光纤管道泄漏监控系统

详细说明

1.1 光纤管道泄漏监控系统

概述：

油气是维持我国经济高速发展的战略性资源，油气管道则是是保障能源供给、关系国计民生的基础性设施。管道运输具有平稳连续，安全性好，运输量大，质量易保证，物料 损失小以及占地少，运费低等特点，是长距离运输必须途径。但是随着油气管道的广泛应用、运行时间的延长，由于各种原因导致的管道泄漏也逐渐增多，不仅造成资源的浪费和环境污染，而且有火灾爆炸的危险，对周围居民的生产生活带来较大的威胁。因此，建立管道泄漏检测系统，及时准确地报告事故的范围和程度，可以最大限度地减少经济损失和环境污染，防止事故的发生。

本监控系统采用光纤分布式温度监测和振动监测相结合的方式，为油气管道泄漏提供一种新型并且有效的监控方案。光纤管道泄漏监控系统可以为油气管道泄漏提供全方位的监控和管理，对控制部分进行必要的优化集成，使之更易管理和使用，更好的发挥系统的整体功能，确保防范区域的安全。系统具有较好的兼容性，能进行系统之间的良好通信，能方便地实现系统功能的扩展和系统扩容。

系统原理：

光纤管道泄漏监控系统是由光纤分布式温度监测与分布式振动监测两部分功能原理实现的配置体系进行联动运行组成的。

（1）光纤分布式温度监测原理

光纤测温的原理是依据后向拉曼（Raman）散射效应。激光脉冲从光纤中的一端进入，在向前传播中光纤分子相互作用，发生多种类型的散射。其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动产生一个比光源波长长的光，称斯托克斯（Stokes）光，和一个比光源波长短的光，称为反斯托克斯（Anti-Stokes）光。反斯托克斯光信号的强度对温度影响比较敏感。从光波导内任何一点的反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号强度的比例中，可以得到该点的温度信息；同时利用光时域反射（OTDR）原理即通过光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间对这些热点进行定位。利用以上技术原理实现对沿光纤温度场的分布式测量。

图4 分布式DTS系统测量原理示意图

（2）光纤分布式振动监测原理

分布式振动主要是利用光纤干涉原理来获取远距离光纤的扰动信息。

如下图5中, 传感缆和反射镜、全光纤干涉模块共同构成一干涉结构。光从全光纤干涉模块的输入端口进入, 经光纤干涉模块处理后的光输入到传感缆上, 在传感缆的末端经反射镜反射后, 重新进入传感缆, 最后回到全光纤干涉模块。该干涉模块是由光无源器件构成。经不同光路到达干涉模块输出端口的光在此汇合, 发生干涉, 输出端口的光强随着相互干涉的光之间相位差的变化而变化。当有外界扰动作用在传感缆上时, 就会引起干涉光波之间相位差的变化。本系统正是利用这一原理，检测传输光的相位变化得到的振动信号。       

图5 光纤干涉原理

综合应用上述（1）、（2）项原理，如下图6所示组成光纤管道泄漏监控示意图：

图6光纤管道泄漏监控示意图

基于分布式温度监测和分布式振动监测的综合监测系统能够满足监测长距离油气管道的局部油气泄漏、人为破坏盗用油气、大型机械设备施工误操作等实际工程应用状况。同时结合后台大数据分析处理软件，可以实现长期在线实时监测。

系统组成：

系统主要由前端设备、后端设备和传输系统三大部分构成。

前端设备放在室外周界防护区，主要由光纤振动传感光缆、光纤分布式测温光缆、连接光缆、室外保护盒等组成。它们的主要功能是采集振动传感信号、采集温度传感信号，然后通过传输系统，传送到监控中心的后端设备。

后端设备主要由光纤传感主机、报警联动箱、电视墙、数字硬盘录像机、矩阵等组成。其主要功能是对前端采集到的信号进行处理、显示、记录，以便值班人员在监控室观察不同防范区域内的情况，实现集中监控和综合管理的目的。

光纤传感主机为整个系统提供光源，光经过引导光缆传到引导模块，再依次传到传感光缆和终端接头盒。两路传感光缆感受到外界振动和温度变化后将反射回来的光进行解调，然后送到光纤传感主机进行光电转换、信号采集和数据处理；最后将这两路信号都传入集控中心服务器进行融合处理信号，并进行相应的报警信号输出。