專利名稱：一種天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝結(jié)構(gòu)，涉及到光纖傳感技術(shù)、機(jī)械振動(dòng)的測量以及管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，世界上建成的管道總長達(dá)到250萬公里，已經(jīng)超過鐵路總里程成為世界能源主要運(yùn)輸方式，發(fā)達(dá)國家和中東產(chǎn)油區(qū)的油品輸運(yùn)已全部實(shí)現(xiàn)管道化。我國管道在近年也得到了較快發(fā)展，總長也超過7萬公里，已初步形成橫跨東西、縱貫?zāi)媳薄⒏采w全國、連通海外的能源管網(wǎng)大格局，管道運(yùn)輸成為油氣等戰(zhàn)略能源的調(diào)配輸送的主要方式。管道由于跨越地域廣，受自然災(zāi)害、第三方施工破壞等原因，導(dǎo)致了較多的管道泄漏事故發(fā)生。一旦天然氣管道發(fā)生泄漏，就會(huì)造成全線停輸和大量天然氣資源流失。這不但直接影響到沿線城市和用氣企業(yè)的能源供給，而且，還極易引起火災(zāi)、爆炸等安全事故， 威脅沿線地區(qū)的人民生命財(cái)產(chǎn)安全，甚至還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)災(zāi)難。例如，美國 2010年9月9日圣布魯諾市發(fā)生天然氣管道大爆炸，爆炸在路面造成一個(gè)長51米、寬9米的大坑。一段長約8米、直徑76厘米的管道被炸上天，飛出大約30米遠(yuǎn)，并引發(fā)大范圍火災(zāi)，導(dǎo)致4人死亡，3人失蹤，至少52人受傷，過火面積4公頃，數(shù)十樁房屋被燒毀。近年來人們安全、環(huán)保意識(shí)顯著提升，作為高危行業(yè)的管道輸運(yùn)安全問題也得到越來越多的重視?？v觀國內(nèi)與國外的各種管道泄漏監(jiān)測技術(shù)，目前普遍使用的負(fù)壓波法，流量平衡法，壓力坡降等輸油管道泄漏檢測技術(shù)，無法有效的解決氣體管道的泄漏檢測問題，尤其是對(duì)微小泄漏的識(shí)別與定位。而基于光纖良好的傳感特性，光纖傳感技術(shù)得以快速發(fā)展，其中應(yīng)用較多的是利用一根與管道同溝敷設(shè)的光纜作為氣體泄漏傳感單元，靈敏度雖然比傳統(tǒng)技術(shù)高，但是其定位效果差，不能完全滿足天然氣管道泄漏監(jiān)測的應(yīng)用需求。另一種基于光纖復(fù)用技術(shù)的準(zhǔn)分布式光纖傳感技術(shù)，可有效解決管道氣體微小泄漏的識(shí)別與定位。但是其光纖傳感單元的安裝技術(shù)要求復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度大，主要是要保證光纖傳感單元檢測靈敏度足夠高，噪聲隔離性要好。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種安裝較為簡單且使光纖傳感單元檢測靈敏度足夠高、噪聲隔離性足夠好的天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型是針對(duì)具有高靈敏度的準(zhǔn)分布式光纖傳感泄漏振動(dòng)監(jiān)測方法和系統(tǒng)的光纖傳感單元安裝結(jié)構(gòu)。它是在具有一定間隔的管道本體上安裝高靈敏度光纖干涉型泄漏光纖傳感器，連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測沿管道本體傳播的振動(dòng)波信號(hào)，對(duì)采集的振動(dòng)波信號(hào)進(jìn)行分析處理，包括類型識(shí)別和振動(dòng)源定位，其中類型識(shí)別為通過對(duì)振動(dòng)波特征的提取分析判別其是否屬于泄漏類型，同時(shí)根據(jù)振動(dòng)波傳播到相鄰幾個(gè)光纖傳感器的時(shí)間延遲結(jié)合振動(dòng)波在管道本體上的傳播速度實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)波源所在位置的確定，實(shí)現(xiàn)上述的對(duì)振動(dòng)波信號(hào)分析處理后對(duì)泄漏事件進(jìn)行報(bào)警同時(shí)提供泄漏點(diǎn)的位置信息(見圖1)。并在采用高靈敏度光纖傳感器提高對(duì)泄漏事件監(jiān)測靈敏度的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加了光纖傳感器的數(shù)量，擴(kuò)展了可拾取監(jiān)測信號(hào)的頻段，并結(jié)合多個(gè)光纖傳感器進(jìn)行的時(shí)延估計(jì)定位方法保證了系統(tǒng)定位的準(zhǔn)確性。在天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)中，傳感器是實(shí)現(xiàn)管道泄漏監(jiān)測的關(guān)鍵，當(dāng)管道發(fā)生泄漏時(shí)，泄漏激發(fā)的振動(dòng)波將沿管道向泄漏點(diǎn)兩側(cè)傳播。在管道本體上每隔一定距離安裝一個(gè)傳感器，用來監(jiān)測管道上的泄漏振動(dòng)波。傳感器采用光纖干涉儀結(jié)構(gòu)，可以用光纖邁克耳遜干涉儀或者光纖馬赫曾德干涉儀作為泄漏振動(dòng)波檢測傳感器。本實(shí)用新型的光纖傳感器是檢測管道軸向振動(dòng)的光纖傳感器，其結(jié)構(gòu)見圖2。光纖傳感器由長方形彈性片8、和光纖干涉儀4以及尾纖盤纖盒1組成；具體結(jié)構(gòu)是在長方形彈性片8的上面，將光纖干涉儀的光纖干涉臂以正弦波的形狀均勻布設(shè)，并用粘合劑將光纖緊貼在長方形彈性片8上，剩余的光纖干涉儀及其相關(guān)器件將整齊的盤繞在尾纖盤纖盒 1內(nèi)，輸入、輸出光纖2露在外；尾纖盤纖盒1通過粘合劑固定在長方形彈性片8上面，傳感器安裝時(shí)，將長方形彈性片8的內(nèi)凹面使用粘合劑沿天然氣管道軸向方向粘在管道外表面上，最后將傳感器整體外殼套在外部，并作相應(yīng)的管道防腐處理，使傳感器整體與管道表面防腐層無縫對(duì)接。其中所述的長方形彈性片8是一個(gè)底部內(nèi)凹且弧度與管道外表面一致的鋼制薄板；天然氣管道泄漏時(shí)產(chǎn)生的軸向振動(dòng)讓長方形彈性片8發(fā)生形變，帶動(dòng)長方形彈性片8上面盤繞的光纖干涉儀4也發(fā)生形變，由此改變光纖內(nèi)傳輸?shù)墓獾臓顟B(tài)，以致被后端設(shè)備檢測到。傳感器本體底部傳感光纖沿管道軸向均勻分布。傳感器本體底部通過膠粘劑粘接固定于天然氣管道外表面，傳感光纖不能粘膠， 需直接接觸管道外鋼表面。其中傳感器的外殼內(nèi)附有減振層，主要起隔離管道壁外界干擾信號(hào)和固定保護(hù)傳感器的作用。本實(shí)用新型既能保證光纖傳感單元的檢測靈敏度高，又能有效隔離管道壁以外的干擾信號(hào)，適用于直接接觸管道表面的光纖傳感單元安裝?；谶@種安裝結(jié)構(gòu)的光纖傳感器可為準(zhǔn)分布式天然氣管道泄漏監(jiān)測提供高定位精度和高靈敏度的監(jiān)測手段。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是它包括光纖傳感器本體6、傳感器護(hù)罩7和天然氣管道。該傳感器本體6是一個(gè)底部均勻分布著傳感光纖的盒體，底部內(nèi)凹，呈與管道外表面相匹配的弧度，這主要是為了使傳感光纖盡可能接觸管道外壁，增加其靈敏度。傳感器護(hù)罩7內(nèi)部附有減振保護(hù)作用的海綿層，主要起隔離管道壁外界干擾信號(hào)和保護(hù)傳感單元的作用。在安裝傳感器前需要將相應(yīng)區(qū)域的天然氣管道外表面的防腐層清除干凈，露出鋼管表面，安裝時(shí)，使用膠粘劑將傳感器本體6粘接在管道外壁上，這也是為了使傳感光纖竟可能接觸管道外壁，增加其靈敏度。之后將傳感器護(hù)罩7罩在傳感器本體6外面，由傳感器本體6內(nèi)引出的傳輸光纜從傳感器護(hù)罩7的出纜槽引出，最后在護(hù)罩與管道的接縫處進(jìn)行膠粘和防腐處理，使其與管道表面防腐層無縫對(duì)接。本實(shí)用新型的效果和益處是，基于這種安裝結(jié)構(gòu)的天然氣管道泄漏監(jiān)測光纖傳感單元具有檢測靈敏度高，噪聲隔離性好的優(yōu)點(diǎn)，可為準(zhǔn)分布式天然氣管道泄漏監(jiān)測提供高定位精度和高靈敏度的監(jiān)測手段。
圖1光纖傳感天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)原理框圖圖2管道軸向振動(dòng)檢測光纖傳感器結(jié)構(gòu)圖圖3天然氣管道泄漏監(jiān)測的光纖傳感器安裝結(jié)構(gòu)示意圖圖4天然氣管道泄漏監(jiān)測的光纖傳感器安裝結(jié)構(gòu)示意圖(局部放大圖)其中1_尾纖盤纖盒 2-輸入、輸出光纖4-光纖干涉儀5-傳輸光纜6-傳感器本體7-傳感器護(hù)罩8-長方形彈性片 9-管道表面10-管道表面防腐層。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。實(shí)施例.本例主要是針對(duì)天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)傳感器所設(shè)計(jì)的實(shí)施例， 故需在該監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行。該監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，在管道本體上每隔 1. 5km安裝一個(gè)光纖傳感器，共計(jì)安裝10個(gè)傳感器，前5個(gè)傳感器和后5個(gè)傳感器分別構(gòu)成一個(gè)傳感器組，所有光纖傳感器組共用傳輸光纜中的一根光纖與系統(tǒng)光源連接，作為發(fā)射光纖，同時(shí)每個(gè)光纖傳感器組又獨(dú)自使用傳輸光纜中的一根光纖與系統(tǒng)光電探測器連接， 作為回傳光纖；光電探測器輸出端接包括泄漏信號(hào)識(shí)別和事件定位功能的信號(hào)采集與處理模塊，所述信號(hào)采集與處理模塊包括信號(hào)調(diào)理器、信號(hào)采集器、處理單元、終端顯示和外部接口 ；其中連接光電探測器輸出端的依次是信號(hào)調(diào)理器、信號(hào)采集器和處理單元，處理單元輸出有終端顯示和外部接口。信號(hào)采集器與處理單元輸出接微機(jī)。本例所用到的光纖傳感器是檢測管道軸向振動(dòng)的光纖傳感器(見圖3)。本例中系統(tǒng)所采用的傳感器僅主要傳感光纖構(gòu)成，制作方式按照?qǐng)D2的方法繞制而成，其外部罩有傳感器護(hù)罩7，傳感器護(hù)罩7內(nèi)層附有一層隔振海棉，安裝時(shí)用粘結(jié)膠粘貼在刨開防腐層的管道表面，使傳感器的內(nèi)凹底部緊貼管道外壁，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道本體振動(dòng)的拾??；本例中，該系統(tǒng)光纖傳感器的具體安裝結(jié)構(gòu)如圖3、4所示首先，清理傳感器安裝區(qū)域的天然氣管道外表面涂層10，去除管道表面原有的防腐層并進(jìn)行輕度打磨，直至露出光滑的鋼管壁9。接著，在鋼管外表面均勻涂抹膠粘劑，將傳感器底部或長方形彈性片8與鋼管外表面9緊壓在一起，直至膠粘劑完全凝固為止。然后將傳感器護(hù)罩7完全罩住傳感器本體6，并在其間墊上減振夾層，在安裝時(shí)傳感器護(hù)罩7側(cè)面的出纜槽應(yīng)對(duì)準(zhǔn)傳感器上的傳輸光纜5位置。最后在傳感器護(hù)罩7與管道接縫處進(jìn)行膠粘和防腐處理，其間使用與天然氣管道表面涂層相同的材料進(jìn)行，最終使傳感器整體與管道表面防腐層無縫對(duì)接。本例經(jīng)多次試驗(yàn)，通過在管道壁上安裝泄漏振動(dòng)敏感干涉型傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)沿管道傳播的任何擾動(dòng)行為的監(jiān)測，經(jīng)過對(duì)信號(hào)分析處理以及智能識(shí)別能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)泄漏事件報(bào)警并給出泄漏點(diǎn)位置，系統(tǒng)靈敏度高，通過對(duì)泄漏的智能識(shí)別極大程度上降低了偶發(fā)事件導(dǎo)致的系統(tǒng)虛警率。
權(quán)利要求1.一種天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于由長方形彈性片(8)、光纖干涉儀(4)以及尾纖盤纖盒(1)組成檢測管道軸向振動(dòng)的光纖傳感器；其安裝方法是在長方形彈性片(8)的上面，將光纖干涉儀的光纖干涉臂以正弦波的形狀均勻布設(shè)，并用粘合劑將光纖緊貼在長方形彈性片(8)上，剩余的光纖干涉儀及其相關(guān)器件將整齊的盤繞在尾纖盤纖盒(1)內(nèi)，輸入、輸出光纖(2)露在外；尾纖盤纖盒(1)通過粘合劑固定在長方形彈性片(8)上面，傳感器安裝時(shí)，將長方形彈性片(8)的內(nèi)凹面使用粘合劑沿天然氣管道軸向方向粘在管道外表面上，并作相應(yīng)的管道防腐處理，使傳感器整體與管道表面防腐層無縫對(duì)接，最后將傳感器整體外殼套在外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述長方形彈性片(8)是一個(gè)底部內(nèi)凹且弧度與管道外表面一致的鋼制薄板， 傳感器本體底部傳感光纖是沿管道軸向均勻分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝結(jié)構(gòu)， 其特征在于天然氣管道外表面在安裝傳感器之前需除去防腐層，露出鋼管表面本體，傳感器本體底部通過膠粘劑粘接固定于天然氣管道鋼的外表面，傳感光纖不能粘膠，需直接接觸管道外鋼表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述檢測管道軸向振動(dòng)的光纖傳感器的傳感器護(hù)罩(7)內(nèi)部附有減振層。
專利摘要本實(shí)用新型是一種天然氣管道泄漏光纖監(jiān)測系統(tǒng)的光纖傳感器安裝結(jié)構(gòu)。在長方形彈性片(8)的上面，將光纖干涉儀的光纖干涉臂以正弦波的形狀均勻布設(shè)，并用粘合劑將光纖緊貼在長方形彈性片(8)上，剩余的光纖干涉儀及其相關(guān)器件將整齊的盤繞在尾纖盤纖盒(1)內(nèi)，輸入、輸出光纖(2)露在外；尾纖盤纖盒(1)通過粘合劑固定在長方形彈性片(8)上面，長方形彈性片(8)的內(nèi)凹面使用粘合劑沿天然氣管道軸向方向粘在管道外表面上，最后將傳感器整體外殼套在外部，并作相應(yīng)的管道防腐處理，使傳感器整體與管道表面防腐層無縫對(duì)接。它能夠有效控制光纖傳感單元探頭的靈敏度，并對(duì)除天然氣泄漏之外的信號(hào)干擾具有良好的隔離屏蔽效果。
文檔編號(hào)F17D5/02GK202252865SQ20112034482
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者任培奎, 孫祥林, 張金權(quán), 李光, 焦書浩, 王小軍, 蔣啟善, 馬艷昉, 高杰, 黃現(xiàn)玲 申請(qǐng)人:中國石油天然氣管道局, 中國石油天然氣集團(tuán)公司