油气管道泄漏监测方法及监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种油气管道泄漏监测方法，包括：将一束光通过分布式光纤微振动传感器前端的第１耦合器，按功率１∶１分为两束光分别进入第１、第２单模传感光纤，到达末端后，两束光通过与第１、第２单模传感光纤分别熔接的第３、第４单模传感光纤返回分布式光纤微振动传感器前端的第２耦合器，在第２耦合器处汇合，产生干涉光信号，两束光在传输过程中，当传感光纤受到外界信号扰动时，干涉光信号发生变化，形成特征信号，根据相邻两个特征信号的时间差对扰动地点进行定位。该方法不仅具有很高的监测灵敏度和定位精度，而且监测系统容易实现、运行可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及管道监测
，尤其涉及一种油气管道泄漏监测方法及监测系 统。
技术介绍
管道运输作为目前石油、天然气最为经济合理的运输方式，对国民经济的发展产 生了积极作用。随着管道运输业的不断发展，为了维护管道的安全运行，管道运行监测技术 也在不断发展，作为管道监控核心的泄漏监测技术一直受到各国科技工作的重视。目前国内外已有多种管道泄漏检测技术和方法，但大多数管道泄漏在线监测技术 主要是基于管内流体介质的流失所造成的管道各运行参数的变化来检测管道泄漏的。例 如，通过监测管道输入端和输出端的压力，流量等管道运行参数的变化，可以判断出管道 是否发生泄漏，同时也可以确定管道泄漏发生的位置。中国专利技术专利公开号CN1184931A、 CN1273342A等对该类
的内容已经做了很详细地叙述。由于该类技术受到管道流体 介质的性质、管道运行工况及其监测原理的限制，只能检测已经发生的、较大的突发性的管 道泄漏事件，不能对管道附近施工、人为破坏以及自然灾害等可能造成管道泄漏的事件进 行预报警。近年来，由于我国管道的老龄化和第三方破坏形势的日益严峻，如何利用各种新 方法、新技术在管道因打孔盗油、机械开挖以及滑坡、泥石流等威胁事件所导致的泄漏之前 给出预警信息并准确定位，从而对泄漏事故防患于未然，是我国管道安全运行和发展所面 临的重大挑战。中国专利技术专利公开号CN1414283A将光时域反射仪(Optical TimeDomain Reflectmeter,以下简称“0TDR”)应用于油气管道泄漏检测，通过检测光纤中产生的背向 瑞利散射和菲涅尔反射信号来判断光纤的故障点，主要应用于管道光缆被第三方挖掘、盗 油等活动破坏后的光缆故障、光缆长度、光缆损耗等方面的检测。其工作原理为在管道附 近沿管道并排铺设一条光纤，当光纤附近产生应力扰动时，会改变光纤的特性和损耗，0TDR 技术将这些损耗检测出来并定位。由于土壤传递来的振动对光纤损耗影响极小，所以该种 方法对检测应力造成的光纤永久损伤较好，而对振动的灵敏度较低。另外，为保证每个测试 点的准确性，还要对每个测试点进行多次测试并进行平均，因此该技术只能检测静态损耗， 不能实现对管道泄漏和第三方机械挖掘的实时监测。中国专利技术专利ZL200410020046. 6采用光纤干涉技术，能够在侵入事件发生前对 事发点进行高精度定位。该方法在管道附近沿管道铺设一根光缆，利用光缆中的三根光纤 构成顺、反两路微振动传感器，通过测量两路干涉光的时差达到对侵入事件定位的目的，其 突出优点在于可在管道泄漏前对事发点进行定位，其定位精度较高且与管道长度无关。但 是由于分光耦合器的使用，使光源功率下降至原先的四分之一，需使用大功率激光光源。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种对第三方破坏具有很高的监测灵敏度和定位精度，监测 系统容易实现，而且运行可靠的油气管道泄漏监测方法及监测系统。为此，本专利技术的技术方案如下一种油气管道泄漏监测方法，包括以下过程将一束光通过分布式光纤微振动传 感器前端的第1耦合器，按功率1 1分为两束光分别进入分布式光纤微振动传感器的第 1、第2单模传感光纤，到达末端后，所述两束光通过与第1、第2单模传感光纤分别熔接相连 的第3、第4单模传感光纤，返回至分布式光纤微振动传感器首端的第2耦合器，在第2耦合 器处汇合，产生干涉光信号，两束光在传输过程中，当传感光纤受到外界信号扰动时，干涉 光信号发生变化，形成特征信号，根据相邻两个特征信号的时间差对扰动地点进行定位。一种油气管道泄漏监测方法的装置，包括光源、分布式光纤微振动传感器、光电探 测器和用于数据采集及信号处理的计算机，其特征在于所述的分布式光纤微振动传感器 包括位于前端的第1、第2耦合器以及第1 第4单模传感光纤，所述光源通过引导光缆与 第1耦合器连接，所述第1、第2单模传感光纤的首端连接第1耦合器，末端分别与第3、第 4单模传感光纤熔接相连，所述第3、第4单模传感光纤的另一端与第2耦合器连接，第2耦 合器通过弓I导光缆与所述光电探测器连接，光电探测器通过数据采集线与计算机连接。所述光电探测器可以采用InGaAs型光电探测器或其它适宜的光电探测器，所述 光源可以采用波长为1550纳米的半导体激光器或其它适宜的激光器。本系统采用分布式光纤监测技术，应用光纤干涉原理，采用与长输管道同沟敷设 的通讯光缆中的4根传感光纤构成传感回路，避免了管内流体介质的特性、管道运行状况、 管道的工艺流程等因素的限制，提高了监测灵敏度和定位精度。光纤作为传感元件，反应灵 敏，反应速度快，具有很宽的响应带宽，完全满足了各种测试信号的要求，从而可以实现真 正的实时监测。系统中所采用的各种光电器件均采用现有的各种元器件的工业品，可以在 正常的工业环境中安全、可靠地工作，而且工程造价非常低廉，很容易实现。该方法不仅对 第三方破坏具有很高的监测灵敏度和定位精度，而且监测系统容易实现、运行可靠。附图说明图1是本专利技术的油气管道泄漏监测系统的组成图；图2是本专利技术的油气管道泄漏监测系统的结构示意图；图3是本专利技术的定位原理示意图；图4是本专利技术采集到的干涉信号。其中1 传感光缆，包括 la、lb、lc、ld ；2 耦合器，包括2a、2b ；3 引导光缆；4 操作终端；5 输油管道；4a:光电探测器； 4b:光源；4c:计算机具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。图1所示为本专利技术的油气管道泄漏监测系统的组成图，其中在输油管道5上方沿 管道铺设的传感光缆1和耦合器2组成了高灵敏度的分布式光纤微振动传感器，用于检测 管道沿线的第三方入侵等扰动信号。引导光缆3为传输光纤，不具有传感功能，主要用于传 播光波和检测信号。参见图2，操作终端4包括光电探测器4a、光源4b和用于数据采集及 信号处理的计算机4c，操作终端4主要用于向分布式光纤微振动传感器中发射光波，同时 检测光纤微振动传感器传出的检测信号，通过光电探测器将光信号转变为电信号，然后经 过数据采集将数据送入计算机中进行信号处理和数据分析。图2所示为本专利技术的系统结构示意图。光源1，例如半导体激光器发出的一束单色 光进入1X2耦合器2a后，按功率1 1分成两束光分别进入传感光纤la、lb。光纤la、lb 在尾端分别与光纤lc、ld熔接，两束光到达光纤la、lb尾端以后绕回进入光纤lc、ld，传播 回首端，在耦合器2b处汇合发生干涉，干涉光信号通过光电探测器4a转换为电信号，然后 通过数据采集线传至计算机4c，进行信号处理与分析。当管道附近有施工或者人为破坏等 第三方入侵事件发生时，采集到的信号有特殊特征，通过对信号的分析以及特征信号时间 差的计算，可以迅速发出报警并对事件发生地点进行准确定位。在实时监测过程中，可以实现对外界破坏事件发生地点的定位，其原理为正向传 播的两束光经过破坏事件发生处受到干扰，相位差发生变化，从尾端绕回来以后在首端耦 合器处产生干涉信号，同样的两束光在尾端绕回来以后在另两条光纤中逆向传播，再次经 过破坏事件发生处受到干扰，到达首端后产生干涉信号，由于正向光和逆向光到达耦合器 的路程不同，所以生成的干涉信号之间会有时间差，通过检测到的信号计算出两次干涉信 号之间的时间差，就可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油气管道泄漏监测方法，其特征在于包括以下过程：将一束光通过分布式光纤微振动传感器前端的第１耦合器，按功率１∶１分为两束光分别进入分布式光纤微振动传感器的第１、第２单模传感光纤，到达末端后，所述两束光通过与第１、第２单模传感光纤分别熔接相连的第３、第４单模传感光纤，返回至分布式光纤微振动传感器前端的第２耦合器，在第２耦合器处汇合，产生干涉光信号，两束光在传输过程中，当传感光纤受到外界信号扰动时，干涉光信号发生变化，形成特征信号，根据相邻两个特征信号的时间差对扰动地点进行定位。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：封皓，靳世久，曾周末，安阳，张景川，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]