فناوری جدید تشخیص برای جلوگیری از نشت آب از لوله های حرارت منطقه ای

22 دسامبر 2022 -توسط شورای ملی تحقیقات علم و فناوری-سنسورهای نصب شده روی لوله حامل

تصور کنید در حالی که در خیابان قدم می زنید،  لوله آب جوشی در میانه راه می ترکد. خطوط لوله گرمایش منطقه ای آب گرم را در دمای 120 درجه سانتیگراد با فشار ثابت از یک کارخانه تاسیسات تولید آب گرم گرمایش منطقه ای تا نقطه تقاضا تامین می کنند. هنگامی که نشت اتفاق می افتد، می تواند کشنده باشد.

دولت کره و سازمانی که مسئول بهره برداری از سیستم خطوط لوله گرمایش منطقه ای است، از زمانی که یک خط لوله آب گرم زیرزمینی در نزدیکی ایستگاه متروی Baekseok در ایلسان در 4 دسامبر 2018 پاره شد، از نزدیک سیستم را زیر نظر گرفته اند. بر اثر این حادثه، یک نفر جان خود را از دست داد و 56 نفر مجروح شدند.

موسسه مهندسی عمران و فناوری ساختمان کره (KICT) به ریاست رئیس جمهور کیم بیونگ سوک، فناوری جدیدی را برای تشخیص عیوب برای جلوگیری از نشت آب از لوله‌های گرمایش منطقه توسعه داد که انرژی را به روشی سازگار با محیط زیست و اقتصادی تامین می‌کند.

لوله های پیش عایق (PIP) مورد استفاده برای خطوط لوله گرمایش منطقه ای شامل یک لوله حامل ساخته شده از فولاد معمولی است که آب گرم را انتقال می دهد، یک ماده عایق که دما را حفظ می کند و یک لوله پوششی ساخته شده از پلی اتیلن با چگالی بالا که از مواد عایق محافظت می کند. در مقایسه با لوله های بدون پوشش مورد استفاده برای آبرسانی یا گاز طبیعی مایع، تشخیص PIP به دلیل دما و فشار بالا دشوارتر است.

یک سیم تشخیص معمولی که برای تشخیص نشتی در PIP ها استفاده می شود، دچار شکستگی های مکرر می شود و رادار نفوذی زمین (GPR) دقت پایین تری دارد. یک دوربین تصویربرداری حرارتی تنها زمانی نشت آب را با دقت تشخیص می دهد که نشتی حجم بالایی داشته باشد و برای لوله های عمیق مدفون بی فایده باشد.

KICT با استفاده از سنسورهای انتشار صوتی (AE) و حسگرهای شتاب‌سنج و طبقه‌بندی سیگنال‌ها با استفاده از یادگیری ماشین برای افزایش دقت تشخیص و تشخیص ناهنجاری‌های مختلف از جمله نشت آب، تحقیقاتی را در مورد اندازه‌گیری سیگنال‌های غیرعادی خطوط لوله انجام داد.

برای آزمایش، یک کارخانه آزمایشی مجهز به سیستم گرمایش منطقه ای در گردش ساخته شد که در آن دو خط لوله مستقیم به طول 259.6 متر هم روی زمین و هم در زیر زمین نصب شده بود. چهار نوع چیدمان لوله‌کشی با لوله‌های مستقیم، موج‌دار، منشعب، و لوله‌دار، دمای 80 ~ 120 درجه سانتیگراد و فشار 8 ~ 12 بار به عنوان شرایط برای آزمایش تعیین شد. برای آزمایش انواع عمده ناهنجاری‌ها در خطوط لوله، نشت آب، خوردگی و ترک‌ها بازتولید شد. آزمایش بر روی خطوط لوله هم در زمین و هم در زیر زمین انجام شد.

سیگنال‌های اندازه‌گیری‌شده و طیف تبدیل‌شده از سیگنال‌ها به ویژگی‌هایی تبدیل شدند، که به نوبه خود به ماشین بردار پشتیبان (SVM)، یکی از ابزارهای طبقه‌بندی یادگیری ماشین آموزش داده شدند. برای خط لوله روی زمین، دقت نصب حسگر، ناهنجاری‌ها و ترتیبات لوله‌کشی به طور متوسط 97 درصد بود. برای خط لوله زیرزمینی، دقت برای شرایط مناطق نصب شده بر حسگر و ناهنجاری‌ها تنها به طور متوسط 99٪ بود. این میزان دقت مشابه خطوط لوله آب و گاز است.

این تحقیق نشان داد که امکان تشخیص ناهنجاری های PIP توسط سنسورهای AE و شتاب سنج وجود دارد. دکتر لی هونگچول گفت: “روش تشخیص پیشنهاد شده در این تحقیق ممکن است تنها راه عملی برای جلوگیری از نشت آب باشد، زیرا سطوح دقت سیم تشخیص نشت آب، دوربین تصویربرداری حرارتی و GPR پایین است.  زیرا می‌توان فقط نشت آب را تشخیص داد. با این حال، اعتبارسنجی در میدان واقعی ضروری است، زیرا متغیرهای زیادی وجود دارد که علاوه بر نویز و لرزش معمول، ناهنجاری‌ها و شدت آنها را نشان می‌دهد.