分布式光纖管道傳感系統(tǒng)

管道監(jiān)測(cè)是分布式光纖測(cè)溫應(yīng)用的具體實(shí)際案例。華光天銳提供光纖測(cè)溫技術(shù)方案和產(chǎn)品。

運(yùn)輸是借助管道輸送氣體、液體等流體的運(yùn)輸技術(shù)。近年來(lái)，該技術(shù)發(fā)展迅速，因其運(yùn)輸量大、占地少、管道運(yùn)輸建設(shè)周期短、費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于能源、市政建設(shè)和水利灌溉等領(lǐng)域，已成為陸上水、油、氣的主要運(yùn)輸方式，與鐵路、公路、水運(yùn)、航空運(yùn)并列為當(dāng)今世界的五大運(yùn)輸方式，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展有著舉足輕重的作用。

管道實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方法

實(shí)際工程應(yīng)用中的管道多埋藏在地下，且距離長(zhǎng)，長(zhǎng)期埋藏在地下的管道易受周?chē)h(huán)境的腐蝕、地質(zhì)下沉和地面車(chē)輛壓力、人為損壞等外力的破壞，從而發(fā)生泄漏事故。保證管道運(yùn)輸?shù)陌踩蔷S持管道正常運(yùn)作的基本要求。因此，必須對(duì)運(yùn)輸管道的健康情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保管道的運(yùn)作安全。傳統(tǒng)的管道泄漏檢測(cè)方法包括人工巡檢、平衡法、負(fù)壓波法和應(yīng)力波法等，這些方法都是在管道發(fā)生泄漏時(shí)或泄漏后進(jìn)行檢測(cè)，存在定位難、距離短、成本高等缺陷，且沒(méi)有預(yù)警功能。近年來(lái)，以光纖為傳感元件及傳光介質(zhì)的新型傳感技術(shù)克服了傳統(tǒng)技術(shù)的不足，為管道泄漏的檢測(cè)提供了一個(gè)新思路?；诠饫w傳感器具有防腐蝕、重量輕體積小、每個(gè)感應(yīng)點(diǎn)均不需電能、免疫電磁干擾、靈敏度高、可實(shí)現(xiàn)分布式等優(yōu)勢(shì)，分布式光纖傳感系統(tǒng)成為中國(guó)管道檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛和最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)手段。

實(shí)際工程中的輸送管道一般經(jīng)過(guò)的地形復(fù)雜多樣，途經(jīng)山川、河谷、鐵路、公路等，而沿管道敷設(shè)的分布式光纖傳感系統(tǒng)可提供全線連續(xù)的溫度監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離的傳感監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送管道全
方位的監(jiān)測(cè)，保證管道的安全運(yùn)行。

分布式光纖傳感系統(tǒng)基于不同的光纖測(cè)溫原理可分為3種：

1、分布式瑞利光纖溫度傳感器

分布式拉曼光纖溫度傳感器和分布式布里淵光纖溫度傳感器。以半導(dǎo)體激光器為光源，成功研制出分布式拉曼光纖溫度傳感器試驗(yàn)裝置以來(lái)，分布式拉曼光纖溫度傳感技術(shù)不斷發(fā)展，在工程上已處于成熟階段。某地區(qū)在修建地下儲(chǔ)氣庫(kù)時(shí)伴隨大量鹽水的產(chǎn)生，鹽水需要輸送到指定地點(diǎn)進(jìn)行處理，該項(xiàng)目采用管道泄漏系統(tǒng)檢測(cè)鹽水輸送管道。光纖被埋在距離管道下方 10 cm 的沙子中，采用 2 臺(tái)采集儀串聯(lián)的方式采集溫度數(shù)據(jù)，每 30 min 采集儀將數(shù)據(jù)傳送到中央控制電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并在檢測(cè)到泄漏時(shí)生成警報(bào)，該系統(tǒng)能夠自動(dòng)發(fā)送警報(bào)、生成報(bào)告、定期重置和重新啟動(dòng)測(cè)量，幾乎不需要維護(hù)。
利用光纖傳感技術(shù)進(jìn)行石油模擬泄漏試驗(yàn)，根據(jù)拉曼散射和布里淵散射原理檢測(cè)管道周?chē)耐寥罍囟茸兓?，從而判斷泄漏點(diǎn)的位置。采用溫度傳感器和纖維陣列收集土壤溫度的變化，對(duì)地下管道的高壓天然氣進(jìn)行泄漏測(cè)試，研究了滲漏孔周?chē)寥罍囟鹊淖兓?guī)律，結(jié)合數(shù)值計(jì)算，建立了最現(xiàn)實(shí)的泄漏模型，為氣體管道泄漏的光纖溫度檢測(cè)提供指導(dǎo)。

分布式光纖測(cè)溫技術(shù)在各類(lèi)流體運(yùn)輸管道測(cè)漏領(lǐng)域的應(yīng)用擁有巨大的潛能。從分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的特點(diǎn)、工作原理、光纖的敷設(shè)方式和實(shí)際應(yīng)用案例分析等方面對(duì)其在管道泄漏檢測(cè)的應(yīng)用進(jìn)行論述和分析分布式拉曼光纖測(cè)溫系統(tǒng)的工作原理是結(jié)合光在光纖中的拉曼散射和光時(shí)域反射技術(shù)，

 

分布式光纖管道測(cè)溫系統(tǒng)的組成

由用戶軟件、激光光源、信號(hào)接收器、波分復(fù)用器、光電轉(zhuǎn)換器和感溫光纖組成。其工作原理是: 管道泄漏會(huì)引起管壁和周?chē)馏w的振動(dòng)，以及介質(zhì)和溫度的變化，如果將感溫光纜沿管道敷設(shè)，光纖感應(yīng)到管道泄漏溫度變化后，對(duì)激光源的激光產(chǎn)生反射光感應(yīng)信號(hào)，傳回信號(hào)接收器。隨后，波分復(fù)用模塊將拉曼散射中對(duì)溫度不敏感的斯托克斯光和對(duì)溫度敏感的反斯托克斯光分離，經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換器將分離開(kāi)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳送給信號(hào)處理模塊; 信號(hào)處理模塊采集電信號(hào)并通過(guò)信號(hào)變化檢測(cè)出光功率的變化量，將數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行儲(chǔ)存，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)采集的溫度數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行對(duì)比，判斷管道是否發(fā)生泄漏。終端管理平臺(tái)為接警管理平臺(tái)，用戶軟件實(shí)時(shí)顯示溫度分布曲線和待測(cè)區(qū)域報(bào)警狀態(tài)，可根據(jù)實(shí)際工況分區(qū)設(shè)置多級(jí)報(bào)警閾值，一旦監(jiān)測(cè)到檢測(cè)部位環(huán)境溫度值或溫升速率超過(guò)設(shè)定的警戒值，用戶軟件會(huì)把超限值報(bào)告的報(bào)警信息傳送給接警平臺(tái)，發(fā)出警報(bào)，同時(shí)，手機(jī)短信及時(shí)通知管理人員。

分布式光纖管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的敷設(shè)方式

分布式拉曼光纖測(cè)溫系統(tǒng)中的整根光纖既充當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸介質(zhì)，又被用于管道沿線的溫度探測(cè)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)管道的全方位監(jiān)測(cè)，對(duì)每個(gè)點(diǎn)的報(bào)警探測(cè)可實(shí)現(xiàn)定溫、差溫和溫度均勻程度3種方式的任意混合，保證報(bào)警的可靠性。因此，合理的光纖安裝方式為整個(gè)光纖測(cè)溫系統(tǒng)的正常運(yùn)作提供可靠保障。針對(duì)不同功能的輸送管道，光纖的安裝方式也各不相同。常見(jiàn)傳感光纖一般敷設(shè)于管道底部延伸線距離管道側(cè)面垂直線交點(diǎn) 30 cm 處; 施工條件允許的情況下，也可將光纖緊貼管道敷設(shè); 在一些特殊的工程中也可采用光纖內(nèi)置分布的安裝方式?？偠灾?，光纖的敷設(shè)方式要結(jié)合實(shí)際工程背景進(jìn)行確定。管道泄漏引起周?chē)h(huán)境的溫度變化與管道運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)及管道所處環(huán)境密切相關(guān)，例如，埋地石油管道和輸水管道泄漏時(shí)介質(zhì)向下方土壤滲透，導(dǎo)致管道下方的溫度異常，此時(shí)管道下部是敷設(shè)光纖的最佳位置; 而當(dāng)管道處于水下時(shí)，管道泄漏往往導(dǎo)致石油上浮，此時(shí)光纖的理想敷設(shè)位置則與上述情況相反; 當(dāng)運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)為氣體時(shí)，敷設(shè)光纖的最佳位置在管道正上方，因?yàn)闊o(wú)論泄漏點(diǎn)在何處，此位置接觸到泄漏氣體的可能性最大。

 

供熱管道分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)的敷設(shè)方案

基于分布式光纖測(cè)溫傳感技術(shù)，在設(shè)計(jì)針對(duì)發(fā)電企業(yè)供熱管網(wǎng)的智能型全程溫度場(chǎng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)時(shí)，采用了兩種不同的安裝方式，即以閥門(mén)前后多匝感溫光纖纏繞方式敷設(shè)和管道保溫層同軸內(nèi)外方式敷設(shè)的辦法。

纏繞式安裝方式利用了光纖自身的柔韌性，直接貼近管道外壁螺旋狀固定，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的360°泄漏監(jiān)測(cè)。光纖內(nèi)外雙層布置方式常見(jiàn)于保溫層中，保溫層內(nèi)外各均勻布置等量獨(dú)立的光纖，通過(guò)對(duì)比保溫層內(nèi)外的實(shí)時(shí)溫度差與初始溫度差，判斷保溫是否失效。直接將感溫光纖植入電纜，以檢測(cè)導(dǎo)體和絕緣層溫度分布為直接檢測(cè)導(dǎo)體和絕緣層溫度分布。
將傳感光纖布放在距泄漏點(diǎn)5 mm 的試驗(yàn)管道表面，研究分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在自來(lái)水管道泄漏檢測(cè)與定位中的應(yīng)用。分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)應(yīng)用于污水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)外來(lái)水量滲入方面，采用直接將整根光纖布置在污水管道內(nèi)部的安裝方式，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。因此，根據(jù)不同功能的運(yùn)輸管道及測(cè)漏對(duì)象，選擇理想的光纖敷設(shè)方式顯得尤為重要。