一种基于传感光纤的天然气管道泄漏监测系统技术方案

本实用新型专利技术是一种基于传感光纤的天然气管道泄漏监测系统，涉及机械振动的测量、冲击的测量、光学的系统和管道系统技术领域。它由监控中心(1)、系统主机(2)和与管道(6)同沟敷设的通信光纤(4)组成；在每个泵站或阀室(5)有一系统主机(2)，相邻两个泵站或阀室的系统主机(2)由通信光缆接一光路耦合器(3)后连接，多个系统主机(2)均接监控中心(1)。本实用新型专利技术实时监测，节约人力，可靠性强，本征防爆，不受电磁干扰，灵敏度高，使用灵活方便，使用寿命长，安全可靠。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是一种基于传感光纤的天然气管道泄漏监测系统，涉及机械振动的测量、冲击的测量、光学的系统和管道系统

技术介绍
长输天然气管道口径大、压力高，且天然气具有易燃易爆的特点，一旦发生泄漏事故，极易引发爆炸、火灾等次生灾害，危害性极大。特别是在重点区域(如交通干线、铁路枢纽、经济发达地区等)发生泄漏时，后果更为严重，给人民生命财产安全以及自然环境带来巨大威胁，严重时还将影响到社会稳定和国民经济发展。目前，管道运营商主要依靠人工巡检法来检测天然气管道的泄漏情况，其主要设 备是便携式可燃气体探测仪，这种方法需要大量人力，且无法实时监测天然气管道的泄漏状态。CN200920247730. 6和CN200820080639. 5提出了基于次声波的泄漏监测方法，当管道发生泄漏时，泄漏点会产生次声波，通过管道上下游安装的声波传感器来监测管道的泄漏状态。因天然气具有可压缩性，次声波在天然气中传播时衰减非常大，该方法的实际应用效果不佳。CN200910055334. 8提出了基于机载红外激光遥感探测技术的天然气管道泄漏监测方法，该方法需借助直升机平台，使用成本很高，且无法实现实时监测，使用时受天气、风向、地形等条件限制，因此实际应用案例很少。长输天然气管道在施工时，同沟敷设有通信光缆，一般都有冗余纤芯。另外，因长输天然气管道运行压力高，当管道发生泄漏时，泄漏天然气会急剧膨胀，导致泄漏点温度迅速下降，因此本专利技术将利用光纤作为温度传感器，通过监测管道周围的温度场来判断是否有泄漏发生。
技术实现思路
本技术的目的是设计一种实时监测、节约人力、可靠性强、本征防爆、不受电磁干扰、灵敏度高、使用灵活方便、使用寿命长、安全可靠的基于传感光纤的天然气管道泄漏监测系统和监测方法。本技术所要解决的技术问题是提供一种基于传感光纤的天然气管道泄漏监测系统。该系统采用天然气管道同沟敷设的通信光纤作为温度传感器和信号传输通道。光纤传感探测和信号传输依靠光信号而无需供电，因而该系统具有本征防爆特性，不受电磁干扰，是一种安全的天然气管道泄漏监测系统。另外，传感光纤是一种分布式传感器，可实时监测光纤附近的温度场，且具有定位功能。本技术的技术方案是基于传感光纤的天然气管道泄漏监测系统如图2所示，由监控中心I、系统主机2和与管道6同沟敷设的通信光纤4组成。在每个泵站或阀室5有一系统主机2，相邻两个泵站或阀室的系统主机2由通信光缆接一光路耦合器3后连接，多个系统主机2均接监控中心I。所述系统主机如图I所示，包括激光源、光路耦合器、分光器、光滤波器、接收机、数据采集处理单元、同步控制器和计算机。激光源发出的激光通过光路耦合器一路接光缆，另一路依次接分光器、光滤波器、接收机、数据采集处理单元，数据采集处理单元与计算机有输入输出连接；同时激光源接同步控制器，同步控制器与计算机有输入输出连接。激光源发出的激光通过光路耦合器耦合后，传输到管道附近的光纤，激光通过光纤后反射回来，经过分光器和滤波器到达光接收机，光信号经数据采集处理单元传输到计算机。当天然气管道发生泄漏时，泄漏点附近的温度会迅速下降。根据激光脉冲在光纤中传输时背向拉曼散射的温度效应，可获取光纤沿线各点的温度即完成温度的分布式测量，从而实现天然气管道的泄漏监测和泄漏点定位。系统主机的电原理如图4所示。激光源FC接头接光路耦合器的FC接头，光路耦 合器的I/0FC接头分别接多个光纤的FC接头，光路耦合器的另一 FC接头接分光器的FC接头，分光器的另一 FC接头接光滤波器的FC接头，光滤波器的另一 FC接头接光电隔离放大器的FC接头，光电隔离放大器的VHDCI接口接采集卡的VHDCI接口，采集卡的PCI接口接计算机的PCI接口，计算机的VGA接口接显示器的VGA接口，计算机的RS232接口接报警器。本技术的效果本技术采用的基于传感光纤的天然气管道泄漏监测系统，与传统的人工巡检法相比，具有明显的优点能做到实时监测、节约人力、可靠性强，同时，该系统本征防爆、不受电磁干扰、灵敏度高、反应速度快、定位准确、使用灵活方便、使用寿命长、安全可靠，能够实时显示天然气管道泄漏位置和泄漏时间等泄漏信息。此外，系统还可实时记录天然气管道附近的温度场分布，能以曲线和数字两种方式显示，监测数据可长期存储，方便查询；同时基于传感光纤的天然气管道泄漏监测系统能实现分布式监测，方便实现信号的长距离传输和集中管理。附图说明图I基于传感光纤的天然气管道泄漏监测系统主机原理框图图2基于传感光纤的天然气管道泄漏监测系统配置示意图图3基于传感光纤的天然气管道泄漏监测系统监测流程图图4基于传感光纤的天然气管道泄漏监测系统电原理图其中I-监控中心2-系统主机3-光路耦合器 4-通信光缆5-阀室6-管道具体实施方式实施例.基于传感光纤的天然气管道泄漏监测系统的原理如图2所示。由监控中心I、系统主机2和与管道6同沟敷设的通信光纤4组成。在每个泵站或阀室5有一系统主机2，相邻两个泵站或阀室的系统主机2由通信光缆接一光路耦合器3后连接，多个系统主机2均接监控中心I。本系统采用与管道同沟敷设的通信光纤，激光源发射的激光经过光路耦合器后进入通信光缆4，光纤中反射回来的光信号通过光路耦合器，到达分光器，经过分光器和光滤波器后，隔离放大器将光信号转换为电信号，并进行放大，然后由数据采集卡传至计算机，计算机上的软件系统对数据进行分析处理，将报警信息发送给报警器。所述系统主机如图I所示，包括激光源、光路耦合器、分光器、光滤波器、接收机、数据采集处理单元、同步控制器和计算机。激光源发出的激光通过光路耦合器一路接光缆，另一路依次接分光器、光滤波器、接收机、数据采集处理单元，数据采集处理单元与计算机有输入输出连接；同时激光源接同步控制器，同步控制器与计算机有输入输出连接。主机每个通道的有效监测距离为60公里，当天然气管道长度大于60公里时，需要配置多台主机，其配置示意图如图2所示。首末站的主机最大可监测60公里天然气管道，中间的主机可以采用双通道配置，每台主机的监测距离可达120公里。系统的电路连接图如图4所示。激光源FC接头接光路耦合器的FC接头，光路耦合器的I/0FC接头分别接多个光纤的FC接头，光路耦合器的另一 FC接头接分光器的FC接 头，分光器的另一 FC接头接光滤波器的FC接头，光滤波器的另一 FC接头接光电隔离放大器的FC接头，光电隔离放大器的VHDCI接口接采集卡的VHDCI接口，采集卡的PCI接口接计算机的PCI接口，计算机的VGA接口接显示器的VGA接口，计算机的RS232接口接报警器。电路连接图中各元器件的型号如下光路耦合器M3023993db；激光源EXF0FLS-300 ；分光器0SFGC-1001 ；光滤波器LW_2686；光电隔离放大器HCPL-7800A ;采集卡NIPCI6122。如图3所示，本系统对天然气管道的泄漏监测过程包括如下步骤A.针对天然气管道的实际情况，根据图2进行系统配置，将天然气管道同沟敷设的光缆与系统主机相连；B.系统主机上电，读取相关设置参数(如系统报警参数，系统采样参数等，系统第一次运行时应人工设置这些参数)，并进行初始化操作；C.系统正常工作时，激光器发射的光束经过光纤传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于传感光纤的天然气管道泄漏监测系统，其特征在于它由监控中心(1)、系统主机(2)和与管道(6)同沟敷设的通信光纤(4)组成；在每个泵站或阀室(5)有一系统主机(2)，相邻两个泵站或阀室的系统主机(2)由通信光缆接一光路耦合器(3)后连接，多个系统主机(2)均接监控中心(1)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：许斌，谭东杰，艾慕阳，刘广文，王立坤，吴家勇，王洪超，周琰，马云宾，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：