热力管道泄漏检测系统设计
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好 ， 投资 少 ，缺 点 就 是 对 渗 漏 和 微 弱 的泄 漏 的 检
测 效果 不理 想 。
从式 （ １ ） 中可 知影 响 泄漏 点 定位 准 确 度 的主
要是ｖ 和 ，负压 波 的速度 可 以 由式 （ ２ ）求 解 ：
１ 负压波检测泄漏的基本原理
当管 道 的 某 位 置 发 生 泄 漏 事 故 时 ，泄 漏 处 物
ｌ
訇 出
热 力管道泄漏检 测系统设计
Ｄｅｓｉ ｇｎ ｏ ｆ ｈｅａｔ ｉ ｎｇ ｐｉ ｐｅｌ ｉ ｎｅ Ｉ ｅａｋ ｄｅｔ ｅｃｔ ｉ ｏｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅｍ
李 琦’ ，赵 杰 ’ ，张永胜
Ｌ ｌ Ｑ ｒ Ｉ ＇Ｚ Ｈ Ａ Ｏ Ｊ ｉ ｅ ．Ｚ Ｈ Ａ ＮＧ Ｙ ｏ ｎ ｇ ． ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ
２
式 中：ｘ 为 泄漏 点距 首端 测压 点 的距离 ，ｍ； Ｌ 为 被 测管路 对象 的长 度 ，ｍ； ｖ 为 负压 波的 传播 速度 ，ｍ／ ｓ ； △ ｆ 为首末端ห้องสมุดไป่ตู้采集 负压 波的 时间 差 ，Ｓ 。
一 — — — — — — — — — —
推 广 使 用 ， 而对 已 经 铺设 的 管 道再 次 铺设 分 布 式
务Ｉ
对 于 已 经 投 入 使 用 的 管 道 ， 它 的 厚 度 、 直 径 、弹 性 模 量 都 是 定值 ， 只 需 考 虑 管 道 内水 的 弹
性 系数 和 密 度 ， 而 水 的 弹性 系 数 和 密 度 均 与 温 度 有 关 ， 此 时 的 负 压 波 速 度 是 有 关 温 度 的 函数 ， 将
Ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ｒ ／ Ｊ ． Ｊ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ － ０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ２ （ 下） ． ４ ３
０ 引言
供 热 管 道 在 现 代 工 业 生 产 和人 们 生 活 中 占 有 重 要 的位 置 ， 成 为 冬 季 北 方城 市 生 活 的 大动 脉 。
体 的压力突然减小 ， 由于管道 中的物体不能 立即 改变 其流速 ，在泄漏 处 周围 的物体 就会 向泄 漏处 流 动 ，形成 一个 以泄漏 处 为 中心的 压力波 动 ，这一 压
降波 将沿着 管道 向两端传播 ，被称 为 负压 波 。
负压 波检 测 原理 如 图 ｌ 所 示 ，泄 漏 点 的位 置 可
随 着城 市 化 进 程 的 加 快 ，各地 的 供 热 管道 多 采 用 直 埋 敷 设 方式 ， 具 有 节 约 能 源 、造 价 低 等优 点 ， 但 这 样 就 限 制 了 红 外 热 像仪 在 热 网故 障诊 断 中 的
以 由下 面的公 式得 到 ：
：一 三 兰
：
（ ＼ １ ）
收稿日期：２ ０ １ ３ －１ １ －２ ０ 基金项目：内蒙古 自然科学基金资助项 目 （ ２ ０ １ ２ ＭＳ ０ ９ １ ０ ）
作者简介：李琦 （ １ ９ ７ ３一），男，内蒙古包头人 ，副教授 ，研究方向为远程工业控制 。 ［ １ ５ ０ １ 第３ ６ 卷 第２ 期 ２ ０ １ ４ － ０ ２ （ 下）
Ｅ １ ． — 二 — — — — — — — — — — — — ： — — — 二 — — — — 二 一 — — Ｌ ——— … — — — — — 一 — — 一 — — ＿ — ， ＇ ｊ Ｊ
图 １ 负 压 波 检 测 泄 漏 原 理 图
负压波对供热管道进行检测 ，负压波法不需要建 立 复 杂 的 管 道 模 型 ，且 对 设 备 仪 表 的 要 求 比 较 低 （ 无 需 流 量 传 感 器 ） ，检 测 速 度 较 快 ，实 时 性
（ １ ． 内蒙古科技大学 信 息工程学院，包头 ０ １ ４ ０ １ ０ ；２ ． 内蒙古包钢西北创业设计研究院 ，包头 ０ １ ４ ０ １ ０ ）
摘 要 ：针对 目前 供热管道泄 漏诊断滞 后的问题 ，介绍 了负 压波泄漏 检测原理 ，分析 了影 响定位精 确 度的主要因素：负压波速度和时间差，以及热网管道沿程温差对负压波速度的影响关系，在 此基础 上给出 了热 网管道泄 漏故障诊 断系统 的总体框 架。采用Ｇ Ｐ Ｓ 授 时方式 ，设 计了各热 力 站高精度 的同步数 据采集 系统 ，给 出了热 力站数据采 集系统 的软硬件设计 ，实现 了故障诊 断 中心 、各 热力 站数 据采集设 备的 时钟同步 。实验结果表 明 ，采 集设备 的时间同步 误差为毫 秒 级 ，符合 负压波诊断泄漏故障的 时间 同步 要求。 关键词 ：管 道 ；泄漏 检测 ；定位 ；负压波 ；时钟同步 中 图分 类号 ：Ｔ Ｐ２ ２ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ － ０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ （ 下） －ｏ ｌ ５ ０ － ０ ４
匐 出
成 。在 各 个 热 力 站 完 成 对 压 力 和 温 度 信 号 的 采 集
处理 ， 由故 障诊 断 中心 分 析 计 算 确 定 采 集数 据 的 突 变 点 ，进 而 确 定 故 障 点 的 位 置 。本 文 侧 重 于 热 力 站 采 集 系统 的设 计 与 开 发 ，在 满 足 功 能 要 求 的 条件 下 尽 可 能选 择 集 成 度 高且 功 耗 小 的芯 片 以保 证 系统运 行 的稳 定性 。
光 纤 测温 系统 用 来 进 行泄 漏 诊 断 ， 成本 昂贵 无 法
１＋—————————一 一 一
实 施 。 目前 管 道 泄 漏 的检 测技 术 有 听 声法 、 内 投
球 法 等 ，然 而 由于 供 热 管道 的 介 质 和环 境 的特 殊 性 ，这 些方 法 未 能 在 供热 管 道 上 得 以 应用 ，且 实 时 性较 差 。 为 了能 迅 速 诊 断 并 定 位 泄 漏 点 ，本 系统 采 用
测 效果 不理 想 。
从式 （ １ ） 中可 知影 响 泄漏 点 定位 准 确 度 的主
要是ｖ 和 ，负压 波 的速度 可 以 由式 （ ２ ）求 解 ：
１ 负压波检测泄漏的基本原理
当管 道 的 某 位 置 发 生 泄 漏 事 故 时 ，泄 漏 处 物
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热 力管道泄漏检 测系统设计
Ｄｅｓｉ ｇｎ ｏ ｆ ｈｅａｔ ｉ ｎｇ ｐｉ ｐｅｌ ｉ ｎｅ Ｉ ｅａｋ ｄｅｔ ｅｃｔ ｉ ｏｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅｍ
李 琦’ ，赵 杰 ’ ，张永胜
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２
式 中：ｘ 为 泄漏 点距 首端 测压 点 的距离 ，ｍ； Ｌ 为 被 测管路 对象 的长 度 ，ｍ； ｖ 为 负压 波的 传播 速度 ，ｍ／ ｓ ； △ ｆ 为首末端ห้องสมุดไป่ตู้采集 负压 波的 时间 差 ，Ｓ 。
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推 广 使 用 ， 而对 已 经 铺设 的 管 道再 次 铺设 分 布 式
务Ｉ
对 于 已 经 投 入 使 用 的 管 道 ， 它 的 厚 度 、 直 径 、弹 性 模 量 都 是 定值 ， 只 需 考 虑 管 道 内水 的 弹
性 系数 和 密 度 ， 而 水 的 弹性 系 数 和 密 度 均 与 温 度 有 关 ， 此 时 的 负 压 波 速 度 是 有 关 温 度 的 函数 ， 将
Ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ｒ ／ Ｊ ． Ｊ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ － ０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ２ （ 下） ． ４ ３
０ 引言
供 热 管 道 在 现 代 工 业 生 产 和人 们 生 活 中 占 有 重 要 的位 置 ， 成 为 冬 季 北 方城 市 生 活 的 大动 脉 。
体 的压力突然减小 ， 由于管道 中的物体不能 立即 改变 其流速 ，在泄漏 处 周围 的物体 就会 向泄 漏处 流 动 ，形成 一个 以泄漏 处 为 中心的 压力波 动 ，这一 压
降波 将沿着 管道 向两端传播 ，被称 为 负压 波 。
负压 波检 测 原理 如 图 ｌ 所 示 ，泄 漏 点 的位 置 可
随 着城 市 化 进 程 的 加 快 ，各地 的 供 热 管道 多 采 用 直 埋 敷 设 方式 ， 具 有 节 约 能 源 、造 价 低 等优 点 ， 但 这 样 就 限 制 了 红 外 热 像仪 在 热 网故 障诊 断 中 的
以 由下 面的公 式得 到 ：
：一 三 兰
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收稿日期：２ ０ １ ３ －１ １ －２ ０ 基金项目：内蒙古 自然科学基金资助项 目 （ ２ ０ １ ２ ＭＳ ０ ９ １ ０ ）
作者简介：李琦 （ １ ９ ７ ３一），男，内蒙古包头人 ，副教授 ，研究方向为远程工业控制 。 ［ １ ５ ０ １ 第３ ６ 卷 第２ 期 ２ ０ １ ４ － ０ ２ （ 下）
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图 １ 负 压 波 检 测 泄 漏 原 理 图
负压波对供热管道进行检测 ，负压波法不需要建 立 复 杂 的 管 道 模 型 ，且 对 设 备 仪 表 的 要 求 比 较 低 （ 无 需 流 量 传 感 器 ） ，检 测 速 度 较 快 ，实 时 性
（ １ ． 内蒙古科技大学 信 息工程学院，包头 ０ １ ４ ０ １ ０ ；２ ． 内蒙古包钢西北创业设计研究院 ，包头 ０ １ ４ ０ １ ０ ）
摘 要 ：针对 目前 供热管道泄 漏诊断滞 后的问题 ，介绍 了负 压波泄漏 检测原理 ，分析 了影 响定位精 确 度的主要因素：负压波速度和时间差，以及热网管道沿程温差对负压波速度的影响关系，在 此基础 上给出 了热 网管道泄 漏故障诊 断系统 的总体框 架。采用Ｇ Ｐ Ｓ 授 时方式 ，设 计了各热 力 站高精度 的同步数 据采集 系统 ，给 出了热 力站数据采 集系统 的软硬件设计 ，实现 了故障诊 断 中心 、各 热力 站数 据采集设 备的 时钟同步 。实验结果表 明 ，采 集设备 的时间同步 误差为毫 秒 级 ，符合 负压波诊断泄漏故障的 时间 同步 要求。 关键词 ：管 道 ；泄漏 检测 ；定位 ；负压波 ；时钟同步 中 图分 类号 ：Ｔ Ｐ２ ２ ３ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ － ０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ （ 下） －ｏ ｌ ５ ０ － ０ ４
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成 。在 各 个 热 力 站 完 成 对 压 力 和 温 度 信 号 的 采 集
处理 ， 由故 障诊 断 中心 分 析 计 算 确 定 采 集数 据 的 突 变 点 ，进 而 确 定 故 障 点 的 位 置 。本 文 侧 重 于 热 力 站 采 集 系统 的设 计 与 开 发 ，在 满 足 功 能 要 求 的 条件 下 尽 可 能选 择 集 成 度 高且 功 耗 小 的芯 片 以保 证 系统运 行 的稳 定性 。
光 纤 测温 系统 用 来 进 行泄 漏 诊 断 ， 成本 昂贵 无 法
１＋—————————一 一 一
实 施 。 目前 管 道 泄 漏 的检 测技 术 有 听 声法 、 内 投
球 法 等 ，然 而 由于 供 热 管道 的 介 质 和环 境 的特 殊 性 ，这 些方 法 未 能 在 供热 管 道 上 得 以 应用 ，且 实 时 性较 差 。 为 了能 迅 速 诊 断 并 定 位 泄 漏 点 ，本 系统 采 用