CN205280311U - 基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及油气管道泄漏检测领域，其公开了基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***，包括至少两个光纤光栅压力传感器，每个所述光纤光栅压力传感器分别安装于油气管道预设位置处；所述光纤光栅压力传感器以并联或串联方式进行连接，其用于将检测到的油气管道内部负压波信号转换为光信号，并传送至光纤光栅快速解调仪；所述光纤光栅快速解调仪用于同步采集并传送所述光信号至监测主机进行分析处理，最终实现油气管道的泄漏检测及精确定位。本实用新型不需要另外铺设传输光缆，可实时准确获得负压波波速，大大增强对小泄漏的监测能力，并取多组测量结果的平均值，可进一步提高定位精度，具有检测灵敏度高、定位精度高和误报率低等优点。

Description

基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***

技术领域

本实用新型涉及一种泄漏定位***，尤其涉及一种基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***。

背景技术

油气管道是重要的石油、天然气运输方式，目前中国油气管道总里程已达14万公里，承担着我国70％的原油和99％的天然气运输任务。数据显示，我国油气管道事故率平均为3次/1000千米·年，远高于美国的0.5次/1000千米·年和欧洲的0.25次/1000千米·年。据统计，造成我国油气管道事故的主要原因是人为第三方破坏和恶意的打孔盗油(气)，以及管道腐蚀和突发性自然灾害。因此，实时监测管道泄漏并对泄漏点进行精确定位，对保证人民财产、人身安全，降低国家经济损失具有重要意义。

现有的管道泄漏检测技术主要包括：流量平衡法、内测球法、负压波法、分布式光纤法、压力梯度法等。其中负压波法仅仅通过在管道首末端分别安装压力传感器，实现简单、易维护，而且很多已经应用于实际管道的泄漏监测。从***实际运行情况来看，检测灵敏度低、定位精度差是目前制约负压波泄漏检测技术发展的瓶颈。在应用负压波法进行泄漏定位时需要通过负压波波速求解泄漏点位置，而负压波的传播速度与管道传输介质特性、管道材质等因素有关，所以要准确进行管道的泄漏定位，就要先确定管道内负压波传播的速度，直接带入标称的负压波波速值进行泄漏定位计算，将导致泄漏定位精度较低；而且负压波信号在传输过程中会出现严重衰减，随着传输距离的延长，管道首末两端的压力传感器可能出现测量不到负压波，导致部分泄漏工况无法检测；另外一旦管道首末端的两个压力传感器的其中一个失效，就将无法得到负压波传播到管道首末两端的时间差，这将导致泄漏定位失败。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***，本实用新型能够克服上述不足，达到更高的检测灵敏度和定位精度，极低的误报率。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***，包括至少两个光纤光栅压力传感器，每个所述光纤光栅压力传感器分别安装于油气管道预设位置处；所述光纤光栅压力传感器以并联或串联方式进行连接，其用于将检测到的油气管道内部负压波信号转换为光信号，并传送至光纤光栅快速解调仪；所述光纤光栅快速解调仪用于同步采集并传送所述光信号至监测主机进行分析处理，最终实现油气管道的泄漏检测及精确定位。

所述光纤光栅压力传感器并联连接至通信光缆的多芯单模光纤，所述多芯单模光纤与分路器相连，所述分路器与光纤光栅快速解调仪相连。

所述光纤光栅压力传感器串联连接至通信光缆的一芯单模光纤，所述一芯单模光纤与光纤光栅快速解调仪相连。

所述监测主机上设有通信接口，所述通信接口与光纤光栅快速解调仪相连。

所述通信接口采用以太网口。

所述光纤光栅压力传感器等间隔安装于油气管道上。

所述光纤光栅压力传感器根据预设不等间隔距离安装于油气管道上。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型的优点是通过负压波信号经过两光纤光栅压力传感器的时间差和距离间隔，可实时准确获得负压波波速；通过在长输管道上间隔一定距离布设多个光纤光栅压力传感器监测负压波信号，可大大提高传感器接收信号的信噪比，增强对小泄漏的监测能力，避免负压波信号长距离传输衰减过大导致泄漏定位精度差的不足，而且本实用新型借助管道沿线的通信光缆作为传输介质，不需要另外铺设传输光缆；同时取多组测量结果的平均值，可进一步提高定位精度，具有检测灵敏度高、定位精度高和误报率低等优点。

附图说明

图1是本实用新型的基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***结构原理示意图；

图2(a)是本实用新型的传感器与通信光缆并联连接图；

图2(b)是本实用新型的传感器与通信光缆串联连接图；

图3是本实用新型的光纤负压波油气管道泄漏监测定位方法流程图。

图中，1.光纤光栅压力传感器；2.通信光缆；3.分路器；4.光纤光栅解调仪；5.监测主机；6.油气管道。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明：

图1是本实用新型的基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***的结构示意图，该定位***包括至少两个光纤光栅压力传感器1，所述光纤光栅压力传感器1分别安装于油气管道预设位置处；所述光纤光栅压力传感器1用于感知油气管道6内部负压波信号，把负压波信号转换为光信号，并通过通信光缆2及分路器3将接收到的油气管道6内部负压波光信号传输到光纤光栅快速解调仪4，由光纤光栅快速解调仪4实现信号的同步快速采集，并传送至监测主机5进行分析处理，最终实现油气管道的泄漏检测及精确定位。

光纤光栅压力传感器1可等间隔安装，也可根据现场实际情况按不同间隔安装，均需记录各光纤光栅压力传感器1的安装位置及传感器间隔。

光纤光栅压力传感器1连接至分路器3有两种形式：

(1)光纤光栅压力传感器1并联连接至通信光缆2的多芯单模光纤，所述多芯单模光纤连接至分路器3，如图2(a)所示。

(2)光纤光栅压力传感器1串联连接至通信光缆2的一芯单模光纤，一芯单模光纤直接连接至光纤光栅快速解调仪，如图2(b)所示。

其中，监测主机5上设有通信接口，所述通信接口与光纤光栅快速解调仪4相连。

本实施例中的光纤光栅压力传感器1的压力测量范围为0-10MPa，灵敏度优于0.5％FS，响应时间<10ms；通信接口采用100M以太网口。

光纤光栅解调仪4采用珠海光辰科技有限公司的GC-97001C-8型8通道1kHz高速光纤光栅解调仪，每个通道可以通过分路器3连接多个并联的光纤光栅压力传感器1，也可连接多个串联的光纤光栅压力传感器1阵列；光纤光栅解调仪4采集得到的各通道光纤光栅压力传感器1监测数据通过以太网口送往监测主机5，由监测主机5分析并确定泄漏点的准确位置。

本实用新型的基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***原理为：

管道发生泄漏时，管道内外压差变大，流体迅速流失，泄漏点相邻区域流体密度减小、压力降低，这种压力下降的趋势逐渐向管道两端扩散，形成负压波。在管道沿线分别安装光纤光栅压力传感器，泄漏点不同，负压波到达两端压力传感器时间差也不同。根据时间差、管道长度、负压波传播速度，即可实现管道泄漏点的定位。

其定位公式为：

$X=\frac{(\mathrm{\&Delta;}L+v\mathrm{\&Delta;}t)}{2}$

其中：v是负压波在管道中的传播速度；

Δt为两个检测点接收到负压波信号的时间差；

ΔL为两检测点所检测的管道长度。

如图3所示，本实用新型的基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***的定位方法，包括以下几个步骤：

步骤(1)：根据光纤光栅压力传感器检测到的油气管道内的负压波信号的变化来判断所述光纤光栅压力传感器覆盖的油气管道区域是否发生泄漏，若发生泄漏，则进入下一步；否则，光纤光栅压力传感器继续检测油气管道内的负压波信号；

步骤(2)：根据光纤光栅压力传感器传送来的负压波信号的压力变化或压力拐点的时间进行粗判泄漏点的位置；

步骤(3)：以最先接收到压力变化或压力拐点信号的光纤光栅压力传感器为起点，并取处于步骤(2)所确定泄漏点同一侧的其他光纤光栅压力传感器为终点，根据起点和终点的间距ΔL以及接收到负压波信号的时间差，确定负压波传播速度；

负压波传播速度其中，t₁、t₂分别为泄漏负压波信号到达第1个光纤光栅压力传感器和第2个光纤光栅压力传感器的时间；

步骤(4)：以最先接收到压力变化或压力拐点信号的光纤光栅压力传感器为起点，分别与步骤(2)所确定泄漏点对称的另一侧不同光纤光栅压力传感器组成一组，计算出泄漏点与起点间的若干组距离值，求取这些组距离值的平均值作为最终的泄漏点位置，实现管道泄漏的精确定位。

其中，起点与步骤(2)所确定泄漏点对称的另一侧的第i个光纤光栅压力传感器计算得到的泄漏点与起点间的距离值X_i的表达式为：

$X_i=\frac{({\mathrm{\&Delta;L}}_i+{\mathrm{v\&Delta;t}}_i)}{2}$

其中，Δt_i为起点与步骤(2)所确定泄漏点对称的另一侧的第i个光纤光栅压力传感器接收到负压波信号的时间差；

ΔL_i为起点与步骤(2)所确定泄漏点对称的另一侧的第i个光纤光栅压力传感器所检测的管道长度，i为大于等于1的正整数。

进一步地，步骤(1)中，判断所述光纤光栅压力传感器覆盖的油气管道区域是否发生泄漏的方法为：

当所有光纤光栅压力传感器监测到油气管道内的压力不变或不存在压力拐点时，监测主机判断所有光纤光栅压力传感器覆盖的油气管道区域未发生泄漏；

当单一光纤光栅压力传感器监测到油气管道内的压力变化或存在压力拐点时，监测主机判断该单一光纤光栅压力传感器覆盖的油气管道区域未发生泄漏；

当多个光纤光栅压力传感器监测到压力变化或存在压力拐点时，监测主机判断传感器所覆盖的管线区域发生泄漏。

进一步地，步骤(2)中，粗判泄漏点的位置为最早监测到负压变化或压力拐点信号的两个相邻的光纤光栅压力传感器之间。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***，其特征在于，包括至少两个光纤光栅压力传感器，每个所述光纤光栅压力传感器分别安装于油气管道预设位置处；所述光纤光栅压力传感器以并联或串联方式进行连接，其用于将检测到的油气管道内部负压波信号转换为光信号，并传送至光纤光栅快速解调仪；所述光纤光栅快速解调仪用于同步采集并传送所述光信号至监测主机进行分析处理，最终实现油气管道的泄漏检测及精确定位。

2.如权利要求1所述的一种基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***，其特征在于，所述光纤光栅压力传感器并联连接至通信光缆的多芯单模光纤，所述多芯单模光纤与分路器相连，所述分路器与光纤光栅快速解调仪相连。

3.如权利要求1所述的一种基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***，其特征在于，所述光纤光栅压力传感器串联连接至通信光缆的一芯单模光纤，所述一芯单模光纤与光纤光栅快速解调仪相连。

4.如权利要求1所述的一种基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***，其特征在于，所述监测主机上设有通信接口，所述通信接口与光纤光栅快速解调仪相连。

5.如权利要求4所述的一种基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***，其特征在于，所述通信接口采用以太网口。

6.如权利要求1所述的一种基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***，其特征在于，所述光纤光栅压力传感器等间隔安装于油气管道上。

7.如权利要求1所述的一种基于光纤负压波的油气管道泄漏监测定位***，其特征在于，所述光纤光栅压力传感器根据预设不等间隔距离安装于油气管道上。