分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警技術(shù)研究

李軍濤

摘要：最近的幾年中我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度越來越快，對(duì)于能源的需求量也越來越大，尤其是石油資源。管道是石油運(yùn)輸中的主要運(yùn)輸工具之一，有著自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但是在實(shí)際的管道運(yùn)輸過程中還會(huì)受到人為因素、自然因素等的影響，發(fā)生管道泄漏的現(xiàn)象，造成周邊環(huán)境的污染和人們財(cái)產(chǎn)的損失。本文主演闡述了分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警技術(shù)的研究和分析。

關(guān)鍵詞：分布式光纖長(zhǎng)輸管道;泄露檢測(cè)及預(yù)警技術(shù)

管道運(yùn)輸有著一定的安全性和經(jīng)濟(jì)性，因此在目前應(yīng)用的十分廣泛。想要進(jìn)一步的保障管道運(yùn)輸?shù)陌踩⒖煽?，就要重視管道的泄露檢測(cè)和預(yù)警技術(shù)。經(jīng)過實(shí)際的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，管道腐蝕是管道發(fā)生泄漏的主要原因，目前我們對(duì)管道是否出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，主要通過管道壓力、流量、溫度等參數(shù)的變化進(jìn)行判斷，但是以上參數(shù)很容易受到運(yùn)輸介質(zhì)、輸送工藝等多方面的影響，而且只有管道出現(xiàn)泄漏才會(huì)出現(xiàn)預(yù)警，已經(jīng)為遲已晚。本文主要闡述了目前管道泄漏檢測(cè)技術(shù)中存在的一些問題，對(duì)分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警技術(shù)進(jìn)行分析和介紹，該種方法主要利用光纖傳感器的振動(dòng)信號(hào)對(duì)沿途的管道泄漏情況進(jìn)行檢測(cè)，使用該方法能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)管道泄漏的情況，還能對(duì)可能發(fā)生泄漏的管道進(jìn)行預(yù)警。

1.提取分析檢測(cè)及預(yù)警信號(hào)

油氣運(yùn)輸管道一般情況都是埋在地下。油氣管道一般的輸送距離都比較長(zhǎng)，需要經(jīng)過的地理環(huán)境相對(duì)比較復(fù)雜。分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏及預(yù)警系統(tǒng)中的核心技術(shù)就是模式識(shí)別，而模式識(shí)別模塊中提出檢測(cè)信號(hào)中的特征向量并對(duì)其進(jìn)行對(duì)比是其重要的環(huán)節(jié)。提出特征向量經(jīng)常應(yīng)用的三種技術(shù)為多尺度的混沌特性、小波包分解、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解。以上三種技術(shù)在使用時(shí)多少有所區(qū)別，但是無論使用哪種方法，檢測(cè)信號(hào)特征向量的本質(zhì)就是多個(gè)特征值構(gòu)成的向量對(duì)問題進(jìn)行描述，將檢測(cè)信號(hào)由一維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為n維空間向量。系統(tǒng)識(shí)別的檢測(cè)信號(hào)質(zhì)量和特征向量的好壞有著直接的影響。不同檢測(cè)信號(hào)特征進(jìn)行提取是研究特征提取技術(shù)是的主要工作，想要滿足實(shí)際生產(chǎn)過程中系統(tǒng)識(shí)別需求，就要對(duì)多種檢測(cè)信號(hào)特征技術(shù)及向量研究和分析。目前我們能夠已知的對(duì)管道泄漏產(chǎn)生威脅的影響因素還是比較有限的，隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，可以根據(jù)實(shí)際的情況對(duì)影響管道泄漏的因素進(jìn)行補(bǔ)充。未來的發(fā)展中多種有效檢測(cè)信號(hào)特征提取技術(shù)的前景十分廣闊，實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)于系統(tǒng)識(shí)別方法的需求也會(huì)越來越多。

2.對(duì)分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警技術(shù)機(jī)理的研究分析

光纖傳感器的研究到目前為止已經(jīng)經(jīng)歷了很多年，光纖傳感器的種類也多種多樣，隨著科技的不斷進(jìn)步，新型的光纖傳感器也在研制當(dāng)中。目前光纖傳感器在多領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)展?jié)摿薮?。光纖作為光波傳輸?shù)闹匾浇?，在傳輸?shù)倪^程中有著屬于自己的特征和參數(shù)，隨著外界的影響，其波長(zhǎng)、振幅、相位、偏振態(tài)等都會(huì)產(chǎn)生直接或者間接的變化。因此光纖在對(duì)各種待測(cè)量物進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，可以當(dāng)作傳感器使用，分布式光纖傳感器的定位精度高、探測(cè)靈敏度強(qiáng)，在管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警技術(shù)應(yīng)用中有著良好的發(fā)展前景，是目前我國(guó)研究的重要課題之一。光纖傳感器從傳感機(jī)理上可以分為兩種類型，一種為相位型，一種為振幅型。相位型光纖傳感器的工作原理是在待測(cè)物理場(chǎng)的作用下，一段相干光在單模光纖中進(jìn)行傳輸，就會(huì)產(chǎn)生相位的調(diào)制，相位型光纖傳感器從理論上分析，要比一般的傳感器靈敏度高，同時(shí)傳感的物理量因?yàn)楣饫w上面涂層發(fā)生改變隨之產(chǎn)生變化。

3.對(duì)分布式光纖泄漏檢測(cè)及預(yù)警檢測(cè)信號(hào)的模式進(jìn)行識(shí)別的方法研究

模式識(shí)別是分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)中最關(guān)鍵也是難度最大的核心技術(shù)，在管道周圍環(huán)境相對(duì)比較復(fù)雜、運(yùn)輸距離比較長(zhǎng)、影響因素比較多的條件下，系統(tǒng)對(duì)于模式識(shí)別提出了能夠?qū)τ绊懝艿腊踩囊蛩剡M(jìn)行快速和準(zhǔn)確捕捉的嚴(yán)格要求，能夠?qū)艿佬孤兜奈恢眠M(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的定位，有效的避免管道泄漏帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失，阻止即將被破壞或者可能出現(xiàn)破壞的管道出現(xiàn)泄漏的事件發(fā)生。工學(xué)界和學(xué)術(shù)界領(lǐng)域中的技術(shù)在模式進(jìn)行識(shí)別的時(shí)候應(yīng)用的比較多，將其使用的技術(shù)抽象出來的話，大概可以分為以下幾點(diǎn)內(nèi)容：信號(hào)的收集、信號(hào)特征的提取、標(biāo)準(zhǔn)特征庫(kù)的建立、分類決策等。標(biāo)準(zhǔn)特征庫(kù)的建立主要是信號(hào)的樣本通過分類器的一個(gè)學(xué)習(xí)的過程。在標(biāo)準(zhǔn)特征庫(kù)建立完成后，分類決策主要是利用分類器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行判斷和分類的過程。在識(shí)別信號(hào)模式的時(shí)候，主要使用的兩種方法就是徑向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)，在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，以上兩種方法的有效性、可行性都得到了充分的驗(yàn)證，促進(jìn)了我國(guó)分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

4.分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)原理

一般情況下需要在管道和管道的沿線鋪設(shè)分布式光纖管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)光纜，光纜中一共包含三條三模光纖，其中的兩條光纖是檢測(cè)光纖，收集管道及管道沿線產(chǎn)生的震動(dòng)信號(hào)，另一條光纖將收集到的信號(hào)進(jìn)行傳輸。光波通過光源持續(xù)的進(jìn)行發(fā)射，傳感器的另一端也發(fā)射出兩束光波，兩束光波的光強(qiáng)相同，黨相同光強(qiáng)的兩束光波匯聚在一起時(shí)，就會(huì)形成具有干涉的信號(hào)。如果管道存在泄漏，測(cè)試光纜就會(huì)在工作中受到泄漏產(chǎn)生震動(dòng)的影響，因?yàn)橥饬Φ淖饔茫嬖谟诠饫|中的光纖形成應(yīng)力應(yīng)變，造成傳感器發(fā)射出了兩束光波相位上發(fā)生改變。實(shí)際的工作中，我們通過對(duì)檢測(cè)干涉光波信號(hào)產(chǎn)生的變化，能夠準(zhǔn)確的測(cè)試出分布式光纖傳感器在運(yùn)輸油氣管道的實(shí)際應(yīng)用過程中震動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生的細(xì)微變化。

5.結(jié)束語

想要保障管道油氣運(yùn)輸?shù)陌踩?，就要?yīng)用分布式光纖油氣長(zhǎng)輸管道泄漏檢測(cè)及預(yù)警技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)油氣運(yùn)輸管道，對(duì)可能出現(xiàn)泄漏的管道或者發(fā)生故障的區(qū)域進(jìn)行預(yù)警，進(jìn)一步提高油氣管道運(yùn)輸?shù)陌踩?，促進(jìn)我國(guó)油田的可持續(xù)發(fā)展。

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