豐曉紅

摘要：管道安全是目前油氣輸送過(guò)程中遇到的難題之一。本文將通過(guò)對(duì)油氣管道位移光纖安全監(jiān)測(cè)技術(shù)所需要的理論技術(shù)進(jìn)行具體的分析，然后以理論的方式對(duì)預(yù)警信號(hào)的特征進(jìn)行具體的研究，從而將此項(xiàng)技術(shù)更好的服務(wù)于石油化工行業(yè)。

關(guān)鍵詞：油氣管道;位移光纖安全檢測(cè)技術(shù);預(yù)警信號(hào)

引言：油氣的輸送離不開(kāi)管道的支撐，對(duì)于很多的油田的輸送管道長(zhǎng)度是十分長(zhǎng)的，因此如何保障管道的安全，如何更好的檢測(cè)出管道目前存在的狀態(tài)將直接決定油氣輸送能否成功。目前應(yīng)用最廣泛的就是位移光纖安全監(jiān)測(cè)技術(shù)，其監(jiān)測(cè)的靈敏度十分高，并且抗干擾能力比較強(qiáng)，不受輸送的物質(zhì)特性以及輸送的過(guò)程中所遭受的工況的影響，因此其適應(yīng)環(huán)境的能力十分強(qiáng)，抗干擾能力較強(qiáng)。但是目前由于此項(xiàng)技術(shù)在很多方面仍然受到一些局限性，尤其是精確定位上以及對(duì)于應(yīng)用到預(yù)警上仍有不足。本文主要通過(guò)對(duì)油氣管道位移光纖安全監(jiān)測(cè)技術(shù)所需要的理論技術(shù)進(jìn)行具體的分析，然后以理論的方式對(duì)預(yù)警信號(hào)的特征進(jìn)行具體的研究，從而可以讓此項(xiàng)技術(shù)可以更好的普及到油氣管道的監(jiān)測(cè)中。

1.管道光纖監(jiān)測(cè)原理

對(duì)于管道光纖位移監(jiān)測(cè)的原理主要通過(guò)一個(gè)原理圖來(lái)具體的分析一下，監(jiān)測(cè)原理圖如圖1所示。

管道光纖位移監(jiān)測(cè)裝置主要包括兩個(gè)光電探測(cè)器，分別為光電探測(cè)器1和光電探測(cè)器2組成，并且在分別安裝在地面下管道的首端和末端，這樣可以精確的把握住整個(gè)管道，另外局部的是分布在土壤附件的分布式的光纖傳感器。假如整個(gè)管道的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，如果泄漏點(diǎn)發(fā)生在管道的某個(gè)部分，距離管道首端的位置為X，那么這個(gè)分布式光纖位移傳感器就可以精確的測(cè)量出何處泄露，可以精確的找到泄露點(diǎn)。其主要的原理是折射。光纜中的光纖受到應(yīng)力作用，將導(dǎo)致光纖長(zhǎng)度、直徑和折射率發(fā)生變化，從而對(duì)光纖中傳播的光波產(chǎn)生相位調(diào)制作用。并且首端和末端的兩個(gè)光電探測(cè)器也在一直進(jìn)行工作，主要是兩個(gè)方向，如圖1所示，一個(gè)沿著方向1向左進(jìn)行探測(cè)，另一個(gè)光電探測(cè)器朝著另一個(gè)方向進(jìn)行探測(cè)兩個(gè)光電探測(cè)器朝著兩個(gè)相反的方向進(jìn)行探測(cè)，從而可以保證監(jiān)測(cè)的可靠性。

2.油氣管道位移光纖安全監(jiān)測(cè)技術(shù)定位理論

在前文中，對(duì)于管道安全威脅最大的就是管道的泄露，尤其是如何精確的找到泄漏點(diǎn)的位置是監(jiān)測(cè)定位非常重要的理論。因此本小節(jié)主要介紹監(jiān)測(cè)技術(shù)的定位理論。首先是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖如圖2所示

此系統(tǒng)組成在前面的原理中初步的進(jìn)行了介紹，主要的裝置就是光電探測(cè)器以及分布式光纖監(jiān)測(cè)裝置，另外還需要一個(gè)控制系統(tǒng)，主要就是通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)傳輸?shù)男盘?hào)通過(guò)放大電路傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，然后計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理計(jì)算，因?yàn)樾盘?hào)系統(tǒng)傳輸來(lái)的大多是頻率的光波，需要轉(zhuǎn)化為能夠?yàn)橛?jì)算機(jī)識(shí)別的二進(jìn)制語(yǔ)言，從而可以讓技術(shù)人員可以精確的定位到泄漏點(diǎn)。

2.1泄漏點(diǎn)定位技術(shù)理論

對(duì)于泄漏點(diǎn)的定位主要是誤差問(wèn)題，如何可以實(shí)現(xiàn)高精度的定位將是理論研究的重中之重。目前比較常見(jiàn)的泄漏點(diǎn)的定位理論主要是通過(guò)壓力來(lái)判斷。因?yàn)閷?duì)于泄漏點(diǎn)來(lái)說(shuō)，如果某處發(fā)生管道的泄漏現(xiàn)象，將直接改變點(diǎn)兩處的壓力，就會(huì)產(chǎn)生一定的壓力差。但是壓力差的產(chǎn)生并不一定是存在泄漏點(diǎn)才會(huì)改變壓力的變化，有時(shí)候如果這個(gè)管道的工作時(shí)間年限較長(zhǎng)，表面會(huì)產(chǎn)生一定的油膜或者致密層，這樣也會(huì)改變兩邊的壓力差發(fā)生變化，這樣就會(huì)導(dǎo)致定位的不精確，因此此項(xiàng)技術(shù)仍然有局限性。

目前比較先進(jìn)的就是通過(guò)分布式位移光纖技術(shù)來(lái)找泄漏點(diǎn)，由于兩個(gè)光電探測(cè)器不停的從管道的首端和末端分別開(kāi)始檢測(cè)，兩個(gè)探測(cè)器在探測(cè)的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)時(shí)間差，這個(gè)時(shí)間差一般情況下是不會(huì)改變的，如果發(fā)現(xiàn)改變就說(shuō)明有泄漏點(diǎn)，然后通過(guò)分布式光纖位置來(lái)查找測(cè)量距離管道的位置，從而可以通過(guò)兩個(gè)探測(cè)器和一個(gè)分布式位移光纖監(jiān)測(cè)器聯(lián)合找到泄漏點(diǎn)。

2.2光波測(cè)量原理

光波在光纖傳播的過(guò)程中是十分穩(wěn)定的，由于光的特殊性，不受其他介質(zhì)的影響，因?yàn)椴皇芡饨绛h(huán)境的局限性，還不受壓力、溫度以及管道本身的影響，這樣就會(huì)極大的提高其精確性。其數(shù)學(xué)關(guān)系為：

根據(jù)上述定位原理的表述，設(shè)光波在光纖中傳播速度為v，從事發(fā)點(diǎn)沿方向1 傳播到首端的時(shí)間為t 1，所走路程為s1;光波從事發(fā)點(diǎn)沿方向2 傳播到首端的時(shí)間為t 2，所走路程為s2;路程差為Δs，時(shí)間差為Δt。

從式子中可以精確的得出，如果想要精確的得到泄漏點(diǎn)的位置就需要精確的測(cè)量出光電探測(cè)器1和光電探測(cè)器2兩個(gè)方向的時(shí)間差，如果時(shí)間差測(cè)量準(zhǔn)確就意味著整個(gè)管道中找泄漏點(diǎn)就可以精確的定位到泄漏點(diǎn)，這樣可以極大的提高了整體的效率。另外測(cè)量時(shí)間差目前主要依靠傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)量，可以很好的滿足現(xiàn)階段光波測(cè)量的準(zhǔn)確性。

3.預(yù)警信號(hào)特征

3.1預(yù)警信號(hào)頻率周期短

預(yù)警信號(hào)的監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)敲擊實(shí)驗(yàn)來(lái)完成，主要的做法是通過(guò)輕輕的敲擊管道，然后就會(huì)反饋到計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中去，在這個(gè)反饋的過(guò)程中轉(zhuǎn)化為光波頻率就可以在電腦中顯示出來(lái)，從而可以很好的分析頻譜，主要通過(guò)頻譜分析來(lái)分析干擾的信號(hào)，取得距離為850米具體的圖如圖3所示。

從圖中可以得出整個(gè)過(guò)程發(fā)生的時(shí)間是十分短的，可以清晰的看出振幅和頻率的變化情況，并且是一個(gè)周期性的過(guò)程中，周期較短，這樣可以極大的節(jié)約反應(yīng)發(fā)生的時(shí)間，可以在有限的時(shí)間里發(fā)現(xiàn)信號(hào)的異常，發(fā)出預(yù)警。

3.2處理濾波，提高預(yù)警信號(hào)的抗干擾能力

整個(gè)過(guò)程中由于是通過(guò)光纖來(lái)完成的，光不受外界環(huán)境以及其他方面的影響，主要不受溫度不受傳播介質(zhì)以及其他方面的影響導(dǎo)致其抗干擾的能力強(qiáng)，并且由于有多個(gè)局部的光纖位移監(jiān)測(cè)器這樣就可以處理信號(hào)之外存在的濾波，從而可以更好的完成信號(hào)的處理，讓預(yù)警信號(hào)發(fā)出過(guò)程中減少了抗干擾的能力，極大的提高了效率。

總結(jié)

綜上所述，本文主要通過(guò)對(duì)光纖安全監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行具體的研究分析，首先分析產(chǎn)生的原理，然后對(duì)光纖位移監(jiān)測(cè)技術(shù)理論進(jìn)行具體的闡述，主要有泄漏點(diǎn)定位技術(shù)理論的研究以及光波測(cè)量原理的分析，然后通過(guò)頻譜圖對(duì)預(yù)警信號(hào)的特征進(jìn)行分析，主要是頻率周期短以及抗干擾能力強(qiáng)等多種特征，從而提高測(cè)量的效率。

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