分布式光纤传感器在管道安全领域的 “多元应用与卓越守护”
在守护管道安全的 “战线” 上,分布式光纤传感器凭借卓越性能发挥着关键作用,应用广泛且意义重大。于泄漏检测而言,基于拉曼与布里渊散射效应,一方面借温度监测,敏锐捕捉热油或低温介质管道泄漏引发的温度异常,定位泄漏点;另一方面依应变监测,精准感知因泄漏致管道压力变化引发的变形,防患于未然。在腐蚀监测中,利用温度关联原理,全程紧盯管道温度变化,察觉腐蚀 “端倪”。针对第三方破坏,其振动传感功能实时监测周边异动,提前预警。还能间接测压、估算流量,全方位护航管道运行安全。
一、泄漏检测
基于温度监测的泄漏检测
- 原理:利用光纤中的拉曼散射效应,反斯托克斯光和斯托克斯光的强度比与温度相关。当管道发生泄漏时,流体泄漏点周围的温度会发生变化。例如,对于输送热油的管道,泄漏的热油会使周围温度升高;对于输送低温介质(如液化天然气)的管道,泄漏会导致局部温度下降。通过监测光纤沿线的温度变化,根据温度异常点来判断泄漏位置。
- 优势:这种方法可以实现对管道的长距离、分布式温度监测。与传统的点式温度传感器相比,能更全面地覆盖管道,避免监测盲区,可及时发现微小的泄漏,提高泄漏检测的灵敏度。
基于应变监测的泄漏检测
- 原理:基于布里渊散射的分布式光纤传感器可以测量光纤的应变。管道泄漏会导致管道内压力变化,进而引起管道的变形,使附着在管道表面的光纤产生应变。通过检测光纤的应变变化和位置,能够推断出管道是否发生泄漏以及泄漏位置。
- 优势:能够实时、连续地监测管道的应变状态,对管道因泄漏等原因产生的微小变形具有很高的检测精度,并且可以结合管道的力学模型,更准确地判断泄漏情况。
二、腐蚀监测
- 原理:利用光纤中的拉曼散射效应,反斯托克斯光和斯托克斯光的强度比与温度相关。当管道发生泄漏时,流体泄漏点周围的温度会发生变化。例如,对于输送热油的管道,泄漏的热油会使周围温度升高;对于输送低温介质(如液化天然气)的管道,泄漏会导致局部温度下降。通过监测光纤沿线的温度变化,根据温度异常点来判断泄漏位置。
- 优势:这种方法可以实现对管道的长距离、分布式温度监测。与传统的点式温度传感器相比,能更全面地覆盖管道,避免监测盲区,可及时发现微小的泄漏,提高泄漏检测的灵敏度。
三、第三方破坏监测
- 原理:用分布式光纤振动传感器,当有第三方(如施工机械、挖掘设备等)接近或触碰管道时,会引起管道的振动,光纤传感器能够检测到这种振动信号。通过对振动信号的分析,如频率、振幅、波形等参数,可以判断是否存在第三方破坏行为以及破坏的大致位置。
- 优势:可以实时监测管道周围的情况,对于防止因第三方施工等活动导致的管道损坏非常有效。能够在破坏行为发生的早期阶段发出警报,使管道运营方有足够的时间采取措施,避免管道破裂、泄漏等严重事故。
四、运行状态监测
压力监测
- 原理:虽然分布式光纤传感器不能直接测量压力,但可以通过监测管道的应变来间接推断压力变化。根据管道的材料特性和力学原理,管道的应变与内部压力存在一定的关系。通过建立这种关系模型,结合光纤传感器测量的应变数据,就可以估算管道内的压力变化情况。
- 优势:可以实时、连续地获取管道压力变化信息,有助于及时发现管道的异常压力波动,如因泵站故障、阀门异常等引起的压力变化,从而保障管道在安全的压力范围内运行。
流量监测
- 原理:通过监测管道的温度和应变变化,并结合管道的物理特性和流体力学原理来估算流量。例如,在稳定运行的管道中,流量的变化会引起管道内流体温度分布的改变和管道的应变变化,利用这些关系来推断流量情况。
- 优势:提供了一种非侵入式的流量监测方法,对于一些难以安装传统流量传感器的管道(如埋地管道、高温高压管道等),分布式光纤传感器可以提供一种可行的流量监测解决方案,并且可以同时监测管道的其他安全参数。