基于特種感溫光纜的常溫介質(zhì)管道泄漏監(jiān)測技術(shù)研究

高晨彤，馮維一，方玄，楊璇，蘇武，趙霞

（1.江蘇法爾勝光電科技有限公司，2.江蘇法爾勝新型管業(yè)有限公司）

1 引言

管道是輸送危險氣體及液體的安全有效方式。隨著運營時間的延長，管道老化變形等問題日益突出，人們越來越重視管道的安全運行問題。根據(jù)國內(nèi)外管道事故統(tǒng)計資料，管道的事故的高發(fā)期是投入運行的初期和后期，尤其是后期，管道因腐蝕破壞而造成的泄漏事故常有發(fā)生。在我國，很多管道都已連續(xù)工作20a，正處于事故的高發(fā)期，及時、迅速地發(fā)現(xiàn)管道泄漏情況并判定泄漏點位置成為管線平穩(wěn)安全運行的重要保證。

從80年代開始，相關(guān)的研發(fā)人員也開始進行管道泄漏監(jiān)測的研制開發(fā)工作，并取得了一些成果[1,4]。付道明[5]等對國內(nèi)外近十年中管道泄漏檢測技術(shù)的研究狀況做了跟蹤分析，簡要分析了各種檢測技術(shù)的檢測原理和優(yōu)缺點。周琰等[6]提出了一種基于Mach-Zehnder光纖干涉儀原理的新型分布式光纖管道泄漏測試技術(shù)。張曉威[7]在分布式光纖泄漏監(jiān)測技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，通過模型試驗對方法的可行性進行了研究。黃悅[8]以水下油氣管道作為檢測對象，對分布式光纖水下管道泄漏檢測定位技術(shù)及數(shù)據(jù)分析方法進行了研究。

幾十年來對于管道泄漏監(jiān)測的研究發(fā)展迅速，但對基于分布式光纖的常溫管道泄漏監(jiān)測的研究依然缺乏實際工程中的案例。一種基于特種分布式感溫光纜的常溫液體管道泄漏監(jiān)測方法，在工程上的應用有較好的效果。

2 監(jiān)測原理

2.1 分布式光纖傳感

分布式光纖傳感技術(shù)是一種新興的傳感技術(shù)，它可以直接將通訊光纜作為傳感器，并與工業(yè)廢水管道同溝敷設，充分利用光纖空間連續(xù)分布的特點，“傳”、“感”合一?？蓪崿F(xiàn)空間結(jié)構(gòu)上沿光纖分布任一點的物理參量（溫度、壓力、應變）的監(jiān)測，具有測量信息豐富、可精確定位等特點。此外，由于光纖傳感技術(shù)是以光波為載體，光纖為媒質(zhì)，具有測量精度高、抗電磁干擾能力強、本質(zhì)安全、小巧輕柔、適合遠程傳輸?shù)葍?yōu)點。

2.2 特種感溫光纜結(jié)構(gòu)

對于常溫液體管道的泄漏監(jiān)測，其難點在于管道內(nèi)部的液體與環(huán)境溫度溫度差較小，一般在泄漏點難以產(chǎn)生較大的溫度變化，所以基于感溫光纜對常溫液體管道泄漏的監(jiān)測也變得十分困難。對于這種問題，采用一種自加熱特種感溫光纜，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。在特種光纜的內(nèi)部，包含兩條加熱電纜線和一條感溫光纜，通過升高感溫光纜的溫度，使得泄漏點產(chǎn)生一定的溫度差，從而判斷泄漏點的位置。

圖1 自加熱特種光纜組成結(jié)構(gòu)

3 監(jiān)測系統(tǒng)組成

智能管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)組成如圖2所示，布設在通水管道外壁的特種光纜通過通信光纜與解調(diào)儀連接，遠程控制主機通過集成軟件接收分布式光纜的溫度信息、控制加熱電纜溫度、控制閥門開關(guān)、獲取泄漏報警信息及向客戶端發(fā)送實時信息等。

通水管道長度共在90 m，由三個部分組成，架空上層段為30 m，地下層二段分別為30 m，閥門控制排水，自加熱型感溫光纜敷設在管道外壁，實時監(jiān)測管道溫度。

在此基礎(chǔ)上，編寫一套集成軟件系統(tǒng)，通過這一系統(tǒng)，可以使工作人員遠程控制泄漏點位置，實時獲得溫度曲線與報警信息。軟件系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時溫度曲線顯示、GIS地圖顯示、報警聯(lián)動、歷史數(shù)據(jù)查詢及系統(tǒng)參數(shù)設置等功能。

4 數(shù)據(jù)分析和驗證

為驗證系統(tǒng)的可靠性，選取不同季節(jié)，不同溫度下的幾種情況分別對管道泄漏情況進行監(jiān)測。圖3、圖4、圖5、圖6為2018年12月5日上午、下午與2019年6月20日上午、下午監(jiān)測管道段的測溫曲線。

圖2 分布式監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

圖3 2018年12月5日9:00測溫曲線

圖4 2018年12月5日15:00測溫曲線

圖5 2019年6月20日9:00測溫曲線

圖6 2018年6月20日15:00測溫曲線

從圖中可以看出，不同季節(jié)、不同時段的泄漏監(jiān)測均能測得明顯的溫度變化，三個監(jiān)測點均能正常工作。其中夏季的降溫效果最不明顯，但泄漏前后仍有至少8℃的溫度差，大于軟件中設置的報警臨界值5℃。且除了三個泄漏點，其它各點的溫度浮動均未超過2℃，說明系統(tǒng)的誤報概率很低。此外，升溫前曲線與監(jiān)測當天的溫度情況相一致，說明此系統(tǒng)有一定的測溫準確性。兩次泄漏監(jiān)測時間相隔9個月，測得的泄漏點位置未發(fā)生左右漂移，說明這一測溫系統(tǒng)有著較高的定位精度。

5 結(jié)語

本文所提出的自加熱感溫特種光纜在實際工程中有較好的應用，可以用于監(jiān)測常溫液體管道泄漏。對于不同天氣，不同時段對管道泄漏的監(jiān)測均能滿足要求，測得的數(shù)據(jù)與實際情況相符，基本不存在漏報與誤報的情況。集成系統(tǒng)在泄漏點的控制、數(shù)據(jù)獲取、報警信息的接收及后期處理等方面都能達到預期的效果。說明這種自加熱特種感溫光纜控制報警系統(tǒng)在常溫液體管道泄漏監(jiān)測工作中有著重要的借鑒意義。