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分布式光纤管道传感系统

光纤管道监测

管道监测是分布式光纤测温应用的具体实际案例。华光天锐提供光纤测温技术方案和产品。

运输是借助管道输送气体、液体等流体的运输技术。近年来,该技术发展迅速,因其运输量大、占地少、管道运输建设周期短、费用低等优势被广泛应用于能源、市政建设和水利灌溉等领域,已成为陆上水、油、气的主要运输方式,与铁路、公路、水运、航空运并列为当今世界的五大运输方式,对国家经济和社会发展有着举足轻重的作用。

管道实时监测系统的方法

实际工程应用中的管道多埋藏在地下,且距离长,长期埋藏在地下的管道易受周围环境的腐蚀、地质下沉和地面车辆压力、人为损坏等外力的破坏,从而发生泄漏事故。保证管道运输的安全是维持管道正常运作的基本要求。因此,必须对运输管道的健康情况进行实时监测,确保管道的运作安全。传统的管道泄漏检测方法包括人工巡检、平衡法、负压波法和应力波法等,这些方法都是在管道发生泄漏时或泄漏后进行检测,存在定位难、距离短、成本高等缺陷,且没有预警功能。近年来,以光纤为传感元件及传光介质的新型传感技术克服了传统技术的不足,为管道泄漏的检测提供了一个新思路。基于光纤传感器具有防腐蚀、重量轻体积小、每个感应点均不需电能、免疫电磁干扰、灵敏度高、可实现分布式等优势,分布式光纤传感系统成为中国管道检测领域应用最广泛和最具发展潜力的技术手段。

实际工程中的输送管道一般经过的地形复杂多样,途经山川、河谷、铁路、公路等,而沿管道敷设的分布式光纤传感系统可提供全线连续的温度监测,实现超长距离的传感监测,实现对输送管道全
方位的监测,保证管道的安全运行。

分布式光纤传感系统基于不同的光纤测温原理可分为3种:

1、分布式瑞利光纤温度传感器

分布式拉曼光纤温度传感器和分布式布里渊光纤温度传感器。以半导体激光器为光源,成功研制出分布式拉曼光纤温度传感器试验装置以来,分布式拉曼光纤温度传感技术不断发展,在工程上已处于成熟阶段。某地区在修建地下储气库时伴随大量盐水的产生,盐水需要输送到指定地点进行处理,该项目采用管道泄漏系统检测盐水输送管道。光纤被埋在距离管道下方 10 cm 的沙子中,采用 2 台采集仪串联的方式采集温度数据,每 30 min 采集仪将数据传送到中央控制电脑进行数据分析,并在检测到泄漏时生成警报,该系统能够自动发送警报、生成报告、定期重置和重新启动测量,几乎不需要维护。
利用光纤传感技术进行石油模拟泄漏试验,根据拉曼散射和布里渊散射原理检测管道周围的土壤温度变化,从而判断泄漏点的位置。采用温度传感器和纤维阵列收集土壤温度的变化,对地下管道的高压天然气进行泄漏测试,研究了渗漏孔周围土壤温度的变化规律,结合数值计算,建立了最现实的泄漏模型,为气体管道泄漏的光纤温度检测提供引导。

分布式光纤测温技术在各类流体运输管道测漏领域的应用拥有巨大的潜能。从分布式光纤测温系统的特点、工作原理、光纤的敷设方式和实际应用案例分析等方面对其在管道泄漏检测的应用进行论述和分析分布式拉曼光纤测温系统的工作原理是结合光在光纤中的拉曼散射和光时域反射技术,

 

分布式光纤管道测温系统的组成

由用户App、激光光源、信号接收器、波分复用器、光电转换器和感温光纤组成。其工作原理是: 管道泄漏会引起管壁和周围土体的振动,以及介质和温度的变化,如果将感温光缆沿管道敷设,光纤感应到管道泄漏温度变化后,对激光源的激光产生反射光感应信号,传回信号接收器。随后,波分复用模块将拉曼散射中对温度不敏感的斯托克斯光和对温度敏感的反斯托克斯光分离,经由光电转换器将分离开的光信号转换为电信号,传送给信号处理模块; 信号处理模块采集电信号并通过信号变化检测出光功率的变化量,将数据传给计算机进行储存,通过计算机对采集的温度数据与设定的阈值进行对比,判断管道是否发生泄漏。终端管理平台为接警管理平台,用户App实时显示温度分布曲线和待测区域报警状态,可根据实际工况分区设置多级报警阈值,一旦监测到检测部位环境温度值或温升速率超过设定的警戒值,用户App会把超限值报告的报警信息传送给接警平台,发出警报,同时,手机短信及时通知管理人员。

分布式光纤管道监测系统的敷设方式

分布式拉曼光纤测温系统中的整根光纤既充当数据信号传输介质,又被用于管道沿线的温度探测,以实现系统对管道的全方位监测,对每个点的报警探测可实现定温、差温和温度均匀程度3种方式的任意混合,保证报警的可靠性。因此,合理的光纤安装方式为整个光纤测温系统的正常运作提供可靠保障。针对不同功能的输送管道,光纤的安装方式也各不相同。常见传感光纤一般敷设于管道底部延伸线距离管道侧面垂直线交点 30 cm 处; 施工条件允许的情况下,也可将光纤紧贴管道敷设; 在一些特殊的工程中也可采用光纤内置分布的安装方式。总而言之,光纤的敷设方式要结合实际工程背景进行确定。管道泄漏引起周围环境的温度变化与管道运输的介质及管道所处环境密切相关,例如,埋地石油管道和输水管道泄漏时介质向下方土壤渗透,导致管道下方的温度异常,此时管道下部是敷设光纤的最佳位置; 而当管道处于水下时,管道泄漏往往导致石油上浮,此时光纤的理想敷设位置则与上述情况相反; 当运输的介质为气体时,敷设光纤的最佳位置在管道正上方,因为无论泄漏点在何处,此位置接触到泄漏气体的可能性最大。

 

供热管道分布式光纤测温系统的敷设方案

基于分布式光纤测温传感技术,在设计针对发电企业供热管网的智能型全程温度场监控网络时,采用了两种不同的安装方式,即以阀门前后多匝感温光纤缠绕方式敷设和管道保温层同轴内外方式敷设的办法。

缠绕式安装方式利用了光纤自身的柔韧性,直接贴近管道外壁螺旋状固定,实现对管道的360°泄漏监测。光纤内外双层布置方式常见于保温层中,保温层内外各均匀布置等量独立的光纤,通过对比保温层内外的实时温度差与初始温度差,判断保温是否失效。直接将感温光纤植入电缆,以检测导体和绝缘层温度分布为直接检测导体和绝缘层温度分布。
将传感光纤布放在距泄漏点5 mm 的试验管道表面,研究分布式光纤测温系统在自来水管道泄漏检测与定位中的应用。分布式光纤测温系统应用于污水管网监测外来水量渗入方面,采用直接将整根光纤布置在污水管道内部的安装方式,具有得天独厚的优势。因此,根据不同功能的运输管道及测漏对象,选择理想的光纤敷设方式显得尤为重要。

关键词:

光纤联系

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