油氣管道位移光纖安全監測技術定位理論及預警信號特征研究

豐曉紅

摘要：管道安全是目前油氣輸送過程中遇到的難題之一。本文將通過對油氣管道位移光纖安全監測技術所需要的理論技術進行具體的分析，然后以理論的方式對預警信號的特征進行具體的研究，從而將此項技術更好的服務于石油化工行業。

關鍵詞：油氣管道;位移光纖安全檢測技術;預警信號

引言：油氣的輸送離不開管道的支撐，對于很多的油田的輸送管道長度是十分長的，因此如何保障管道的安全，如何更好的檢測出管道目前存在的狀態將直接決定油氣輸送能否成功。目前應用最廣泛的就是位移光纖安全監測技術，其監測的靈敏度十分高，并且抗干擾能力比較強，不受輸送的物質特性以及輸送的過程中所遭受的工況的影響，因此其適應環境的能力十分強，抗干擾能力較強。但是目前由于此項技術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于應用到預警上仍有不足。本文主要通過對油氣管道位移光纖安全監測技術所需要的理論技術進行具體的分析，然后以理論的方式對預警信號的特征進行具體的研究，從而可以讓此項技術可以更好的普及到油氣管道的監測中。

1.管道光纖監測原理

對于管道光纖位移監測的原理主要通過一個原理圖來具體的分析一下，監測原理圖如圖1所示。

管道光纖位移監測裝置主要包括兩個光電探測器，分別為光電探測器1和光電探測器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。假如整個管道的長度為L，如果泄漏點發生在管道的某個部分，距離管道首端的位置為X，那么這個分布式光纖位移傳感器就可以精確的測量出何處泄露，可以精確的找到泄露點。其主要的原理是折射。光纜中的光纖受到應力作用，將導致光纖長度、直徑和折射率發生變化，從而對光纖中傳播的光波產生相位調制作用。并且首端和末端的兩個光電探測器也在一直進行工作，主要是兩個方向，如圖1所示，一個沿著方向1向左進行探測，另一個光電探測器朝著另一個方向進行探測兩個光電探測器朝著兩個相反的方向進行探測，從而可以保證監測的可靠性。

2.油氣管道位移光纖安全監測技術定位理論

在前文中，對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的位置是監測定位非常重要的理論。因此本小節主要介紹監測技術的定位理論。首先是整個監測系統示意圖如圖2所示

此系統組成在前面的原理中初步的進行了介紹，主要的裝置就是光電探測器以及分布式光纖監測裝置，另外還需要一個控制系統，主要就是通過計算機進行控制，通過傳輸的信號通過放大電路傳輸到計算機中，然后計算機進行處理計算，因為信號系統傳輸來的大多是頻率的光波，需要轉化為能夠為計算機識別的二進制語言，從而可以讓技術人員可以精確的定位到泄漏點。

2.1泄漏點定位技術理論

對于泄漏點的定位主要是誤差問題，如何可以實現高精度的定位將是理論研究的重中之重。目前比較常見的泄漏點的定位理論主要是通過壓力來判斷。因為對于泄漏點來說，如果某處發生管道的泄漏現象，將直接改變點兩處的壓力，就會產生一定的壓力差。但是壓力差的產生并不一定是存在泄漏點才會改變壓力的變化，有時候如果這個管道的工作時間年限較長，表面會產生一定的油膜或者致密層，這樣也會改變兩邊的壓力差發生變化，這樣就會導致定位的不精確，因此此項技術仍然有局限性。

目前比較先進的就是通過分布式位移光纖技術來找泄漏點，由于兩個光電探測器不停的從管道的首端和末端分別開始檢測，兩個探測器在探測的過程中會出現一個時間差，這個時間差一般情況下是不會改變的，如果發現改變就說明有泄漏點，然后通過分布式光纖位置來查找測量距離管道的位置，從而可以通過兩個探測器和一個分布式位移光纖監測器聯合找到泄漏點。

2.2光波測量原理

光波在光纖傳播的過程中是十分穩定的，由于光的特殊性，不受其他介質的影響，因為不受外界環境的局限性，還不受壓力、溫度以及管道本身的影響，這樣就會極大的提高其精確性。其數學關系為：

根據上述定位原理的表述，設光波在光纖中傳播速度為v，從事發點沿方向1 傳播到首端的時間為t 1，所走路程為s1;光波從事發點沿方向2 傳播到首端的時間為t 2，所走路程為s2;路程差為Δs，時間差為Δt。

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

3.預警信號特征

3.1預警信號頻率周期短

預警信號的監測實驗主要通過敲擊實驗來完成，主要的做法是通過輕輕的敲擊管道，然后就會反饋到計算機監測系統中去，在這個反饋的過程中轉化為光波頻率就可以在電腦中顯示出來，從而可以很好的分析頻譜，主要通過頻譜分析來分析干擾的信號，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過程發生的時間是十分短的，可以清晰的看出振幅和頻率的變化情況，并且是一個周期性的過程中，周期較短，這樣可以極大的節約反應發生的時間，可以在有限的時間里發現信號的異常，發出預警。

3.2處理濾波，提高預警信號的抗干擾能力

整個過程中由于是通過光纖來完成的，光不受外界環境以及其他方面的影響，主要不受溫度不受傳播介質以及其他方面的影響導致其抗干擾的能力強，并且由于有多個局部的光纖位移監測器這樣就可以處理信號之外存在的濾波，從而可以更好的完成信號的處理，讓預警信號發出過程中減少了抗干擾的能力，極大的提高了效率。

總結

綜上所述，本文主要通過對光纖安全監測技術進行具體的研究分析，首先分析產生的原理，然后對光纖位移監測技術理論進行具體的闡述，主要有泄漏點定位技術理論的研究以及光波測量原理的分析，然后通過頻譜圖對預警信號的特征進行分析，主要是頻率周期短以及抗干擾能力強等多種特征，從而提高測量的效率。

參考文獻：

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