توسعه فناوری جدید عیب یابی در لوله های انتقال آب گرم

خطوط انتقال آب گرم منطقه ای، آب را در دمای 120 درجه با فشار ثابت از یک کارخانه تأسیسات تولید آب گرم و گرمایش منطقه ای، تا نقطه تقاضا حمل می کنند. به دلیل درجه حرارت آب، و فشار بالا، نشت آب از این سیستم به بیرون و یا ترکیدن لوله، می تواند بسیار مشکل ساز باشد.

موسسه مهندسی عمران و فناوری ساخت در کره جنوبی، موفق شده است فناوری و تکنولوژی جدیدی را جهت تشخیص عیوب سیستم لوله کشی و محل و امکان نشت آب، به منظور جلوگیری از ترکیدن لوله های انتقال آب گرم و جاری شدن آب با درجه حرارت بالا در معابر، توسعه بدهد. این فناوری جدید، انرژی را به روشی سازگار با محیط زیست و همچنین اقتصادی هدایت، تأمین و کنترل می کند.

معضل فناوری های کنونی در عیب یابی خطوط لوله

لوله های مورد استفاده در خطوط گرمایش آب منطقه ای، بصورت پیش عایق (PIP) هستند. این لوله ها از یک لوله فولادی حمل کننده آب گرم، یک لایه عایق برای حفظ دمای آبی که درون لوله جریان دارد و یک لوله پلی اتیلن با چگالی بالا که به منظور حفاظت از عایق بندی قرار داده شده است، تشکیل شده اند. به دلیل ساختار و جنس این خطوط و دما و فشار بالای سیالی که جریان دارد، تشخیص نشتی و عیب در این لوله ها از لوله های بدون پوشش محافظ مانند خطوط آبرسانی عادی و یا خطوط انتقال گاز طبیعی، سخت تر است.

به صورت معمول از دو شیوه برای تشخیص نشتی در خطوط PIP استفاده می شود. سیستم سیم کشی مخصوص که به دلیل حرارت و فشار بالا در این خطوط، بصورت مکرر دچار خرابی می شود و دوربین های تصویربرداری حرارتی به همراه رادار نفوذ در زمین (GPR) که به دلیل دقت پایین در تشخیص محل نشتی و مقدار آن، چندان کارآمد نیستند. در اصل این دوربین ها و رادار ها تنها در دو صورت نشت آب را به خوبی و با دقت تشخیص می دهند، آب نشت کرده حجم بالایی داشته باشد و لوله ها در عمق زیادی مدفون نشده باشند.

چگونگی عملکرد فناوری جدید

موسسه KICT با استفاده از سنسورهای صوتی (AE) و حسگرهای سرعت سنج متصل به سنسورها و در نهایت طبقه بندی سیگنال های دریافتی به وسیله ماشین لرنینگ (Machin learning) برای افزایش دقت تشخیص سیگنال ها و بالا بردن شدت حساسیت حسگرها، موفق به تشخیص دقیق عیوب خطوط لوله از جمله نشت آب، خوردگی، انسداد و خرابی های غیرعادی شدند. آن ها همچنین تحقیقات و آزمایشات گسترده ای در جهت اندازه گیری سیگنال های غیر معمول درون خطوط لوله و بررسی آن انجام دادند.

KICT به منظور انجام آزمایشات مورد نیاز، یک کارخانه مجهز به سیستم گرمایش منطقه ای در گردش احداث کرد، در این کارخانه دو خط لوله مستقیم به طول 259.6 متر هم بر روی زمین و هم در زیر زمین نصب شدند. همچنین لوله های دیگری با چیدمان مستقیم، موج دار، منشعب و دارای خم برای حمل و انتقال آب با دمای 80 الی 120 درجه و فشار 8 الی 12 بار به عنوان شرایط آزمایشگاهی در نظر گرفته شدند. به جهت آزمایش و بررسی انواع ناهنجاری ها، مشکلات عمده در خطوط لوله اعم از نشت آب، ترک خوردگی، انسداد و … در شرایط آزمایشگاه شبیه سازی شدند و تمام مراحل هم بر روی خطوط روی زمین و هم بر روی خطوط قرار داده شده در زیر زمین به صورت یکسان اعمال شد..

نتایج حاصل از آزمایش، شامل طیف گسترده ای از سیگنال ها است که امکان تبدیل به اطلاعات عددی و تطبیق با عیوب خطوط لوله را دارند. در حقیقت هرکدام از مشکلاتی که ممکن در یک خط لوله بوجود بیاید، سیگنال منحصر بفرد و متفاوتی از دیگر مشکلات و عیوب خواهند داشت که این تشخیص نشت، انسداد، گرفتگی، ترک خوردگی و … را تحت هر شرایطی در هر نوع از لوله ممکن می کند. تبدیل و بررسی اطلاعات و نتایج حاصل از کارکرد سنسورهای صوتی توسط یکی از ابزارهای طبقه بندی در ماشین لرنینگ، سیستم پشتیبانی (SVM)، برداشت می شود. دقت اندازه گیری و بررسی خطا ها، مشکلات و عیوب موجود در یک خط لوله نصب شده بر روی زمین، به طور متوسط 97 درصد و در خطوط لوله نصب شده در زیرزمین و مناطق خاص، به طور متوسط 99 درصد است و این آمار مطابق استاندارد دقت اندازه گیری در لوله های گاز طبیعی و آب معمولی است.

آزمایشات و تحقیقات انجام شده توسط موسسه KICT نشان داد که عیوب خطوط لوله PIP توسط سنسور های صوتی AE و حسگرهای سرعت سنج، با دقت بسیار بالا و مطلوبی قابل تشخیص و بررسی است.

دکتر لی هونگچول در این رابطه گفته است: "روش تشخیص عیوب پیشنهاد شده در این تحقیق، ممکن است تنها راه موجود به منظور بررسی ایرادات احتمالی در خطوط لوله انتقال آب گرم باشد، چرا که دقت سیستم سیم کشی و دوربین تصویر برداری حرارتی و رادار های نفوذ در زمین (GPR) بسیار پایین و ناکار آمد است و تنها برای تشخیص نشت آب قابل استفاده هستند. با اینحال کنار گذاشتن کامل این روش ها صحیح نیست، چرا که قبل از استفاده از سنسورهای صوتی، اعتبار سنجی میدانی نیاز است."

با وجود دقت بسیار بالا سنسورهای صوتی، براساس گفته های دکتر لی هونگچول، تکیه بر یکی از روش های عیب یابی چندان کار مطمئنی نخواهد بود و پیشنهاد موسسه KICT بهره مندی از چند روش به صورت همزمان است. زیرا متغییر های زیادی وجود دارند که علاوه بر نویز (تأثیر بر سنسورهای صوتی) و لرزش معمولی (تأثیر بر حسگرهای سرعت)، می توانند معرف یک عیب در خط لوله یا نشانگر شدت آن عیب باشند.