道的错接点，测量场景如图6所示。对于雨水排水管道检测时，存在污水排水管道错接入雨水排水管道的情况，由于雨水排水管道在非雨季主管道内应没有存水的或存水较少，当有污水管排水时，错接点线缆加热后，接入点前后会由于测温线缆表面流量不同，产生温度差值曲线斜率突变点，从而判断污水管接入位置。具体检测方法与图4和图5实施例方法一致。雨水排水管道604内的初始温度曲线为601，升温并静置后雨水排水管道604内的温度曲线为602。由于污水来流管605错接点之前(图6左侧)的液体少，测温线缆降温慢，而污水来流管605 错接点之后(图6右侧)雨污混流液体流量大，测温线缆表面更多热量被带走，测温线缆降温快，温差曲线603上的斜率突变点，为污水管错接点。

在一实施例中，利用本发明装置和方法检测排水管道的泄露点，测量场景如图7和图8所示。对于排水管道检测时，存在泄漏点的情况，由于泄漏点前后测温线缆表面的水流量不同，线缆加热静置后，温度差值曲线会产生斜率突变点，从而判断泄露位置。具体检测方法与图4和图5实施例方法一致。排水管道804内的初始温度曲线为 801，升温并静置后雨水排水管道804内的温度曲线为802。由于泄露点之前(图8左侧)的液体多，流速快，测温线缆表面更多热量被带走，测温线缆降温块；而泄露点之后(图8右侧)液体少，流速慢，测温线缆降温慢，温差曲线803上的斜率突变点，为排水管道泄漏点。

Claims (4)

1.一种排水管道错接或泄漏的检测装置，其特征是，由测温单元、加热单元、光源解调设备和数据采集与处理单元共四部分组成；

测温单元包括测温线缆、导向端子及夜视摄像机；测温线缆为铠装线缆，铠装线缆的外层为不锈钢铠装层，线缆内部设置分布式测温光纤、发热线、配重隔热带及视频线，在测温线缆的前端固定有便于测温线缆在管道内穿入和穿出的导向端子，导向端子为一透明外罩；夜视摄像机设置在导向端子内，与视频线相连接；视频线包含夜视摄像机所需的电源线和数据传输线；测温线缆内分布式测温光纤、发热线以及配重隔热带在线缆内呈上中下布置，视频线位于配重隔热带内，线缆内位于配重隔热带上部的部分填充导热介质，分布式测温光纤和发热线密封在导热介质内；

加热单元包括直流电源及开关，用于加热测温线缆中的发热线，通过向发热线通电，电流通过发热线使其温度升高；

光源解调设备用于向测温线缆内的分布式测温光纤发出测量光，并对分布式测温光纤返回的测量光信号进行解调得到温度信号；

数据采集与处理单元，采集经光源解调设备解调得到的温度信息，根据采集的温度信号得到温度曲线。

2.如权利要求1所述的排水管道错接或泄漏的检测装置，其特征是，分布式测温光纤外包裹均匀保护层，发热线外包裹均匀绝缘层，配重隔热带采用绝缘隔热高密度填料。

3.如权利要求1所述的排水管道错接或泄漏的检测装置，其特征是，导向端子为球冠和圆锥台的组合体结构，其中圆锥台连接在测温线缆的前端。

4.一种基于权利要求1-3任一所述检测装置的排水管道错接或泄漏的检测方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)在被测污水排水管道内插入测温线缆，通过配重隔热带增加测温线缆单侧重量，使分布式测温光纤始终位于测温线缆内的上部；

(2)在分布式测温光纤内通入测量光，得到测温线缆加热前T₀时刻沿长度方向上等间距测温点的温度值；

(3)打开加热单元电源开关使得发热线升温，用以加热测温线缆，加热时间为Δt₁，之后关闭电源开关；

(4)将测温线缆静置，静置时间为Δt₂，其中Δt₂＝Δt₁/3，通过分布式测温光纤得到测温线缆T₁时刻沿长度方向上等间距测温点的温度值，其中T₁＝T₀+Δt₁+Δt₂；

(5)计算分布式测温光纤T₁时刻和T₀时刻沿长度方向上等间距各测温点上的温度差值；

(6)根据分布式测温光纤沿长度方向上等间距测温点的温度差值得到温度差值曲线，在温度差值曲线上查找斜率突变值，如存在突变值，则被测排水管道内存在管道错接或泄露，突变值大的曲线区间对应的温度点所在位置即为排水管道错接或泄露的位置。

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