水和废水管道无损评价和健康监测:复习一下

文摘

民用基础设施,如桥梁、建筑、管道确保社会经济和工业繁荣。具体来说,管网保证等主要大宗商品的运输水、石油和天然气。管道缺陷的定量和早期检测是至关重要的,以避免严重后果。重大事故和经济衰退的结果,研究和开发领域的管道检测主要集中在天然气和石油管道。由于水的低成本,无损检验(NDI)的发展和结构健康监测(SHM)技术对新鲜水管道和下水道已收到至少关注。此外,相关的技术挑战的实际部署监控系统协同交互跨多个学科的需求,这可能限制了从实验室过渡到真正的结构。介绍了最常用的概述NDI / SHM技术淡水管道和下水道。说基础设施带来的挑战,对石油和天然气管道网络将讨论。最后,方法可以转化为单孔位微吹气扰动方法突出显示。

1。介绍

工程系统的可靠性等管道、铁路、公路、海上平台、和其他结构元素是必不可少的避免(或为了避免)灾难性的失败,可能伴随着对环境的严重后果,导致人类生命的损失,和生产吨位的拆迁浪费。为公众使用,设计结构是安全标准化创建了建筑规范和设计方法。不幸的是,结构经常是受到了严厉加载场景和严重的环境条件没有预料到在设计过程中,将导致长期结构性恶化(1]。

无损评价(NDE)和结构健康监测(SHM)技术的目标是评估现有基础设施的可靠性。通过防止故障和检测损伤处于初期阶段,它可能间接推断,这些基础设施的生命周期可以扩展。濒死经历在时间的基础上进行的通常是通过使用商用技术人才。相反,单孔位微吹气扰动系统从传感器收集数据,最好是永久安装在一个给定的结构。显示数据处理的损伤诊断方法,提出了在过去的二十年里,在报道2,3]。一般来说,SHM的过程可以被定义为实现损伤识别策略工程基础设施。损伤识别过程一般被认为需要建立:(i)损伤的存在,(2)损伤的位置,(iii)损伤的类型和(iv)的损害严重程度(4]。根据大小、位置和操作条件下的工程系统的考虑,一个可靠的和永久监测系统可以非常具有挑战性的。因此,基于时间的方法更合适。特别是水和污水管道埋。

综述论文,我们专注于濒死经历和单孔位微吹气扰动方法,提出了在过去二十年来检查或监测淡水管道和污水管道。由几个重大事故和经济衰退,研究和开发领域的管道检查重点集中在天然气和石油管道。由于水的低成本和埋管与监测相关的技术挑战,淡水系统的濒死经历/ SHM至少已经收到关注。

本文提供了一个通用的指南对于那些研究人员感兴趣的探索和提出新的解决方案应对挑战与检测/监测淡水电源或污水管道。

2。动机

相关的经济和社会成本与管道打破了现代供水系统正在迅速上升到高得令人无法接受的水平。许多管道被安装在20世纪,今天的第一部分是在贫穷的条件和继续恶化。管道破坏的后果包括直接成本(维修成本,成本的水损失,破坏周围的基础设施和房地产成本,负债),间接成本(成本的供应中断,成本可能增加的恶化率周围的基础设施和房地产,消防能力降低成本),和社会成本(成本的水质量恶化由于污染物侵入,公众信任的降低成本和质量的供水、交通中断和业务成本,供水中断成本特殊设施)(5,6]。

在最近的一份文件,美国(美国)环境保护署(EPA)报道,每年有240000水管断裂在美国中西部大型公用事业中断从每年250增加到每年2200 19期间。缺乏水分配系统原因,据美国地质调查局(U.S. Geological Survey),每年1.7万亿加仑的水的损失在国家每年花费26亿美元(7]。

在宾夕法尼亚州的匹兹堡,最近两次的失败发生在2009年5月。水主要巷道打破了一个7.6米宽的洞,促使匹兹堡供水和排污管理局(PWSA)关闭一个街道。PWSA发现了一个203.2毫米(8英寸)管破碎,反过来,造成下水道崩溃(8]。休息很长一段时间没发现,允许地下洞生长足够大,最终导致巷道上方崩溃。几周后,第二次打破导致关闭88号公路。冲水导致路面扣(9]。2009年9月,1.57米(62英寸)水管坏了洛杉矶地区造成公路关闭三天,破坏附近的家庭和企业(10]。

3所示。管资产

管道供水系统的主要资产之一(WSS)和可分为传输干线、分布电源,和服务。各种各样的材料和技术已经被用于供水管道的生产。特定的管道的材料取决于安装和直径。大传输管道(直径300毫米),钢、低碳钢水泥衬里(MSCL),或预应力混凝土圆柱形管道(pccp)通常使用。老配水管道通常由铸铁或石棉水泥,而主要球墨铸铁和氯化保护剂(PVC)用于新电源(6]。

管失败可以被描述为一个多步过程如图1:安装、启动腐蚀、裂纹泄漏之前,部分失败,彻底的失败。管道在运行一段时间后,内部或外部的腐蚀过程开始(或两者)的表面。这些过程产生裂缝等异常,腐蚀坑和石墨化。在某些情况下可以由机械应力裂缝。他们都没有严重到足以引起泄漏。发展中腐蚀或裂纹的残余强度降低内部或外部压力,下面的管壁产生管壁优惠和泄漏。在某些情况下,这部分失败容易发现不够大。最后,彻底失败的管道可以引起的裂纹,腐蚀坑,先前存在的泄漏/破裂,或第三方的干扰。失败通常是紧随其后的是水出现在地面或相当大的变化的液压平衡系统(6]。

Kleiner et al。11]的恶化管道分为结构性恶化和内部恶化。第一个发生在管弹性和承受压力的能力降低。内部发生在液压能力或水质恶化减少,或出现严重的内部腐蚀。结构性恶化机制受到许多因素的影响包括管道的类型,其周围的环境,和操作条件。管破损,例外的情况下,它是由第三方引起的干扰,环境和操作压力时可能发生行动管道被腐蚀破坏其结构的完整性、退化、安装、不足或制造缺陷。

石棉水泥和混凝土管道受到恶化由于各种化学过程,浸出水泥材料或穿透削弱水泥的混凝土,形成产品矩阵。经常管故障是由某种形式的损伤或制造缺陷的组合和应用外部力量。PCCP失败当一个足够数量的循环的预应力钢丝打破了在同一地区。电线通常打破当腐蚀活动减少了他们的直径,压力超过其屈服点。这个过程也可能导致损坏导线周围的砂浆(允许加速腐蚀过程的)或内部的混凝土管(12]。

孔隙度是最常见的一种生产铸铁管道缺陷。夹杂物导致不连续管道的材料,可以作为crack-formers。管子的壁厚的变化可能会导致一个管道壁的一部分可能不再有足够的壁厚为预期的最大压力。

管破损类型分类了O’day (13为三个主要类别:环形开裂,纵向开裂,贝尔分裂。此外,苏格兰诗人et al。14]介绍了失效模式:腐蚀斑和吹孔,贝尔剪切和螺旋开裂。图2描绘了这些不同类型的管道破裂。

4所示。管检查

到目前为止,两种类型的故障管理策略可以应用:积极的资产状况评估和反应故障检测和位置。前者旨在防止失败,后者旨在减少反应时间和损失与失败有关。然而,随着基础设施老化,水涨的价格,材料成本的增加,压力增加在公共部门管理策略从被动到主动的转变。

由于不同的拓扑结构和水力特性的传输(管道)和分配(网络)组件的供水系统,独立的故障检测和定位技术提出了过去。这些技术可分为主要根据他们利用的物理现象:电磁、机械、或视觉。一个广泛的描述原则,上述每个技术的优势,和局限性是超出了本文的范围。有兴趣的读者可以参考一些书籍的濒死经历的面积和单孔位微吹气扰动15- - - - - -19]。性能和每种技术的可行性与他们的能力来衡量有限或大部分,和需要中断服务允许直接访问。

检验方法的选择主要是由管子的尺寸和材料。例如,涡流(EC)、电磁测试(EMT)和超声波测试(UT)是用于金属管道。声发射(AE), impact-echo (IE),声纳,目测是用于混凝土管道。实现这些方法的管道检测仪表(猪),电脑,独立的设备插入液体流经的管道和向前推动,记录信息。猪最初开发去除存款可能妨碍或阻碍流过管道(20.]。

Misiunas[所指出的6],与石油和天然气行业的管道已经检测和大量投资在常规仪表,配水管道通常差检测和水务的预算不允许仪器的大型投资。因此,大多数技术最初被开发或应用于石油和天然气工业。

4.1。声发射

AE正式定义为“释放产生的瞬态弹性波快速在材料应力再分配”(21]。这些波浪压电传感器等传感器,探测到由或加速度计。的实际来源材料内的瞬态波是一种变化通常是永久性的和不可逆的,如裂缝的发展;所以AE方法适用于检测损伤发病和/或传播,但不能检测现有的或“沉默”的伤害。在PCCP和钢筋混凝土管道、AE适用于检测钢筋的优惠,在混凝土裂缝出现和传播。其他来源的排放量摩擦、裂纹扩展、湍流、泄漏和腐蚀。

特拉弗斯(22]报道使用声纳系统检测的声音造成的失败和随后的滑脱PCCP的钢丝。工作源于广泛的钢丝的腐蚀和失败超过6英里的15岁在1990年中央亚利桑那工程管道使用。最初的现场测试包括一个双水听器。先后有2英里的连续监测管道通过一组12个水听器和计算机系统来检测管道的声音,其分类为wire-related声音或外来的声音,而且,基于wire-related声音的位置,地图领域的管道恶化。

Shehadeh和合作者23)提出了一个线性阵列传感器定位和重建AE源的时域和频域签名管道。使用模拟源部分的线管和一系列技术,包括小波变换技术,互相关技术,提出了过滤和阈值技术。这种方法的适用性在该领域没有了。

可用的、商业化的系统监控管使用加速度计,水听器阵列,或连续光纤传感器。一个声学事件后,记录的信号进行了分析和比较现有的数据库来确定事件的性质。通过AE监测PCCP可能不是非常准确,因为方法局限于检测电线断裂,无法检测已经断丝,监测周期短管的寿命相比(24]。

4.2。涡流

管道检测方法通过EC与交流电使用电磁线圈产生时变磁场的管道。这种磁场导致生成电流在导电材料。这些电流产生小磁场在材料普遍反对原来的领域,因此电磁线圈的阻抗变化。通过测量阻抗的变化的电磁线圈在遍历的样本,可以确定不同管道的特征。该方法局限于那些导电材料。在金属管道,它有可能测量壁厚检测不连续,躺在飞机横向电流。在管道壁厚小至100毫米(94年)可以评估20.]。在钢筋混凝土和PCCP,方法是有价值的定性评估钢筋。

电子商务测试的主要缺点是皮肤深度的大小,这是渗透的深度交流。皮肤深度设置最大深度来确定缺陷在给定频率。要解决这个问题,提出了远场涡流(RFEC)方法(25,26]。RFEC垄断存在的二次场完全穿透壁厚,使全厚度检查(16]。当前沿着管的外面,可以检测到远场线圈,相距大约两倍管道直径的励磁线圈。这种方法依赖于事实远程现场信号大于直接涡流信号的探测器线圈(20.]。

的RFEC-based水气计技术(27)由火车密封包含处理和传输电子模块。它被设计为导线弯曲和t恤,通常是由水流推动通过管道。数据是由一个金属线电缆传送到服务车辆。在IRC评估(28),这种技术被发现能够定位和规模以上的腐蚀坑体积的准确性0.55米(12]。水气计技术和服务声明以下实用的优势(20.,27]:(我)检测通用墙损失、点蚀、石墨腐蚀,(2)同样敏感的内部和外部的墙,(3)测试在潮湿或干燥的管道,(iv)测试通过衬里和规模;广泛的管道清洗不是必须的,(v)易于访问(通过消火栓为6英寸),(vi)效率(每天3000英尺为典型的线),(七)100%检查管壁(20.]。

另一个RFEC技术报道了杰克逊和Skabo [29日]关于Ferroscope系统由Cyberscope罗素所使用的工业公司和濒死经历系统,埃德蒙顿(阿尔伯塔省)20.]。两个探针通过管道,管道的一个扫描整个周长小缺陷,第二三个传感器间隔评估损害的大小。该方法检测金属损失25%到60%的原始管道壁厚。彻底的描述这个远程现场测试系统提出了16]。

Nestleroth和戴维斯30.)提出了一个替代方法常见的同轴线圈方法诱导低频EC对管道和管。对永久磁铁旋转中心轴用于诱导高电流密度下的材料检验。检测到异常和壁厚变化与当地一系列传感器,测量电流产生的磁场变化的材料。他们的系统显示在图的照片3。

4.3。电磁方法

电子商务测试是基于电磁原理的方法之一。其他electromagnetic-based方法探地雷达(GPR)和短脉冲雷达、电磁模拟的声波和超声波脉冲反射波方法(31日]。探地雷达使用微波波段的电磁辐射探测地下结构反射信号。GPR可以用在各种各样的媒体,包括岩石、土壤、淡水、人行道和混凝土。微波发送通过不同介电常数的材料,例如,检查和定位埋对象,或评估钢筋混凝土的钢筋。微波检测通常由测量电磁波散射的各种属性,或通过一个测试条(32]。传感器或天线作为发射器和接收器。

在管道的应用程序中,可以测量管道从地面或从内部沿管子长度通过移动探测系统。EM方法提供一个准确的估计在某些管道段断丝。然而,一些结果表明PCCP的断丝数可以低估或高估了(24,33,34]。精度高的结果需要进行校准测试在测试管部分更好地理解电磁信号并确定断丝的数量。这些方法还不能够确定具体的信息和数据分析和可能需要由有经验的人员。检查的二级亚铁电源将电磁方法的使用确定的点蚀,腐蚀或石墨化。

最近,在巴尔的摩地区,目视检查,测深和电磁测试被用于试点检验程序对评估条件的17000英尺54-inch PCCP主要传播。视觉调查包括测量和检查每个管道的裂缝和结构性危机的迹象。所有的裂缝,圆周和纵向指出和拍照。内部电磁探测感知电磁异常损坏或恶化引起的预应力电线。结果被记录在一个小车载数据采集系统。随后的数据分析和用于估计钢丝断裂的位置和数量(34,35]。

远场涡流/变压器耦合(RFEC / TC)和极地波(纵波)是两个商用系统,可以提供信息的数量在PCCP断丝。两个系统利用移动平台进行调查在脱水PCCP近似1 m / s的速度。纵波系统由发射器,它产生一个电磁场,接收器捕捉电磁能量通过钢丝。记录的信号显示失真当线坏了,它允许一个估计的数量在检查断丝管(24]。

4.4。Impact-Echo

即是一种非破坏性方法广泛应用于混凝土结构来确定混凝土厚度和检测分层。方法利用压力脉冲的传播引入表面由机械冲击测试对象(36]。方法需要一个简单的信号处理技术,提供厚度、深度分层,混凝土内部和声速,反过来,是混凝土的质量的一项指标。

即对PCCP和钢筋混凝土管道是可行的。它允许检测分层,裂纹在不同混凝土/砂浆/钢界面。方法需要脱水和人类进入管道的内部,但这是可以做到的外部如果外部访问是可用的。尽管IE被成功应用于混凝土结构,其使用检查PCCP提出一些困难(24]:(1)收益率指标方法,不一定相关特性,降低管道的结构完整性(37];(2)很难发现问题的砂浆涂层管(37];(3)该方法还没有自动检查整个管道表面以合理的速度。带有[36)表示,收益率指标的方法,不一定相关特性,降低管道的结构完整性。

4.5。锤测深

类似于impact-echo,锤测深检查是最基本的,首先,和最常用的方法检查PCCP [24]。是由使用锤子或杆罢工发现在职的外管,或管道的内部,但是需要从服务允许船员的条目。锤子测深旨在检测“空洞的声音”区域,这通常是与超然的钢筒混凝土砂浆外涂层的核心和分层。外部观测包括砂浆涂层的退化、纵向和/或周向裂纹砂浆涂层,剥落,断丝,腐蚀电线,腐蚀钢圆柱,锈渍,纵向裂缝,环形裂缝、风化。内部观测包括纵向和周向裂纹混凝土芯,污渍,建设,之前修复错误和关节问题。

4.6。泄漏探测器和瞬态分析

声学泄漏探测器(ALD)和瞬态分析被动检测管道泄漏的方法。ALD系统由监听设备连接到管道或附属物检测leak-induced声音。传统技术依赖于泄漏的检测地面使用加速度计或水听器附加在战略位置38]。地面麦克风也可以用来听和查明泄漏通过倾听在人行道上表面或土壤管的正上方39]。供水部门城市布里斯托尔英国研究噪声性能的伐木工水泄漏位置的网络。研究发现,声伐木工表现相比,专业泄漏检查员(40]。最近伐木工与放大器和集成噪声过滤器来提高信噪比。ALD的有效性方法已经成功地演示了对金属管道(41,42)和塑料管道(43]。ALD的详细评估方法提出了(44]。

在“肾上腺脑白质退化症”的系统中,最常见的泄漏位置是互相关技术。从两个接收器测量振动或声波信号被传输到泄漏噪声相关器,计算两个信号的互相关函数。如果存在泄漏传感器之间的互相关函数将有一个明显的峰值。相应的延时显示泄漏噪音信号的到达时间的差异在每个传感器和传感器的位置有关。通过了解在水中声波的速度,可以查明泄漏位置6,39]。互相关检测结果给出了在43,45]。

撒哈拉沙漠(图4)是一种清管技术基于“肾上腺脑白质退化症”的原则。传感器安装在脐电缆引入管和一个小降落伞使用水流传感器通过管道。当传感器通过任何泄漏检测生成的声音和给操作员一个迹象。脐电缆允许其位置沿管控制(46,47]。

基于瞬态分析方法测量水压力,水力特性,用反演计算(逆分析)进行泄漏检测和定位。方法依赖的事实突然管道破裂创建一个负压力波传播在两个方向上远离管道的极限,反映边界。使用压力数据沿着管道测量在一个位置,初始和反映的时机打破决定引发的瞬态波的位置休息。瞬态波的大小提供了一个打破大小的估计。方法可以增强通过使用先进的模式识别系统和/或信号处理技术,如遗传算法(48,49]。

Misiunas和coauthorsauthors5)提出了一个持续的监控方法在管道检测和定位。连续监测技术验证了通过使用来自两个实验室和田间试验的结果,并显示潜在的检测和定位突然打破了真正的管道。

任课老师等。39]报道使用逆瞬态分析的初始模拟阶段的一项研究,旨在评估的适用性和有效性逆瞬态分析的检测泄漏的水分配系统。模拟进行短暂的严重程度和泄漏大小的各种场景。Misiunas[所总结的6从实验室和现场测试),有限的经验50,51)包括单管情况下,控制介绍了瞬态进行泄漏检测和定位。现场应用所面临的挑战是需要拥有一个准确建模的瞬变和管道系统的边界条件。科伦坡和coauthorsauthors52)提供一个选择性transient-based泄漏检测方法的文献综述。虽然不详尽,大量的出版物引用,试图提供一个合理的截面的研究活动和各种方法。审查表明,野外工作和验证这些技术仍然普遍缺乏。

4.7。漏磁

漏磁场的磁化测试部分,通常一个铁磁材料,扫描其表面与某种形式的flux-sensitive传感器(19]。磁场力线(或流量)流过材料和完成一个磁路径之间的杆件。通量是包含在测试时,其检测空气中的物体周围的空间是非常困难的。然而,如果一个结构异常破坏磁化的表面结构、渗透性改变,漏通量将出自不连续(53]。发现缺陷,因此通过测量管的磁导率的变化。

在管道检查,漏组装成猪携带永久磁铁或电磁铁产生的磁通量管这样的野外旅行和管轴方向相同。这个方法是可行的埋或表面铸铁和钢管检测金属损失与腐蚀有关,检测圆周和纵向裂缝。地区有腐蚀或金属损失,管壁厚度降低,从而导致减少的磁通量相比之下,在一个完整的厚墙。这意味着磁通泄漏管道表面的缺陷发生时。可以测量的漏磁通传感器位于管(12,20.,54- - - - - -56]。泄漏的物理尺寸取决于管道,管道和附近材料的磁特性,压力管道,形状和尺寸的缺陷。检测裂纹漏磁场可能是有限的性能,包括轴向应力腐蚀裂缝和接缝焊接裂缝,因为他们非常浅,长,或狭窄57]。Lijan et al。58]声称aMFL工具可以通过管道0.7 - 4米/秒的速度至少100公里的测试运行。磁化的程度是一个关键因素提供可靠、准确的检验结果20.]。

自1965年以来,当Tuboscope介绍第一个管道漏磁在线检测工具,漏磁场被越来越多地用于管道工业。在供水管道漏磁检测需要猪和管壁之间的密切联系。苏格兰诗人和查冈12)表示,水行业的漏磁工具的使用仅限于清洁,无衬里的管道。一般来说,四种类型的漏磁场工具可供选择根据不同的测试水平的敏感性。他们是标准的或低分辨率的工具,高分辨率(高分辨率)工具,额外的高分辨率(XHR)工具,或者XHR“新一代”系统。四个漏磁工具主要不同分辨率或数据收集的准确性通过改变传感器的尺寸和间距(数量)(59]。

至于其他许多濒死经历/ SHM技术,采用先进信号处理来提高漏磁系统的性能至关重要。Mukhopadhyay和斯利瓦斯塔瓦55)建议使用离散小波变换的去噪和分类的缺陷漏磁场信号。Joshi et al。60)提出了一种自适应小波方法和径向基函数神经网络(时滞)大小。他们使用一种新的方法使用多分辨率小波变换的迭代反演预测3 d几何缺陷漏磁测量获得气体传输管道检查。

4.8。声纳

声纳测量时间的声音从源到目标和旅行回来。通过了解声音的速度通过适当的媒介,从源到目标的距离可以确定。声纳主要用于废水管理提供图形下水道流水下的证据。声纳可以生成一个360度的轮廓的内部填充管,或湿的轮廓区域,适用于“看”表面轮廓。声纳可以在空气或水,但不能同时在空气和水。因此,只有管水线以上的一部分,或相反的部分管道水线以下,可以评估20.,38,61年]。节4所示。9,系统结合Sonar-based技术和闭路电视(CCTV)将讨论。

4.9。超声检测

基于超声波应力波的传播方法使用一个或多个探测器送宽带和窄带机械波通过一个媒介。传统UT,如当地的厚度测量,使用散装波测试有限区域内的超声波探头。这种方法可能会耗时当应用于大型结构。基于超声波的商业系统快和C-scan UltraScan CD检查工具(62年]。CD工具指导超声波压到管壁产生的一个角度金属内的危险。的传感器安装在后方的一个灵活的运输工具。用大量的传感器产生脉冲和接收他们的倒影,多达十同时读数可以从每个缺陷或管道特性。

当超声波传播到一个有界的媒体,引导超声波(GUW)生成。波称为“引导”,因为它传播的媒介引导介质的几何边界。GUWs传播,而不是在波导。在管的应用程序中,GUWs可能沿管道传播的纵向方向,激发整个横截面(19,63年,64年),因此GUWs有效大检查覆盖率是必需的。GUW检查的优点是其探测能力长管道的长度,从几个监视点定位裂缝和等级,提供完整的保险管的横截面(63年- - - - - -66年]。此外,通过结合适当的信号处理的方法,该方法是可行的永久监测管道的健康。

导波的能力来定位裂缝和级距管道已被证实在几个实验室工作(63年,66年- - - - - -69年]。管道GUWs的优点之一是,波传播的理论基础是制定(见,例如,(19])。此外,数值方法,如分散包由英国帝国理工学院(70年),已经开发了从各种波导中提取模态解,包括空和管道。另一个数值方法是2 d有限元法,或半解析有限元(安全)方法,可以模拟任意截面波导通过离散化一个二维的域(71年- - - - - -73年]。

Gauthier et al。74年]报道了一个超声波检查技术使用水平极化横波。这些波可以沿着弯曲曲率,从而使检验和其他不规则的几何形状。他们测试了钢管样本,发现浅裂缝大于10%的壁厚可以检测到。Demma和coauthorsauthors75年]研究实验和扭转的数值反射T(0, 1)引导模式缺陷管道的频率范围10 - 300千赫。两个crack-like缺陷与零轴向与轴区段被认为是不同程度和等级。结果表明,从轴对称裂缝反射系数随深度单调增加频率,并增加与频率在给定深度。nonaxisymmetric裂缝,反射系数是一个大约线性函数的周向缺陷的程度相对较高的频率,反射系数在低周区段以较低的频率低于线性预测。nonaxisymmetric缺陷、模式转换到弯曲F(1、2)模式被认为,在较低的频率弯曲F(1、3)模式也产生了。

领域的应用GUWs最近报道。莱德斯马et al。76年)提出了一个案例研究的导波检测nonpiggable输气管道的近似1公里的长度。管道部分地面和部分水下或埋在土壤里去的。他们使用的设备由引导超声学(77年]。Vinogradov [78年)验证了磁致伸缩换能器的能力来生成GUWs筛选空埋管模型。这项研究没有包括在职水管。太阳et al。79年]和coauthorsauthors使用纵波传播的L(0, 2)屏幕40-meter-long加热管的居民区渤海石油公司在天津的城市,中国。因素,如传感器和传感器环间距的数量,进行了讨论。

PCCP检查超声方法利用超声波脉冲发生器的管壁和分析记录时间和频率脉冲的特点(使用一组传感器放在源)来确定线断裂的可能性。测试可以从内部进行脱水的管道或从外部在职管道。速度和测量管共振频率来确定混凝土质量和检测分层和/或裂缝。尽管声波/超声波方法提供具体的信息,其准确性在检测断丝还不清楚。测试的方法似乎是好选择从外部发现PCCP部分(24]。作为混凝土attenuative比金属,该地区接受传统的UT或GUWs相比较小的金属管道。此外,必须使用的超声波频率低。

4.10。目视检查

视觉相关使用方法闭路电视(中央电视台)。这是内部的濒死经历的标准技术条件的下水道和雨水管道(47]。中央电视台技术包括使用robot-mounted前瞻性锅/倾斜和变焦相机和照明系统安装在轮式运输这两个人孔之间旅行。闭路电视设备由经过认证的经营者被训练来控制相机和解释视频流。央视可以识别缺陷如纵向/周向裂纹,裂纹,变形,崩溃,休息,打开或流离失所的关节,表面磨损或腐蚀,树根渗透,硬壳,横向连接。每个下水道额定基于缺陷的数量和严重性。缺陷代码然后分配分数根据其严重性。然后使用这些分数计算总,峰值和平均分数。基于这些分数,分数在1 - 5范围内计算(80年]。新的先进的数字化视频更users-friendly使这个工具。中央电视台仍然需要经营者的主观解释观察到的缺陷和局限于管道表面上方的表面流动。此外,央视在本质上主要是定性的。最近,软件支持运营商已经开发出来,像AQUA-selekt AQUA-WertMin [81年),或其他图像处理技术。闭路电视系统的能力(1)检测异常沿内墙表面,(2)存储大量的图片,和(3)提供一个结构的图形视图。中央电视台已经走了很长的路之后,现在的主导力量在接收在业内广泛使用先进的检查20.]。

系统,如Panoramo 3 d图所示5山光学扫描仪提供相同的信息作为数字闭路电视,的好处能够打开管道尺寸。这种程度的检查成本几乎是一样的闭路电视,但它的好处提供了一个可测量的分析。

Sarshar和合作者80年]描述软件系统的发展半自动地提取历史条件下数据信息存档下水道检查闭路电视文件。软件是用于访问、分析和评估排污条件数据从央视的视频文件,特别是自动化检测的其他类型的缺陷,例如,过度的碎片,穿透根,和流离失所的关节。图像从女王在加拿大的城市进行了分析。使用图像处理技术自动识别裂缝在下水道进行了研究82年,83年]。

系统结合中央电视台和声纳,安装在另一片之上,最近提出调查管道水线以上(通过闭路电视)和水线以下(通过声纳)。这样一个系统的一个例子是游泳钢丝绳导向系统(SEK)在德国开发检查污水管道和图所示6。克朗允许排污操作人员检查free-gradient下水道进行大直径、因为他们的填充水平,通常无法访问(例如,处理厂之前)84年]。策略包括一个三阶段的方法。在第一阶段,克朗在下水道的检查工作。它检查和衡量整个污水管道和相机进行检查,记录等重大异常侵蚀,存款,障碍,泄漏气体的空间。与此同时,它检查是否清洁和检查系统详细的下面可以部署。克朗能够中心本身甚至在弯曲的管道下水道覆盖长度为600米。在第二阶段,wheel-driven清洗装置消除了存款克朗在床上检测到的区域和清洁下水道墙前检查系统部署。在第三阶段,aSVM(损害调查设备)系统调查完全下水道,测量关节宽度,管道补偿和裂缝精度大于克朗。一个克朗配备几个手电筒照明。与克朗,SVM达到更大的准确性。 It is carried by (1) floating systems for large sewer diameters and (2) wheeled chassis for smaller sewer diameters. The floating systems are limited by the required water level. Wheel-guided car systems are used when the filling level is low or when the nominal diameters are smaller. Sensors for determining the position in the sewer (laser ranging sensors and inclination sensors) and sensors for damage surveys (laser scanners, ultrasound scanners, camera system, ultrasound crack sensor) are installed on the SVM. Ultrasound scanners, laser scanners, and camera systems are mounted on a linear axis and can precisely measure the pipe profile over a length of approximately 1.5 meters.

下水道扫描仪和评价技术(SSET)开发的TOA灌浆,核心Corp .)和东京都政府的下水道服务(TGS)公司利用光学扫描仪和陀螺仪技术,除了标准闭路电视技术(85年,86年]。调查速度SSET报告为60米/小时。SSET系统评估通过土木工程创新技术评估中心、创新中心在美国土木工程师协会(第3期),土木工程研究基金会(瑟夫)。评估包括场示威活动在十三市政公共工程执行机构在北美。评价评估功能性能,施工能力/实用性、可维护性、安全性、和环境特征(20.]。SSET的优势包括的能力产生一个数码管的记录,识别在管道垂直偏转,并提供易于理解和易于管理的结果。的主要缺点SSET包括它无法看到侧面部分或在深色的管道。一个完整的评估报告是2001年发布的87年]。

4.11。其他

至于SEK-SVM和SSET系统在前一节中所描述的,很少有其他系统携带多种技术来评估污水管道:下水道评估通过多传感器(SAM)由德国研究基金会和管道检验实时评估技术(PIRAT)由澳大利亚墨尔本澳大利亚联邦科学与工业研究由水和多传感器系统的研究机构。山姆平台包括(88年](我)商业闭路电视系统除了光学三角测量允许光学三维测量管道的形状(直径和偏离椭圆度),(2)微波炉、旋转传感器检查排水管道,背后的土壤状态(3)geoelectrical传感器识别泄漏点,(iv)水化学传感器探测地下水的渗透,(v)放射性传感器来检测污水泄漏,洞在下水道,和小水管孔,(vi)声学系统适用于检测裂缝和确定连接和弯管的状态。

PIRAT [89年,90年)开发检测、分类和速度缺陷使用人工智能通过构建一个cylindrical-polar几何模型的下水道使用扫描仪的内部(激光、声纳)由机器人管道。车辆携带扫描仪沿中心线的下水道和前置彩色摄像机,灯光,和其他传感器。

5。讨论和结论

本文提供了一个敏捷和总复习的最濒死经历技术用于水的检验和监控电源和废水网络。注意力主要集中在电磁方法如涡流、探地雷达、漏磁、声发射等机械方法,超声波测试,impact-echo,声学泄漏检测和声纳,目视检查方法基于闭路摄像机的使用。为每个方法的主要优点和原理及其在淡水的就业模式和污水管道进行了讨论。几个有代表性的作品在学术界和私营部门进行审查。后者侧重于检验工具部署和测试。区别的金属和混凝土管道之间的需求和挑战。最后,几个案例研究报告。有兴趣的读者可以参考(91年]回顾全球14个案例研究进行了在不同水市。

这里所讨论的所有系统存在很多优点但也有局限性。检查污水管道通过闭路电视,激光扫描,或者声纳可以提高提高图像分辨率的闭路电视,但仍仅限于表面异常的检测方法。自动图像处理的发展将使分析冗长而乏味的图片不容易调查人员的主观评价。

定期检查或永久监测淡水管道或管道分布可以大大受益非开挖无线系统可以探测结构从内部没有服务中断。这样一个系统肯定会带来技术飞跃的水管检查。本文中讨论的方法没有纸似乎满足这样的理想技术。电磁方法或压力基于waves方法要么需要从内部结构暂时的服务检查或要求开挖为了从外部进行检查。声学泄漏探测器承诺如果这项技术可以成为“罪人”。然而,这些探测器不适合检测异常还没有恶化到泄漏。最后,至于任何结构健康监测策略,管健康监测包括其它重要问题,建模等损失,建立标准,或设置指标损伤评估。这些方面并不是这里讨论超出了本文的范围。

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