Koreanische Wissenschaftler arbeiten daran, Wasserlecks aus Fernwärmeleitungen zu verhindern

Bildnachweis: Canva

Von der E&T-Redaktion

Veröffentlicht am Donnerstag, 22. Dezember 2022

Mithilfe maschineller Lernwerkzeuge, die mit Informationen von Schallemissions- (AE) und Beschleunigungssensoren trainiert wurden, wollte das Forschungsteam gefährliche Lecks verhindern.

Das Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT) hat eine neue Technologie zur Fehlerdiagnose entwickelt, um Wasserlecks aus Fernwärmeleitungen zu verhindern, die Energie auf umweltfreundliche und wirtschaftliche Weise liefern.

KICT führte Untersuchungen zur Messung abnormaler Signale der Pipelines durch, indem es sowohl akustische Emissionssensoren (AE) als auch Beschleunigungssensoren verwendete und die Signale mithilfe maschinellen Lernens klassifizierte, um die Erkennungsgenauigkeit zu erhöhen und verschiedene Anomalien, einschließlich eines Wasserlecks, zu diagnostizieren.

Die Verhinderung solcher Lecks könnte die öffentliche Sicherheit drastisch erhöhen. Fernwärmeleitungen liefern heißes Wasser mit Temperaturen von bis zu 120 °C und konstantem Druck von einer Anlage zur Erzeugung von Fernwärme-Warmwasser bis zum Bedarfspunkt.

Tritt in einem dieser Rohre ein Leck auf, insbesondere in der Nähe einer Straße, kann dies fatale Folgen haben. Dies war im Jahr 2018 der Fall, als eine unterirdische Warmwasserleitung in der Nähe des U-Bahnhofs Baekseok in Ilsan brach. Durch das Leck kam eine Person ums Leben, weitere 56 wurden verletzt.

Eine Pilotanlage, ausgestattet mit einem zirkulierenden Fernwärmesystem /Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology

Bildnachweis: NIST

Vorisolierte Rohre (PIP), die für Fernwärmeleitungen verwendet werden, bestehen aus einem Trägerrohr aus Weichstahl, das heißes Wasser transportiert, einem Isoliermaterial, das die Temperatur aufrechterhält, und einem Mantelrohr aus hochdichtem Polyethylen, das das Isoliermaterial schützt.

Im Vergleich zu unbeschichteten Rohren für Wasserwerke oder Flüssigerdgas ist die Diagnose der PIPs aufgrund der hohen Temperatur und des hohen Drucks schwieriger.

Herkömmliche Methoden zur Erkennung von Lecks nutzen Kabel und Wärmebildkameras, die ein Wasserleck nur dann genau erkennen können, wenn es Volumen hat und das Rohr nahe an der Oberfläche liegt.

Im Gegensatz dazu haben die von KICT-Wissenschaftlern durchgeführten Untersuchungen gezeigt, dass es möglich ist, Anomalien von PIPs mithilfe von AE- und Beschleunigungssensoren zu diagnostizieren.

„Die in der Forschung vorgeschlagene Erkennungsmethode ist möglicherweise die einzig mögliche Möglichkeit, Wasserlecks zu verhindern, da die Genauigkeit von Wasserleckerkennungskabeln, einer Wärmebildkamera und GPR gering ist. Außerdem können sie nur ein Wasserleck erkennen, ", sagte Dr. Lee Hongcheol, ein an dem Projekt beteiligter Wissenschaftler.

„Allerdings ist eine Validierung in der Praxis erforderlich, da es zusätzlich zu den üblichen Geräuschen und Vibrationen viele Variablen gibt, die Anomalien und deren Schwere zeigen.“

Angebrachte Sensoren am Mediumrohr/ Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology

Bildnachweis: National Research Council of Science and Technology

Um die Technologie zu testen, erstellte das Team eine Pilotanlage mit einem zirkulierenden Fernwärmesystem, in der zwei 259,6 m lange gerade Rohrleitungen sowohl auf dem Boden als auch unter der Erde installiert wurden, mit vier Arten von Rohrleitungsanordnungen mit geraden, gewellten, verzweigten und verzweigten Rohrleitungen gestauchte Rohre.

Um alle wichtigen Arten von Anomalien in Rohrleitungen zu testen, wurden Wasserlecks, Korrosion und Risse reproduziert. Die Tests wurden an Pipelines sowohl am Boden als auch unter der Erde durchgeführt. Anschließend maß das Team Signale und trainierte damit eine Support Vector Machine (SVM), eines der Mittel zur Klassifizierung durch maschinelles Lernen.

Die Testergebnisse zeigten, dass die Genauigkeit der Sensorinstallation, der Anomalien und der Rohrleitungsanordnung durchschnittlich 97 Prozent betrug, ein Genauigkeitsgrad, der dem von Wasserwerken und Gasleitungen ähnelt.

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