淺析分布式光纖測漏系統在高溫蒸汽管道泄漏監測中的應用

蔣涵，劉旭辰

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300000）

1 概述

目前，大多數城市高溫水管網及蒸汽管網采用地埋的鋪設方式，當管網由于自身老化或人為破壞等因素發生泄漏的時候，以往運用的探測技術，以及檢測技術在實際進入運用過程中并不具備扎實且充分的可靠性和有效性，且無法支持對技術故障問題發生點位的有效檢測揭示，往往是泄漏物漏出地表，有明顯的跡象后才被發覺，而此時往往已經對人民生活生產造成了很大的不良影響，嚴重時高溫水和蒸汽噴射還會傷害人身及財產安全。因此，采用先進可靠的技術和工藝，對高溫水及蒸汽管網實施泄漏在線監測技術環節和預警環節，及時全面掌握揭示各類被監測技術對象的故障發生演化趨勢，實施智能化技術分析工作環節，準確清晰揭示其空間定位，對泄漏問題排除、防止惡性事故的發生、保障國家和人民財產安全生產具有重要的意義。

2 系統原理

分布式光纖測漏技術系統運行過程中需要涉及的技術形態主要有：高頻脈沖激光技術形態、光纖拉曼光譜技術形態、光波分復用技術形態、光時域反射技術形態、高頻信號采集技術形態、微弱信號處理技術形態、計算機數據處理技術形態、計算機網絡與通訊技術形態等。

分布式光纖測漏技術系統，在本質上是在分布式光纖傳感與控制技術形態基礎上發展形成的測溫預警應用技術系統。該技術系統的主要工作原理，就是運用光信號在光導纖維材料內部傳輸技術過程中形成的自發拉曼散射（Raman scattering）技術原理，以及光時域反射（OTDR）技術原理，具體整合獲取處在特定化空間技術環境中的溫度分布信息要素。

在基于光導纖維材料內部引入具備一定強度能量參數，以及寬度參數的激光脈沖技術信號過程中，激光脈沖技術信號在完成向前傳播過程中，其通常會自動伴隨產生拉曼散射光波技術信號，而拉曼散射光波技術信號的強度表現狀態受光導纖維材料散射點位置的溫度技術參數影響作用通常會發生適當程度的改變，繼而借由捕獲分析經由光纖技術材料散射處理過程回歸的背向拉曼光波技術信號，通常能夠解調獲取光纖技術材料散射點位置的溫度變化表現特征。與此同時，根據光纖技術材料中光波信號的傳輸速度因素與時間因素的物理制約關系，可以對溫度技術參數項目對應的信息點展開定位處理。

源于背向拉曼散射光波技術信號在強度表現層面較為微弱，通常需要選擇運用具備更加先進技術性能表現狀態的高頻信號采集技術形態，以及微弱信號處理技術形態，借由光學濾波技術處理、光電轉換技術處理、放大技術處理、模數轉換技術處理后，將其具體送入信號處理器技術組件內部，解調獲取光纖材料各測溫點位置的溫度參數值；之后，將實際采集獲取的溫度參數數據信息傳送到計算機技術系統內部開展數據技術處理，借由組態處理分析軟件全面準確展示各測溫點技術點位的溫度參數值表現狀態和變化特征。

3 系統的基本功能

引入運用分布式光纖測漏技術系統能支持實現以下功能：

（1）系統能對高溫蒸汽管網的溫度實施連續在線監測，實現低溫或高溫的早期預警，并能在預警、報警時將信息及時上傳。

（2）系統具有溫度超限報警、溫度升降速率超限報警功能，根據需要設置、調整報警閾值，發生過冷過熱時，系統自動啟動報警裝置。

（3）系統可與地理信息技術系統進行對接，直觀顯示管道的具體空間分布位置信息及名稱信息，在發生過冷過熱現象條件下，能夠相對準確且清晰地完成對技術故障點的定位處理操作，指導推進檢修技術工作環節。

（4）系統能建立形成覆蓋每條管道技術組件，以及每個技術分區的歷史檔案資料，繼而為具體開展的溫度參數變化規律分析工作提供參考依據。

（5）系統中安裝配備有局域網絡技術系統的標準化通訊接口技術結構，其能夠被有效接入企業內部包含的其他業務技術系統，支持實現信息共享目標。系統能夠支持實現遠端性監控技術目標和管理技術目標。

（6）系統具有自檢、標定和校正功能，支持7×24小時連續運行。

4 項目實施方案

某新建蒸汽管網工程項目直埋段蒸汽管線實施測溫泄漏監測，通過蒸汽泄漏時產生的高溫差來判斷泄漏情況和定位泄漏位置，保證此部分管道的正常生產運行。

4.1 項目系統結構

分布式光纖測漏系統結構主要由測溫光纖技術材料、測溫主機技術設備（連續分布全光纖測溫儀技術設備）、預警管理終端技術設備和遠程監控終端技術設備四個部分共同組成。遵照具體使用過程中的基本需求，可以同時擇取運用數量眾多的測溫主機技術設備推進組網技術操作環節，擴增測溫技術活動的總體覆蓋作用范圍。

根據現場情況，本方案擬采用1臺測溫主機，配以工控機、系統監控軟件等組成預警管理終端，最后將預警管理終端的溫度數據通過有線VPN網絡傳輸至遠程監控終端，形成完整的分布式光纖測漏系統。測溫主機的選擇既滿足了現有監測的需求，另外，還為將來的拓展預留了空間。主機安放在A點熱源的監控室內。

4.2 項目實施方案

本方案使用1臺8通道、每通道可測20公里的測溫主機進行監測。主線路光纜采用8芯，每一芯連接主機的一個通道，光纜沿管道敷設前進，每到一個支線會分出1芯用來監測該支線，其他纖芯隨光纜繼續向前敷設，在每個分叉處進行光纜的熔接工作。支線光纜采用2芯，一用一備。

表1為光纜和主機使用情況的具體參數。

表1 系統設備參數表

5 結語

本文提出了利用分布式光纖測漏系統監測蒸汽管網泄漏的方法，其原理是利用光的自發拉曼散射和光時域反射來獲取空間溫度分布信息，從而定位蒸汽泄漏點。并結合具體工程案例，提出分布式光纖測漏系統的結構，確定實施方案。

綜上，結合本文分析，可為未來管網泄漏檢測提供一種新思路，分布式光纖測漏系統將來可應用于更多大型熱力管網泄漏檢測過程中。