引用本文:

王江伟,王红义,崔恺,等. 光纤温度传感器在气体管道泄漏监测上的应用[J]. 光通信技术,2021,45(7):19-22.

光纤温度传感器在气体管道泄漏监测上的应用

王江伟1,王红义1,崔 恺1,容昭海2,张国强2

(1.新天绿色能源股份有限公司,石家庄 050000;2.河北省天然气有限责任公司,石家庄 050000)

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摘要:光纤泄漏监测技术是国际上公认的、有应用前景的长输管道泄漏监测解决方案,但在地埋气体管道上尚无明确的有效监测范围。为了测定有效监测范围,采用不同压力的氮气,在直径为355 mm的管道上进行了不同位置和不同孔径的泄漏模拟试验。试验结果表明:光纤温度传感器的有效范围受泄漏孔径大小的影响很小,受压力和位置的影响较大,也会间接受到土壤密实度的影响。在实际工程应用时,可根据以上因素的影响,调整光纤温度传感器的布设方案,以提升其监测效果。

关键词:气体管道;泄漏监测;光纤温度传感器;监测范围;模拟试验

中图分类号:TN247 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)07-0019-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.07.005

0 引言
       管道运行时,泄漏在线监测系统具有重要的安全预警功能。油气管道泄漏引发的事故不仅会造成巨大的经济损失,甚至会对居民的生命安全带来巨大威胁。美国管道和危险材料安全管理局的数据显示:2010年1月~2018年11月,美国因油气管道泄漏事故造成的损失超过10亿美元。国内也发生了不少影响恶劣的泄漏事故,例如:2017年,贵州省黔西南州晴隆县“7·2”中石油输气管道燃烧爆炸事故;2018年,中石油中缅天然气管道黔西南州晴隆段“6·10”泄漏燃爆事故等[1-4]。
   近年来,国内外许多学者致力于管道泄漏监测技术的研究工作,基于次声波法、流量平衡法、内检法和光纤法等技术的泄漏监测方案应运而生[3-6]。其中,分布式光纤温度传感器因具有抗电磁干扰、耐腐蚀性强和适用于长距离监测等优点,在地埋长输管道泄漏监测方面具有很好的应用前景[7-9]。目前,基于分布式光纤温度传感技术的泄露监测方案在液体管道和少量气体管道上已有工程试用案例,但由于气体扩散具有不确定性,在气体管道泄漏监测上的应用尚无明确的有效监测范围。为此,本文对分布式光纤温度传感技术在气体管道监测上的应用进行不同压力、孔径和位置的泄漏模拟试验,以测定其在不同工况下的适用性和有效监测范围。

3 结束语
       本文对分布式光纤温度传感器在气体管道泄漏监测上的应用进行了模拟测试。试验结果表明:现有的分布式光纤温度传感系统可有效用于气体管道的泄漏监测,但针对微小泄漏情况,其适用范围存在局限性,特定位置的光缆只能对附近很小范围的泄漏进行有效监测;而且,当泄漏气体沿光纤长度方向的分布范围小于传感器的空间分辨率时,光纤测温结果的准确性极大降低,严重影响泄漏监测的效果。
   通过试验数据分析,本文研究了不同压力、泄漏孔径和泄漏位置对其有效性的影响。研究结果表明:压力越大,气体泄漏后的温度越低,越有利于泄漏的监测;泄漏孔径的大小不影响气体泄漏后的温度,但会影响气体泄漏量和扩散范围,间接影响监测效果,孔径越大越利于监测;不同的泄漏位置,由于环境压力不同,会影响气体泄漏后的温度和扩散,泄漏位置越低,气体泄漏前后的温度变化越小,越不利于泄漏的监测。
   在实际工程应用时,可根据具体的监测对象,结合气体管道泄漏的风险评估和文章结论,进一步完善传感器的布设方案。例如:对于小管径的天然气管道,可以在管道顶部敷设一条测温光纤;对于大管径的天然气管道,尤其是在高风险区,就要根据单根光纤的有效监测范围,在顶部两侧适当增加光纤数量,或者考虑沿管道长度方向、在分布式光纤温度传感器的上方,增加一种用于收集泄漏气体的“集气装置”,在空间分辨率一定的条件下,通过改变测量环境来提高系统的监测效果。分布式光纤温度传感器在气体管道泄漏监测方面的应用前景广阔,但其空间分辨率还有待提高,科研单位和厂家可致力于该方面的技术研究与突破。