田鹏
陕西市政建筑设计研究院有限公司 陕西西安 710000
摘要：埋地供热管网在管线设计时受实际情况影响，诸多危害性缺陷存在安全隐患，随着管线使用时期的增长，这些危害逐渐显现。埋地供热管道会因地下水位、水质、土壤等因素加快管道损坏、腐蚀，而产生的各种诱因的损坏。需要找到一种行之有效的检测方式对存在安全隐患的管道进行检查、评估，但这些检测技术仍然在探索阶段。
关键词：供热管网；非开挖；无损检测；技术
1研究背景及意义
近年来，我国北方较多城市已初步形成了以热电联产为基础的多热源网络供热体系，甚至形成了“一城一网”的供热新格局。随着供热管网长度的迅速增加，供热管网腐蚀老化引起的泄漏事故日益增多。城镇埋地供热管网由于埋在地下，很难进行全面的定期检查。供热管网材料往往伴随着一些材料本身的缺陷，管网在其运行和使用过程中发生腐蚀穿孔和外力破坏，导致管网安全事故时有发生，这样的供热管网安全风险是巨大的。
通过有效的无损检测手段，定期对热网进行检测和安全评估，建立热网健康档案，规划和发布热网维护规程，有针对性地进行热网维护，已成为热网行业亟待解决的问题。
2国内外热网无损检测研究现状
目前，国内外有许多无损检测技术和设备正在进行实验研究或试运行。根据无损检测技术在不同地点的应用情况，比较先进的有泄漏声相关检测技术、红外成像检测技术、“nopig”管道非开挖检测技术、瞬变电磁检测技术、超声导波检测技术等，可分为内部测试技术和外部测试技术。
2.1内部检测技术
管道内置探测器或管道检测机器人用于检测管道内壁的实际情况。这种检测方法更适用于大管径、长距离的管道腐蚀检测。这种检测的基本原理是基于漏磁检测、超声波检测和涡流检测技术的实际应用。该检测方法的应用需要为检测设备提供一个良好的路径，比如被检测的管道直径足够大，路径是直的，但是由于自身检测方法的局限性，这种方法会出现堵塞的情况。如果管道因腐蚀而被杂质或管网中其他物质堵塞，或管道角度变化较大，检测器无法工作，妨碍正常检测。另外，这种方法只能在热网停运期间使用。因此，对不同规模、走向复杂和运行中的供热管网采用该检测技术较难实现。
2.2外部检测技术
直接在管道上方进行检测，在管道中施加额定的交直流电信号，通过接收到的信号变化判断缺陷的无损检测方法，可称为外部检测技术。现有的管内电流法、电位梯度法等外部检测技术主要用于管道覆层损伤的检测，相关技术的应用已经比较成熟。然而，利用外部检测技术对管道本体金属缺陷进行检测是工程界尚未解决的问题。
2.2.1“NOPIG”管道非开挖检测技术
“NOPIG”检测技术是在管道两端加载含有多种谐波的多频交流电，随着传感器的移动，采集管道周围的磁场信息，然后根据趋肤效应和管壁杂散磁通等数据分析各种频率情况时的磁场分布，进而分辨管体内的异常信息。
发射机一端与管体连接，另一端与大地连接，输出不同频率的检测信号。多通道磁传感器安装在半圆支架上，半圆支架是一个接收器。传感器组合呈阵列分布，能接收到管道内各个方向的磁场信号。通过数据分析确定了“管内等效电流中心”的位置，计算了不同频率状态下等效电流的中心偏移位置。最后确定了腐蚀缺陷的位置，计算了金属损失率。该检测方法还存在许多不足，如受实际情况的限制和理论基础不完善，检测精度低；重型设备对地形有要求，在不平坦地形下难以实施，检测效率低。
2.2.2瞬变电磁探测技术
这种探测方法基于电磁感应原理，是一种时域人工源电磁探测方法，起源于地球物理勘探领域。在油气田长输管道的外部无损检测技术中，该检测技术具有明显的优势。埋地金属管道腐蚀检测率高。在我国，该技术已应用于石油管道、天然气管道和城市供热管道的检测，取得了良好的工程应用效果。瞬变电磁法不受复杂场地条件和管道运行条件的影响。
它可以同时获取管道内外腐蚀缺陷信息，对管道的整体腐蚀进行评价。
该方法的缺点是受该方法原理的限制，在检测管道腐蚀时只能得到某一区域的平均腐蚀情况，对于小规模点蚀、点蚀等小金属损失，分辨率较低，不能区分内壁腐蚀和外壁腐蚀。它只能对腐蚀截面进行轴向定位，不能对腐蚀信息进行圆周定位。
2.2.3超声导波检测技术
超声导波检测技术是利用环形传感器将导波传输到未覆盖或包裹的管体上，导波根据管壁截面的变化进行信号反馈，反映管体覆盖或包裹部分的腐蚀情况的技术。
国内学者也进行了大量的实验研究。这些实验结果表明，该检测技术的检测效率和灵敏度都有很好的效果。这种检测方法可以实现埋地管道的无开挖远距离检测，但也存在一些缺点，如波源对纵波导波传播的干扰，弯头处的复模态转换等；此外，还存在一些问题，管道焊缝严重影响导波传播距离，导致实际运行效果不佳。
2.2.4磁力层析（MTM）检测技术
铁磁性金属材料在应力作用下会出现位错滑移和应力集中区。在地磁场的作用下，该区域的磁畴会自发旋转产生磁极，产生的磁力抵消应力集中产生的弹力，从而在被测铁磁材料表面产生具有磁记忆的漏磁场。
磁层析检测技术是为检测直埋金属管道而发展起来的一种非开挖检测技术。根据铁磁性材料的金属磁记忆原理，利用磁场对直埋金属管道进行磁化，管道中的应力引起磁异常。利用磁强计对管道沿线的磁异常信息进行检测，进而对缺陷进行定位和定性。
MTM技术能够高效地检测缺陷，能够检测出金属损失、应力腐蚀、形状变化等多种缺陷。然而，磁层析诊断系统要求管道内有一定的压力，磁信号微弱，且易受环境因素的影响，对应力集中区比较敏感，对缺陷的实际检测效果尚未得到证实。
2.2.5无源弱磁检测技术
这种检测方法是一种利用高精度传感器进行信号检测和数据采集，通过对比分析被测物体磁场强度变化来检测缺陷的无损检测技术。该检测方法是一种完全被动的非接触检测技术。
弱磁场检测技术可用于管道在服役期、竣工验收期或定期技术检测等安全检查期。它可以100%检测覆盖区域内的管道。可探测管道直径50-1200mm，埋深500-2500mm。它可以检测各种类型的缺陷，如金属损耗（点形、平面形）、异常应力、裂纹、几何变形（沟槽、褶皱）等，缺陷检测率达到80%以上。这项技术由南昌航空大学于润桥等人研究开发。通过对比分析检测环境中磁场强度的变化，采用数理统计模型对管道进行检测和评价。
3在役热网非开挖检测技术的不足与展望
先进的非开挖检测技术在国外或油气管道中已经得到应用，但在我国还缺乏相对成熟的经验。然而，被动弱磁法探测技术由于不需要开挖道路、相关传统听针、相关器等设备，近年来在北京、天津等城市得到了一定程度的应用，为在役热网健康评价提供了强有力的技术依据。然而，这种检测方法受铁磁性材料的干扰影响很大，影响了检测精度。有必要建立屏蔽环境，丰富干扰环境中相对环境变化的参考变化数据库。影响这种检测技术的因素有：（1）受环境影响：地下环境覆盖层、覆盖层、地面围栏、井盖、隔离带等；（2）受管道埋深限制：埋深超过3米的管道检测率较低；（3）受路面起伏影响条件：如管道上方是否存在压力物体、道路是否平坦等，针对上述缺点，还有很多方面需要改进，如建立专用轨道，以实现地上架空检测，不受道路的干扰和限制以及其他因素。检测精度有待提高，对缺陷性质的判断有待提高，从而进一步丰富缺陷数据库，增加数据库资源，提高识别能力。
结论
随着城市供热领域的不断发展和大型供热企业科技创新投入的不断加强，供热管网的无损检测技术和健康评价体系也在逐步完善。先进的无损检测技术如被动弱磁检测技术也将发挥越来越突出的作用。
参考文献：
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