基于分布式光纤与流量压力值的管路泄漏联合检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分布式光纤与流量压力值的管路泄漏联合检测方法，属于管道泄漏监测领域。在船舶管路中采用基于Ｓａｇｎａｃ干涉仪原理的分布式光纤管道泄漏检测方法，在光源出口处采用光开关替代光纤耦合器；在管路末端采用完全回光设备替代光纤环结构；在每段管路进口处分别设置一个流量传感器和压力传感器，出口处设置一个压力传感器；设置每段管路的进口流量阈值、以及进口－出口压力差阈值；将光纤传感器产生的相位差特征信号和流量及压力变化信号采集至计算机并分析处理，当二者均表明发生泄漏时，则确定该段管路已经发生泄漏；而仅当其中一个表明发生泄漏时，继续通过人工对系统工况进行现场勘察，以判断是否泄露。适于应用在船舶管路上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于分布式光纤与流量压力值的管路泄漏联合检测法，属于管 道泄漏监测领域。
技术介绍
管路是船舶系统的重要组成部分，船舶中的油、水、蒸汽、高压空气等介质都 是通过不同的管路系统来进行传输的。由于系统工作不正常引起的管路内压力突变、海 水长时间冲刷和腐蚀等原因使系统管路或连接附件(如法兰、接头等)产生泄漏，会给 船舶的安全造成很大的危害。尤其是大通径通海管路，它们大都布置在舱室底层，管路 上方一般都铺有滑铁板，部分管段还布置于水密液舱内部，不便于直接观察。如果大通 径通海管路发生泄漏或破损，舷外海水将会通过泄漏口涌进舱内，直接影响船舶的生命 力。现阶段，船舶管路泄漏的判断主要是依赖人工或相对简陋的工具，这不仅不利于掌 握管路的工作状态，也不利于及时处理损管事故。建立管道泄漏检测系统，可以实时监 测管路状态，及时地判断泄漏的范围和程度，便于及时采取补救措施，防止泄漏事故扩 大，减少不必要的损失。现有石油、天然气和城市用水等长距离管道泄漏检测技术主要有负压波法、流 量平衡法和压力梯形法等，近年来，随着光纤传感技术的发展，长距离分布式光纤传感 技术也开始应用于管道泄漏检测。中国专利技术专利申请200610113044.0提出了一种基于分 布式光纤传感技术的双直线型管道泄漏检测装置，它的主要特点是通过一套装置形成两 个Sagnac干涉仪，可同时将两个干涉仪的传感光纤布放于管道的不同母线上，实现沿管 道周向的泄漏检测，且此装置的检测灵敏度高、漏报率底，光功率损耗小、能实现管道 长距离、小泄漏检测与定位。这种传感技术主要适用于大通径、长距离、背景噪声比较 单一以及管路流态较稳定的管道泄漏检测。当检测直径较小且支路多的管路时，在一根 管道上采用两个Ssgnac干涉仪使检测系统复杂化，且不便于布置，系统可靠性降低；同 时，当检测管道的背景噪声和管道内流噪声复杂时，系统的误报警率升高。
技术实现思路
本专利技术目的在于，针对船舶管路距离短、管网复杂、支路多、管路流态不稳 定、舱室背景噪声复杂、管路内流噪声工况复杂等特点，提出了一种基于分布式光纤与 流量压力值的管路泄漏联合检测方法。本方法是通过技术改进，在一根管道上同时采用分布式光纤传感法和流量_压 力法两种方法进行检测以做出决策，本技术方案描述如下在船舶管路中采用基于Sagnac干涉仪原理的分布式光纤管道泄漏检测方法， 在其中的光源出口处采用光开关替代光纤耦合器，对各管路上的光纤传感器进行分时检 测，以有效扩大在船舶系统中针对众多支路而设置的光纤传感器数量。在管路末端设置 完全回光设备，替代基于Sagnac干涉仪原理的分布式光纤管道泄漏检测方法中的光纤环3结构，用于解决系统的互易性问题。光纤传感器在船舶管道沿线布置，除管路法兰外，其余均布置于管路底部，并 紧贴管路。光纤传感器在管路法兰上的布置方式为沿法兰外径贴近密封面处缠绕布置。进一步地，应对敷设于管路上的光纤传感器进行铠装或安装非金属套筒进行保 护。进一步地，应选用对高频信号灵敏度高、抗弯曲损耗小、不易折断的光纤传感器。在每段管路进口处分别设置1个流量传感器和1个压力传感器，出口处设置1个 压力传感器，用于实时检测每段管路的进口流量、进口-出口压力差；根据管路系统的 正常工况，检测并分析管路在出现破损情况下的进口流量和进口 -出口压力变化情况， 分别设置进口流量阈值、以及进口-出口压力差阈值；当检测到的每段管路的进口流 量、进口-出口压力差超过相应的阈值时，认为该段管路已发生破损并发生泄漏。将管路上光纤传感器产生的相位差特征信号，以及相应管路的流量传感器和压 力传感器的信号同时采集至计算机并分析处理，当相位差特征信号以及进口流量、进 口-出口压力差信号均表明发生泄漏时，则确定该段管路已经发生泄漏；而仅当相位差 特征信号，或者进口流量和进口-出口压力差信号表明发生泄漏时表明发生泄漏时，则 通过人工对系统工况进行现场勘察，以判断是否确实发生泄露，进而报警。根据船舶振动噪声复杂，管路环境潮湿的特点，系统中光电设备除光纤传感器 布置于管路上外，其它设备进行一体化封装并采取减震和抗干扰隔离措施。对比现有技术，本专利技术技术方案提出了一种基于分布式光纤与流量压力联合管 路泄漏检测法，其有益效果在于，由于采用光开关替代光纤耦合器对各光纤传感器进行 分时检测，有效扩大在船舶系统中针对众多支路设置的光纤传感器数量。在管路末端设 置完全回光设备，替代基于Sagnac干涉仪原理的分布式光纤管道泄漏检测方法中的光纤 环结构，解决了系统的互易性问题。本方法简单可靠；联合检测实现报警的综合决策， 互补性强，不易误报、漏报；可同时对多管道进行监测，检测管道数量越多，经济性越 显著。特别适用于船舶系统。附图说明图1为本专利技术中改进的sagnac光纤管道泄漏检测系统结构示意图；图2为现有的sagnac光纤管道泄漏检测系统结构示意图；图3为流量-压力管道泄漏检测系统原理示意图；其中1-进口舷侧阀；2-进口 流量传感器；3-进口压力传感器；4-支管截止阀；5-出口压力传感器；6-减震软管； 7-驱动泵；图4为本专利技术的扰动事件分类模块化组合表；图5为本专利技术实施例中分布式光纤管道泄漏检测界面；图6为本专利技术实施例中流量压力检测界面。具体实施例方式以下结合技术方案和附图说明本专利技术的具体实施方式。本专利技术中用到的改进的 基于Sagnac干涉仪原理的分布式光纤管道泄漏检测方法部分的实施例，如附图1所示。本专利技术的原理是分布式光纤传感法是采用一种基于Sagnac干涉仪原理的分布式光纤管道泄漏检 测方法。该方法的管路泄漏检测原理是将光纤传感器在管道沿线布置，当管道某处有 泄漏发生时，泄漏流体与泄漏孔壁产生摩擦，在管壁上激发出应力波(即泄漏声发射信 号)，当光纤贴于管壁时，此应力波作用于光纤上，光纤的长度和折射率都发生变化， 使光纤产生轴向应变，导致光纤的伸长或缩短，从而使传输光的光程发生变化，由于干 涉仪中顺时针和逆时针传输的两束光到达泄漏点的时间不同，因此两束光的光程变化不 同，这样两束光间就存在一个光程差，此光程差就是由泄漏信号引起，并包含有泄漏信 号的相关信息，而这个光程差在干涉信号中反应为光的相位差，因此解调出此相位差， 就可得到泄漏信号的相关信息，通过实时检测干涉信号的变化，可实现管道泄漏检测。图1所示实施例中，分布式光纤检测仪通过光开关对传输线路中的光信号进行 相互转换或逻辑操作，可形成以下三种传播路径的Sagnac干涉仪，以实现对3根被测管 道的分时检测1)对管道1的光纤泄漏检测a) A-B1 -C 1-E1 -F 1-E1-D1 -B 1-Ab)A-Bl-Dl-El-Fl-El-Cl-Bl-A2)对管道2的光纤泄漏检测a) A-B2-C2-E2-F2-E2-D2-B2-Ab) A-B2-D2-E2-F2-E2-C2-B2-A 2)对管道3的光纤泄漏检测a) A-B3-C3-E3-F3-E3-D3-B3-Ab) A-B3-D3-E3-F3-E3-C3-B3-A而现有的Sagnac光纤管道泄漏检测系统主要由光源、耦合器、延迟光纤、传感 光纤、偏振控制器以及光电转换器等元件组成。其结构框图如图2所示。各部件的主要作用a)光源光功率输出设备。b)传感光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于分布式光纤与流量压力值的管路泄漏联合检测方法，其特征在于，在船舶管路中采用基于Ｓａｇｎａｃ干涉仪原理的分布式光纤管道泄漏检测方法，但是在其中的光源出口处采用光开关替代光纤耦合器对各管路上的光纤传感器进行分时检测；　　在管路末端采用完全回光设备替代光纤环结构；　　所述光纤传感器在船舶管道沿线布置，除管路法兰外，其余均布置于管路底部，并紧贴管路；　　光纤传感器在管路法兰上的布置方式为沿法兰外径贴近密封面处缠绕布置；　　在每段管路进口处分别设置１个流量传感器和１个压力传感器，出口处设置１个压力传感器；　　用于实时检测每段管路的进口流量、进口－出口压力差；　　根据管路系统的正常工况，检测并分析管路在出现破损情况下的进口流量和进口－出口压力变化情况，分别设置进口流量阈值、以及进口－出口压力差阈值；　　当检测到的每段管路的进口流量、进口－出口压力差超过相应的阈值时，认为该段管路已发生破损并发生泄漏；　　将管路上光纤传感器产生的相位差特征信号，以及相应管路的流量传感器和压力传感器的信号同时采集至计算机并分析处理，当相位差特征信号以及进口流量、进口－出口压力差信号均表明发生泄漏时，则确定该段管路已经发生泄漏；而仅当相位差特征信号，或者进口流量和进口－出口压力差信号表明发生泄漏时表明发生泄漏时，则通过人工对系统工况进行现场勘察，以判断是否确实发生泄露，进而报警。...

【技术特征摘要】
1.基于分布式光纤与流量压力值的管路泄漏联合检测方法，其特征在于，在船舶管路中采用基于Sagnac干涉仪原理的分布式光纤管道泄漏检测方法，但是在 其中的光源出口处采用光开关替代光纤耦合器对各管路上的光纤传感器进行分时检测； 在管路末端采用完全回光设备替代光纤环结构；所述光纤传感器在船舶管道沿线布置，除管路法兰外，其余均布置于管路底部，并 紧贴管路；光纤传感器在管路法兰上的布置方式为沿法兰外径贴近密封面处缠绕布置； 在每段管路进口处分别设置1个流量传感器和1个压力传感器，出口处设置1个压力 传感器；用于实时检测每段管路的进口流量、进口-出口压力差；根据管路系统的正常工况，检测并分析管路在出现破损情况下的进口流量和进 口-出口压力变化情况，分别设置进口流量阈值、以及进口-出口压力差阈值；当检测到的每段管路的进口流量、进口-出口压力差超过相应的阈值时，认为该段 管路已发生破损并发生泄漏；将管路上光纤传感器产生的相位差特...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢江辉，王晓东，蔡标华，马士虎，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一九研究所，
类型：发明
国别省市：83