Технологии за локализиране на течове от водопроводи

В и КСп. Инженеринг ревю - брой 3/2020 • 04.05.2020

Значимостта на питейната вода нараства постоянно с годините. Както потребителите трябва непрекъснато да се стремят да намалят ежедневната си консумация, така и ВиК операторите продължават да търсят възможности за нейното пестене. Фокусът е насочен предимно към разпределителната мрежа, която поради различни причини е изложена на висок риск от течове и значителни загуби на вода.

 

Визуални техники

CCTV е техника за оценка в реално време, която е по-евтина и по-безопасна от алтернативната инспекция от специализиран персонал. Системата включва камера и осветителни уреди, монтирани на носител, който се придвижва през тръбите с помощта на лебедка. Техниката се състои от следните етапи: разполагане на носителя и камерата във водопровода от шахта за инспекция; придвижване на системата в тръбата и заснемане на изображения и видео на вътрешността й; подаване на данните към компютър за обработка.

При регистриране на теч носителят спира, позволявайки цялостна инспекция на участъка с камерата. Поради това общото време на инспекция при използването на CCTV зависи пряко от броя и размера на течовете. Това прави метода бавен и времеемък. В допълнение, за недостатък може да се смята и субективността на интерпретацията, тъй като операторът трябва да открие, оцени и класифицира течовете. Друго ограничение е, че CCTV не може да функционира във вода, което означава, че за цялостна инспекция е нужно водопроводът да бъде източен. Дори тогава обаче получената информация от изображенията на вътрешността на тръбата ще бъде ограничена. Потенциално решение на този проблем е автоматичната оценка на снимките чрез техника за обработка на изображения.

С техниката на лазерно сканиране може да се определи профилът на вътрешността на водопровода по неговата дължина. Методът може да спомогне и за откриване на загубата на материал вследствие на корозия. Технологията включва пропускане на непрекъснат лазерен лъч през вътрешността на водопровода, който осветява и профилира всяка точка от тръбата над нивото на водата. Тъй като има възможност за дифракция на лазерния лъч във водата, техниката се използва само при ниски дебити (през нощта) или при източен водопровод. Оборудването за лазерно сканиране на практика включва въртящ се носител, който контролира лъча. Резолюцията на получените изображения зависи от скоростта на носителя, скоростта на въртене, грапавината и цвета на тръбната стена и др. Посредством 3D лазерно сканиране може да се получи и триизмерен профил на водопровода, както и 2D изображение на напречните сечения.

 

Електромагнитни техники

При метода на изпитване с разсеян магнитен поток се използват магнити за създаване на поле около метални водопроводи. Аномалии като напречни или надлъжни пукнатини и корозирали участъци изменят равномерното разпределение на магнитния поток. Тъй като проблемните тръбни сегменти не могат да поддържат магнитния поток толкова добре, колкото неувредените участъци, в тях потокът ще е с изменени характеристики, които се регистрират с магнитни сензори.

Друга техника е използването на вихрови токове. Тя е приложима за чугунени и стоманени водопроводи с диаметър по-малък от 10 сm. При този метод в тръбата се индуцира периодично магнитно поле чрез изменянето на тока на бобина. Полученото магнитно поле създава електрически токове, които също създават магнитно поле, вследствие на което импедансът на бобината се изменя. При придвижването на бобината по продължение на тръбопровода характеристиките му се идентифицират чрез измерване на импеданса.

Работният принцип на хидроскопската технология се основава на предаване на електромагнитен сигнал през стената на водопровода. Състоянието на тръбата се оценява на база приемането на този сигнал от детектор и измерване на измененията му. Цялата система се поставя във водопровода през шахта за достъп и се придвижва през нея благодарение на водния поток. Технологията позволява на ден да се инспектират по 1000 m, но е установено, че дефекти с големина под 3000 mm2 не могат да бъдат регистрирани. Записваните на всеки 1,5 mm данни се предават по кабел към компютър за последваща обработка. Системата може да функционира под вода, поради което не се налага източване на водопровода.

За откриване на течове от водопроводи се използва и метод, при който два силни магнита се инсталират в стeната на водопровода. Те осигуряват магнитно поле, като материалът, от който е изработен тръбопроводът, пренася индуцирания магнитен поток. Тъй като плътността на потока зависи от напречното сечение на тръбата, промени в този показател могат да са индикатор за наличие на дефект. Резките изменения в магнитния поток показват пукнатини, а постепенното изтъняване на тръбата поради корозия води до симетрични, плавни изменения в магнитното поле. Този метод се използва предимно за локализиране на течове от метални тръбопроводи с диаметър над 100 mm.

Георадарната техника се базира на пропускане на електромагнитни вълни и получаване на отраженията от тях от подземни обекти. Методът позволява локализиране на течове чрез откриване на кухини, формирани вследствие на изтичащата вода. Георадарната система се състои от предавател и 2 или 3 приемни антени с различни честоти и с нея могат да бъдат определени местоположението и състоянието на активи на дълбочина от 5 m. Въпреки че георадарната техника е метод за оценка на водопроводи в реално време, прилагането й изисква квалифициран оператор, който да анализира данните. Вълните могат бързо да загубят силата си, ако се придвижват през проводими почви.

Свръхшироколентовата технология във времевата област (time domain ultra wideband) е метод за мониторинг на състоянието, който функционира в по-широк диапазон от честоти и предоставя изображения с по-добра резолюция. Честотата е в порядъка на 1000 до няколко милиарда в секунда. В повечето случаи тази технология се използва за откриване на течове от водопроводи, конструирани от цветни метали. Работният принцип се основава на излъчване и приемане на импулс, благодарение на който се локализират кухините в почвата около тръбата. Според редица проучвания техниката се отличава с изключителна точност, тъй като спомага за определяне на всички характеристики на даден дефект – локация, размер и пространствена ориентация. С помощта на метода се регистрира и дебелината на водопроводната стена и се идентифицират корозирали тръбни участъци.

 

Акустични техники

Сонарната система е акустичен метод за детекция и локализиране на течове, който предлага предимството, че може да се използва и под вода. Принципът на работа на тази система се основава на измерване на времето, необходимо за преминаването на звуков сигнал от предавател до определена цел и обратно. Въз основа на измерената стойност и скоростта на звука в конкретната среда може да се изчисли разстоянието между целта и предавателното устройство. Скоростта на сонарния сигнал е приблизително 0,1-0,2 m/s, а честотата на предаване е един на всеки 1,5 s. Всеки получен сигнал съдържа данни за специфично сечение на водопровода. Тъй като скоростта на звука е различна във въздуха и водата, сонарната система не може да се ползва едновременно и в двете среди, т. е. изображенията трябва да се снемат отделно в различните участъци, след което да бъдат слети в края на инспекцията. Сонарната система използва различни честоти за отделните приложения. За по-добра резолюция се работи с висока честота, а за проникване на по-голяма дълбочина – с ниска. Явно е, че проблемът на ниските честоти е получаването на нискокачествени изображения, а на високите честоти – проникването на по-малка дълбочина. При малки течове и в условия на бистра вода се препоръчват високи честоти, а ниските са подходящи за мътна вода.

Доказан метод за локализиране на течове от водопроводи е използването на регистратори за шум, които се инсталират в пожарни кранове в рамките на определен участък от мрежата за една или две нощи. Записват се стойностите на шума в най-тихите моменти от измерването. Чрез систематично преместване на регистратора в проучваната зона бързо и лесно могат да се идентифицират пожарните кранове, при които може да бъде измерен силен шум.

В случай че количеството изтичаща вода е много голямо и съществува неизбежен риск от причиняване на щети, са необходими по-бързи методи за локализиране на повредения водопроводен сегмент. В такива ситуации често се използват изпитвателни пръти, с които специалисти оценяват нивото на шум при всички фитинги като вентили, спирателни или пожарни кранове. Тъй като ефективността на акустичните методи до голяма степен зависи от фоновия шум и от опита на оператора, тези инспекции често се извършват през нощта. Най-голямото им предимство е, че са подходящи за всички мрежови структури. Шумът, който се чува при теч, се влияе от естеството на тръбопровода, неговия конструкционен материал и диаметър, поради което е силно индивидуален във всеки отделен случай.

За да се стартират изкопни дейности с цел отстраняване на теча обаче, трябва да се определи точното му местоположение, което не може да се осъществи просто чрез инспектиране на фитинги. Една от техниките, прилагана успешно в продължение на много години, е методът на корелация, включващ инсталирането на микрофони на две места (обикновено при фитинги). Сигналите на микрофоните се предават безжично до приемник, който ги анализира. След това корелаторът показва точната позиция на теча като разстоянието от едната от двете точки на измерване. Този метод не изисква висока квалификация на оператора, а точността на измерването се определя от обективни фактори – дължината на водопровода между двата фитинга, използвани като измервателни точки, и материала и диаметъра на разглеждания тръбен сегмент.

 

ЕКСКЛУЗИВНО

Top