分布式光纖管道傳感系統(tǒng)

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

運輸是借助管道輸送氣體、液體等流體的運輸技術(shù)。近年來，該技術(shù)發(fā)展迅速，因其運輸量大、占地少、管道運輸建設(shè)周期短、費用低等優(yōu)勢被廣泛應(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、氣的主要運輸方式，與鐵路、公路、水運、航空運并列為當(dāng)今世界的五大運輸方式，對國家經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展有著舉足輕重的作用。

管道實時監(jiān)測系統(tǒng)的方法

實際工程應(yīng)用中的管道多埋藏在地下，且距離長，長期埋藏在地下的管道易受周圍環(huán)境的腐蝕、地質(zhì)下沉和地面車輛壓力、人為損壞等外力的破壞，從而發(fā)生泄漏事故。保證管道運輸?shù)陌踩蔷S持管道正常運作的基本要求。因此，必須對運輸管道的健康情況進(jìn)行實時監(jiān)測，確保管道的運作安全。傳統(tǒng)的管道泄漏檢測方法包括人工巡檢、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)生泄漏時或泄漏后進(jìn)行檢測，存在定位難、距離短、成本高等缺陷，且沒有預(yù)警功能。近年來，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，為管道泄漏的檢測提供了一個新思路?；诠饫w傳感器具有防腐蝕、重量輕體積小、每個感應(yīng)點均不需電能、免疫電磁干擾、靈敏度高、可實現(xiàn)分布式等優(yōu)勢，分布式光纖傳感系統(tǒng)成為中國管道檢測領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛和最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)手段。

實際工程中的輸送管道一般經(jīng)過的地形復(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，實現(xiàn)超長距離的傳感監(jiān)測，實現(xiàn)對輸送管道全
方位的監(jiān)測，保證管道的安全運行。

分布式光纖傳感系統(tǒng)基于不同的光纖測溫原理可分為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裝置以來，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)在修建地下儲氣庫時伴隨大量鹽水的產(chǎn)生，鹽水需要輸送到指定地點進(jìn)行處理，該項目采用管道泄漏系統(tǒng)檢測鹽水輸送管道。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，并在檢測到泄漏時生成警報，該系統(tǒng)能夠自動發(fā)送警報、生成報告、定期重置和重新啟動測量，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，根據(jù)拉曼散射和布里淵散射原理檢測管道周圍的土壤溫度變化，從而判斷泄漏點的位置。采用溫度傳感器和纖維陣列收集土壤溫度的變化，對地下管道的高壓天然氣進(jìn)行泄漏測試，研究了滲漏孔周圍土壤溫度的變化規(guī)律，結(jié)合數(shù)值計算，建立了最現(xiàn)實的泄漏模型，為氣體管道泄漏的光纖溫度檢測提供指導(dǎo)。

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

 

分布式光纖管道測溫系統(tǒng)的組成

由用戶軟件、激光光源、信號接收器、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: 管道泄漏會引起管壁和周圍土體的振動，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，對激光源的激光產(chǎn)生反射光感應(yīng)信號，傳回信號接收器。隨后，波分復(fù)用模塊將拉曼散射中對溫度不敏感的斯托克斯光和對溫度敏感的反斯托克斯光分離，經(jīng)由光電轉(zhuǎn)換器將分離開的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，傳送給信號處理模塊; 信號處理模塊采集電信號并通過信號變化檢測出光功率的變化量，將數(shù)據(jù)傳給計算機進(jìn)行儲存，通過計算機對采集的溫度數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值進(jìn)行對比，判斷管道是否發(fā)生泄漏。終端管理平臺為接警管理平臺，用戶軟件實時顯示溫度分布曲線和待測區(qū)域報警狀態(tài)，可根據(jù)實際工況分區(qū)設(shè)置多級報警閾值，一旦監(jiān)測到檢測部位環(huán)境溫度值或溫升速率超過設(shè)定的警戒值，用戶軟件會把超限值報告的報警信息傳送給接警平臺，發(fā)出警報，同時，手機短信及時通知管理人員。

分布式光纖管道監(jiān)測系統(tǒng)的敷設(shè)方式

分布式拉曼光纖測溫系統(tǒng)中的整根光纖既充當(dāng)數(shù)據(jù)信號傳輸介質(zhì)，又被用于管道沿線的溫度探測，以實現(xiàn)系統(tǒng)對管道的全方位監(jiān)測，對每個點的報警探測可實現(xiàn)定溫、差溫和溫度均勻程度3種方式的任意混合，保證報警的可靠性。因此，合理的光纖安裝方式為整個光纖測溫系統(tǒng)的正常運作提供可靠保障。針對不同功能的輸送管道，光纖的安裝方式也各不相同。常見傳感光纖一般敷設(shè)于管道底部延伸線距離管道側(cè)面垂直線交點 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。總而言之，光纖的敷設(shè)方式要結(jié)合實際工程背景進(jìn)行確定。管道泄漏引起周圍環(huán)境的溫度變化與管道運輸?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介質(zhì)向下方土壤滲透，導(dǎo)致管道下方的溫度異常，此時管道下部是敷設(shè)光纖的最佳位置; 而當(dāng)管道處于水下時，管道泄漏往往導(dǎo)致石油上浮，此時光纖的理想敷設(shè)位置則與上述情況相反; 當(dāng)運輸?shù)慕橘|(zhì)為氣體時，敷設(shè)光纖的最佳位置在管道正上方，因為無論泄漏點在何處，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溫系統(tǒng)的敷設(shè)方案

基于分布式光纖測溫傳感技術(shù)，在設(shè)計針對發(fā)電企業(yè)供熱管網(wǎng)的智能型全程溫度場監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)時，采用了兩種不同的安裝方式，即以閥門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，實現(xiàn)對管道的360°泄漏監(jiān)測。光纖內(nèi)外雙層布置方式常見于保溫層中，保溫層內(nèi)外各均勻布置等量獨立的光纖，通過對比保溫層內(nèi)外的實時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，以檢測導(dǎo)體和絕緣層溫度分布為直接檢測導(dǎo)體和絕緣層溫度分布。
將傳感光纖布放在距泄漏點5 mm 的試驗管道表面，研究分布式光纖測溫系統(tǒng)在自來水管道泄漏檢測與定位中的應(yīng)用。分布式光纖測溫系統(tǒng)應(yīng)用于污水管網(wǎng)監(jiān)測外來水量滲入方面，采用直接將整根光纖布置在污水管道內(nèi)部的安裝方式，具有得天獨厚的優(yōu)勢。因此，根據(jù)不同功能的運輸管道及測漏對象，選擇理想的光纖敷設(shè)方式顯得尤為重要。