石油管道防泄漏监控（光纤传感应用）
二、 先进的监控技术简介及应用介绍近几年来，我国的油气管道频频遭遇非法侵入，打孔盗油事件屡有发生，造成了巨大的经济损失和环境污染，所以目前迫切需要一种可以提前预警并可以精确定位的检测系统。目前，美国MOI公司采用目前世界唯一的、独家拥有的光纤传感技术和数据采集、分析装置，专门为油气管道研制了光纤管道安全监测系统，该系统不间断、实时地采集来自管道周边对管道构成威胁的行为所产生的各类震动，位移，监测管道运行状况，并可以利用已有的通讯方式构成通信网络，实现一个实时性、可精确定位的防止第三方干扰的检测系统。（仪器如下图） 长期以来，管道运输业为维护油气管道的完整性和防止第三方破坏投入了巨大的人力和财力，但是管道保护的形势却显得日趋急迫。对此各级政府和社会各界也非常关注，从专项立法到具体防范、舆论宣传、专项治理等方面都做了大量的工作，然而专门针对油气管道的破坏、对输送介质的偷盗行为依然经常发生。目前这种局面的产生，在一定程度上是由于技术防范的滞后，我们不能在管道被破坏之前发现和检测到这种危害，而原有的检测技术大多只能在管道已破坏，输送介质已经损失的事后才能发现。这种事后检测技术属于 " 亡羊补牢 " ，不能避免损失的发生，因此可以说在管道的安防方面，管道运营商处于十分被动的地位。如果有一种技术能够在对管道造成破坏之前，提前检测出破坏行为的威胁并及时告警，给业主留有足够的时间来制止破坏行为的话，就会给管道运输业扭转当前被动局面，减少损失带来希望。最近，一项刚刚在世界油气储运界得到应用和认可新技术 ------ 光纤传感技术的开发和应用给管道安全防范带来了新的希望，它能够对管道安全构成的威胁行为进行早期监测、定位和预警。 由美国MOI公司开发和研制的光纤管道安全监测系统在油气储运领域的应用受到了世界各国油气储运业的极大关注。 光纤作为信息传送的载体已经有 30 多年的历史，光纤传感技术的开发和利用也有了长足的发展。但是，在国内，目前还停留在光纤光栅传感技术的阶段，虽然在不少应用领域也取得了很好的效果，但由于光栅光纤传感技术自身的局限性使其在管道运输领域的应用受到严重制约。而利用现有的与管道同沟铺设的普通通讯光缆来作为传感器是 BOTDR技术的优势所在，其核心技术是光纤温度及应变传感器，而不必对光纤进行特殊处理（如加刻光栅等），在整根光缆上不作任何加工或改造，只需利用一根光纤即可。 （光纤结构如下图） 本系统要求使用普通的通信单模光纤。光在单模光纤中传输除了受光纤本身的模内色散（即材料色散和波导色散）的影响外，还会受到沿着光缆在光缆近处的各种振动、位移、应力应变及温度的影响，这些影响最终导致光波的振幅、波长和传播速度发生变化，该系统将这些信息收集起来并进行处理，就会了解这束光从进入光纤到走完这段光纤沿途所碰到的各种情况，本系统就会做出报警并对危害点准确定位。 （原理如下图，原理有所采用的是Brillouin散射光） 本系统检测原理是利用激光的散射现象。由外界影响光缆近处的振动、位移、应力变化及温度等都将改变光波在光纤中传输的条件，从而改变了光波的散射，波长等参数。（如下图，若温度变化，Brillouin散射光波长会改变） 下面的图是立体反应散射光变化图： 对于原油输送管道，由于原油都是经过加热后通过管道传送，所以原油的温度都比正常的外界环境温度要高，利用这个特点，我们可以根据管道周边环境的变化来推断管道是否有泄漏及泄漏量或者是否有盗油发生。再根据激光在光纤中的传输速度及散射光的传输时间来计算泄漏或盗油所在的位置，定位精度小于1米。原理如下图。 由于光纤本身的散射光非常弱，所以一台机器所能测量到达的距离为＜30km，为了解决更远距离的管道测量，现在MOI推出了远距离测量中继模块，从而解决了光衰减的问题，达到了理想的测试。目前使用中继模块后，每套系统可传输距离达210km，并且在实际工程中得到很好的应用，下面是一个输盐水的管道工程实例结构图。 下图是中继站及控制室的外观图。 下图是控制室的内部图。 虽然方案测量距离甚远，而且可以精确测量及定位，但工程安装起来非常简单，易于操作。安装时仅需将测量用的光纤光缆与被监测管道一起埋入即可，或者缚在管道上。请见下面的工程现场图。 通过上述技术介绍我们可以了解到，这套光纤测量系统可用于各种石油及天然气管道、管线等。管道泄漏不仅会造成资源损失和环境污染，石油、天然气等易燃易爆品输送管道的泄漏甚至会产生火灾、爆炸，因此对管道进行实时监测，及时发现泄漏和预报隐患 是十分重要。传统的方法存在不能精确定位，不能提前预报泄漏隐患，误报率高等缺点。分布式光纤传感器同时用光纤传感和传输信号，沿着管道铺设传感光纤，就可以得到沿着管道各个点的信息，非常适合管道泄漏监测。其优点为误报率低，长期监测可达几十年，实时在线监测，测量精度和定位精度高，不受电磁干扰本征安全，防雷等 。这套系统通过测量管道沿线的温度情况
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