Smartball智能球渗漏检测系统在污水管道中的应用

时间：2024-05-20

王玉潇郭留术王玉冰

（1.中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州450001；2.天津大学建筑工程管理学院，中国天津300000）

污水管道埋入地下，由于受地理环境、污水介质等诸多复杂因素的影响，随着年限的推移，会逐渐出现管道裂缝、渗漏等现象。污水管道的渗漏不仅污染环境，而且严重时可能造成路面塌陷、房屋围墙倒塌，严重威胁人民的生命财产安全。目前，通常采用CCTV检测方法对污水管道渗漏进行检测，但是这种方法无法对微小渗漏进行检测，只对较大的渗漏点才能观测到。由加拿大的Pure Technologies Ltd-Abu Dhabi公司提供的Smartball智能球泄露检测系统应用于污水管道中，很好地解决了对管道中微小渗漏进行检测和定位的问题。

1 Smartball简介

Smartball是以声波检测技术为基础，通过对压力管道中渗漏水流或气体异常声波的检测，而对微小渗漏进行识别和定位的一项技术,其主要包括智能球、主机、声波接收器（SBR）。其中智能球是此检测系统的核心部件，智能球是一个装有声波传感器的专门用来检测渗漏点的球体，它由一个紧密的铝合金芯构成，其中包括电源、电子仪器、声波传感器、三轴加速器、三轴磁力计、GPS同步超声波发射器、数据存储器、温度传感器。铝合金芯外包一层氨基甲酸乙酯球壳，从而保证了结构的密封性和抗腐蚀性。检测时，将智能球装在一个泡沫保护外壳里，这样可使装置在沿管线推进过程中扩大和管壁的接触面。

图1 Smartball、泡沫保护壳及声波接收器

Smartball由发球设备进入管道后，随介质在管道内滚动前进，其在管道中移动的位置，对于渗漏的定位起着至关重要的作用。图2中是一个声波传感器，将其固定在管线中，通过同轴电缆连接到Smartball的接收器上。对于Smartball的追踪以及渗漏的定位，我们采用特殊的技术方法处理。

1）球体运动：Smartball在沿管线移动过程中发出超声波，通过球体发出超声波到接收器接收的时间，通过严密计算来对球体进行定位。最重要的是，球体在运动过程中，接收器通过发生点能够非常及时的确定球体的位置，这对渗漏点的定位非常有效。

2）渗漏位置的确定:一旦怀疑有渗漏，通过分析Smartball通过管道位置时产生的数据对渗漏进行定位。通过Smartball自身携带的加速度数据仪所测定的数据，用曲线拟合SBR接收点而建立速度变化图，通过时间的变化确定准确的距离，这就能对渗漏进行定位。这些从SBR上接收的带有时间的数据就可以确定出绝对的位置。

图2 声波传感器

2 Smartball在实际工程中的应用

2.1 工程背景

阿曼马斯喀特污水收集工程位于阿曼首都马斯喀特市，是当地政府投资的重要项目之一。2004年中国水电建设集团中标该项目。该项目起初横跨 5个城区，主要工程包括：250km长、管径为 1000~ 2000mm GRP排水主干线管道铺设；250km长、管径为160~800mm的PVC直线管道铺设；建设流量为2000m3/s、水头为59m的中央污水泵站一座和流量为200m3/s、水头为20m的泵站两座以及大约300km的pvc入户连接和灌溉管道铺设。2007年合同变更后，施工面积大约为20平方公里，施工区域主要为Ghubrah和Azaibah两个区域，主要工程量包括：351.1km的管道施工，其中包括大约7km长、管径为1000~ 2000mm的GRP排水主干线管道铺设以及160~800mm支线管道铺设；流量为2000m3/s、水头为59m的中央污水泵站一座。

2012年9月对从泵站到18#大街直径为600mm的GRP管线（AV4~WO5）进行渗漏检测，此段管线修建于2009年，管线长度为2365.8m，管道内实际压力为4bar-8bar。由发球筒将带有泡沫球壳内的球体通过AV4检查井上的6寸法兰进入管道，利用SBR进行检测以确保Smartball顺利进入管道中，球体在水流作用下沿着管线移动，最后在WO5检查井处由收球筒收回。此段检测共历经4小时10分钟，其中检测到4处声波异常，经过判断为渗漏。渗漏点位置情况详见表1。

小渗漏量大约为0-7.5L/min，中等渗漏量大约为7-37.5L/min，渗漏量大于37.5L/min为大渗漏量。

表1 Smartball所检测的AV4～WO5段的渗漏位置

在整个运行过程中，Smartball的压力传感器所探测和实时记录的数据为工作人员提供了重要的信息。另外，其内部的三维加速计也有助于确定其在管道中的位置以及球体在管道中的运行情况，这同样也为工作人员识别流量中断的位置以及球体离开和到达收发筒的时间等提供了重要的信息。