光纤管道泄漏监测系统

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第19期·53·文章编号：2095－6835（2020）19－0053－02分布式光纤泄漏监测系统（DTS ）在热力管道敷设施工中的应用邱华伟，李广山，胡春峰，王梓涵，邱晓霞，邱秀娟（唐山兴邦管道工程设备有限公司，河北唐山064100）摘要：对分布式光纤泄漏监测系统的监测原理、敷设施工要点方法、设备物料配置等方面进行总结，对光纤敷设施工提出建议，为今后泄漏监测系统在热力管道中高质量施工的应用积累经验，以更好地监测热力管道的安全运行。

关键词：光纤敷设；布线施工；泄漏监测；热力管道中图分类号：TU995.3文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.19.019近些年城镇集中供热供冷预制保温管道在中国飞速发展，得到广泛的应用，管道泄漏检测显然是维护活动的重要组成部分，且一直是一项艰巨的任务。

大多数情况下，需要对管道进行现场检查，发现泄漏点。

在过去的几年里，使用光纤的分布式温度监测技术已经证明是检测和定位管道泄漏的有效方法，通过使用光时域反射测量（OTDR ）的技术进行定位。

光缆作为温度传感的媒介，如何合理地布放施工，针对各个特殊地形地段如何更好更有效地敷设，保证布放施工质量是光纤测温精度的基础，也是后期高效使用的重中之重，并且该项目已经获得国家重点研发计划资助——“科技助力经济2020”重点专项（编号：SQ2020YFF0422268）。

1分布式光纤泄漏监测系统原理DTS 光纤分布式管道监测系统采用光纤作为传感器，通过监测管道外部的温度变化，实现对管道泄漏点的发现。

DTS 光纤分布式管道监测系统主要应用的原理是拉曼效应。

拉曼散射光是由热影响的分子振动引起的，背散射光携带关于散射发生的局部温度的信息。

事实上，拉曼背散射光有2个频移分量：斯托克斯分量和反斯托克斯分量。

165中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2021.06 （上）1 概述目前，大多数城市高温水管网及蒸汽管网采用地埋的铺设方式，当管网由于自身老化或人为破坏等因素发生泄漏的时候，以往运用的探测技术，以及检测技术在实际进入运用过程中并不具备扎实且充分的可靠性和有效性，且无法支持对技术故障问题发生点位的有效检测揭示，往往是泄漏物漏出地表，有明显的迹象后才被发觉，而此时往往已经对人民生活生产造成了很大的不良影响，严重时高温水和蒸汽喷射还会伤害人身及财产安全。

因此，采用先进可靠的技术和工艺，对高温水及蒸汽管网实施泄漏在线监测技术环节和预警环节，及时全面掌握揭示各类被监测技术对象的故障发生演化趋势，实施智能化技术分析工作环节，准确清晰揭示其空间定位，对泄漏问题排除、防止恶性事故的发生、保障国家和人民财产安全生产具有重要的意义。

2 系统原理分布式光纤测漏技术系统运行过程中需要涉及的技术形态主要有：高频脉冲激光技术形态、光纤拉曼光谱技术形态、光波分复用技术形态、光时域反射技术形态、高频信号采集技术形态、微弱信号处理技术形态、计算机数据处理技术形态、计算机网络与通讯技术形态等。

分布式光纤测漏技术系统，在本质上是在分布式光纤传感与控制技术形态基础上发展形成的测温预警应用技术系统。

该技术系统的主要工作原理，就是运用光信号在光导纤维材料内部传输技术过程中形成的自发拉曼散射（Raman scattering）技术原理，以及光时域反射（OTDR）技术原理，具体整合获取处在特定化空间技术环境中的温度分布信息要素。

在基于光导纤维材料内部引入具备一定强度能量参数，以及宽度参数的激光脉冲技术信号过程中，激光脉冲技术信号在完成向前传播过程中，其通常会自动伴随产生拉曼散射光波技术信号，而拉曼散射光波技术信号的强度表现状态受光导纤维材料散射点位置的温度技术参数影响作用通常会发生适当程度的改变，继而借由捕获分析经由光纤技术材料散射处理过程回归的背向拉曼光波技术信号，通常能够解调获取光纤技术材料散射点位置的温度变化表现特征。

基于光纤传感的管道泄漏检测技术摘要：在长输管道的运行过程中，要注重做好管道破坏预警工作，这样才能充分确保长输管道发挥应有的作用和价值。

光纤预警技术是整体破坏监测系统中至关重要的监测技术，同时更是十分有效的预警补充手段，它可以分时域、分区域地对干扰信号的低风险、高频率位置进行科学合理的静默化处理，由此使模式识别技术面临的难度充分降低，确保整个系统更安全适用，具有更高的效率以及精准性。

基于此，本文重点探讨和分析基于光纤传感的长输管道破坏预警技术等相关内容。

关键词：光纤传感；长输管道；破坏预警技术1、长输管道破坏预警技术概述从上个世纪70年代起就有管道破坏预警技术，经过长时间的发展和优化，当前已经形成了相对来说比较成熟可靠的理论，并且在实践的应用过程中实现了长足的进步和发展。

在具体的应用过程中，有针对性的结合测量手段，测量装置所处位置以及测量对象的差异，长输管道泄漏监测技术从整体上来看，可以结合以下几种方式进行分类，分别是直接检测法与间接检测法，硬件检测法与软件检测法等等，下面主要介绍以下几种方关键法：1.1流量平衡法在长输管道的实际运行环节，一旦出现管道破坏泄漏问题，管道的上游和下游流量就会产生极大的不平衡现象，而此类不平衡使其在既定的时间间隔内和预先设定的报警阀值不够一致，针对这样的情况，有效利用流量计可以监测到管道的泄漏情况。

1.2负压波法如果管道遭到破坏出现泄漏，在泄漏的部位因为物质损失，在很大程度上降低其压力，压降从泄漏的部位向上游和下游进行传播，此类情况就是负压波。

有针对性的结合泄露部位出现的负压波传播到上游和下游的时间差，以及管内负压波所呈现出的传播速度就可以进一步有效明确泄露点，对其做出精准的定位。

1.3次声波法如果管道被破坏，其内部就会有液体瞬间从破坏处喷出，介质与管壁摩擦震动在这样的情况下就会出现某种次声波信号，而这样的信号沿着介质一直向管道的上游和下游进行传送，通过信号到达管道两端传感器的时间差，可以针对可以破坏的位置进行充分的明确，计算出实际的部位。

基于光纤传感技术的管网泄漏监测系统和方法与流程随着城市化进程加速以及人口增长，城市市政部门的管网水资源供应逐渐成为一个重要的问题。

为了保证供水系统的正常运转和水质安全，必须对管网进行定期检测和维护。

而在管网中，泄漏是最常见的问题之一，特别是老旧或损坏的管道。

传统的管网泄漏检测方法一般采用人工的方式，缺点是耗费时间成本高，并且准确度也不高。

随着物联网技术的发展，光纤传感技术被广泛用于管网泄漏监测系统。

本文将介绍基于光纤传感技术的管网泄漏监测系统和方法与流程。

一、系统组成1. 光纤传感设备：由光纤线缆、光纤传感器、光纤接收机等组成，负责通过光纤传感技术实现对管道泄露的监测。

具体来说，光纤线缆会被敷设到管网上，当管道泄漏时，泄漏处的压力和温度会发生变化，使得光纤线缆的折射率发生变化，由此实现泄漏位置的识别。

2. 数据采集器：该设备负责收集来自光纤传感设备的数据，并通过无线方式传输到云端服务器。

数据包括泄漏的位置、泄漏的程度、泄漏的时间等信息。

3. 云端服务器：云端服务器收集来自各个数据采集器的数据，并进行实时处理和分析，以便及时响应泄漏事件。

4. 控制中心：该设备负责管控整个管网泄漏监测系统，同时也可实现管网泄漏监测的远程操作和管理。

二、工作流程1. 设备部署：将光纤传感设备和数据采集器安装在管道上，并完成设备的调试和标定。

2. 数据采集：光纤传感设备通过实时监测管道的温度和压力变化，将泄漏信息发送到数据采集器中。

3. 数据传输：数据采集器通过无线方式将泄漏信息上载到云端服务器中。

4. 数据处理：云端服务器通过分析数据，可以实现对管道泄漏的实时监测，并且可以设定一些阀值，触发报警机制，及时发现管道泄漏。

5. 报告生成：监测系统可以生成一系列报告，包括泄漏位置、泄漏程度、泄漏时间等信息，以便工作人员进行相关的维修和维护。

三、优势1. 高精度：光纤传感技术采用光学原理实现对温度和压力的非接触式测量，实现高精度的管道泄漏监测。

分布式光纤油气长输管道泄漏检测及预警技术研究1. 引言1.1 研究背景近年来，随着石油和天然气资源的逐渐枯竭，油气长输管道的建设和运营显得越发重要。

由于长输管道的跨越地域广阔、运行环境复杂，管道泄漏成为了一个不可忽视的问题。

传统的泄漏检测技术存在着检测精度不高、反应时间慢、覆盖范围有限等缺点，不能满足实际需求。

随着科技的不断发展，分布式光纤传感技术的应用在油气长输管道泄漏检测中逐渐受到关注。

分布式光纤传感技术利用光纤传感器在管道内部布设，通过监测光信号在光纤中传输过程中的变化来实现泄漏的检测。

该技术具有泄漏位置精确、反应时间快、覆盖范围广等优点，能够提高泄漏检测的准确性和效率。

鉴于上述背景，本文旨在研究分布式光纤油气长输管道泄漏检测及预警技术，探讨其在油气长输管道安全管理中的应用前景，为提高管道运行安全性和减少泄漏事故的发生提供技术支持。

1.2 研究目的研究目的是为了提高光纤油气长输管道泄漏检测的准确性和效率，保障油气管道运行安全和稳定。

通过对分布式光纤传感技术原理的探讨和应用，旨在研究泄漏检测技术的先进性和可靠性，为油气长输管道的监测和维护提供科学依据和技术支持。

本研究旨在解决传统油气管道泄漏检测方法存在的局限性和不足，尝试探索新的泄漏预警技术和算法，提高油气管道泄漏的预警能力和敏感性。

通过对泄漏预警技术的探讨和研究，希望能够实现对油气管道泄漏事件的及时发现和快速响应，最大程度地减少事故损失，保护环境和人民的生命财产安全。

1.3 研究意义分布式光纤油气长输管道泄漏检测及预警技术的研究意义在于弥补传统油气管道泄漏检测技术在准确性和实时性方面的不足，提高油气管道的安全性和可靠性。

由于油气长输管道覆盖范围广泛、管道长度长、管道走向复杂，一旦发生泄漏事故，往往会造成严重的环境污染和经济损失。

研究分布式光纤油气长输管道泄漏检测及预警技术，对于及时发现管道泄漏点、准确判断泄漏位置、预警可能的事故风险，具有重要的实用价值和社会意义。

管道泄漏监测系统原理
光纤具备造价低廉、耐腐蚀、长距离敷设无须现场供电等优点，监测原理采用基于分布式光纤传感技术。

利用基于分布式光纤测温原理的泄漏检测系统可连续监测沿光缆方向管道的温度变化情况确定发生泄漏的部位。

基于分布式光纤测温原理的泄漏检测系统利用光纤的布里渊散射原理，针对各种事件引起的土壤温度不同的特点，通过对各种事件引起的土壤温度变化的捕捉分析来判断和报告各种事件的发生，及时提醒工作人员到现场了解情况，从而阻止事件的进一步发展。

管道泄漏监测系统，利用通讯光缆作为探测工具，由光纤测温主机（光纤线型感温探测器AP658-03B、管道泄漏监测系统、服务器、机柜）和探测专用线（铠装光缆）等部分组成，可实时的不间断的监测天然气管道泄漏危害现象，并能准确无误的指出泄漏或发生故障的地段，确保传输的安全。

目前该系统已被许多国家的石油、天然气、煤气、通讯电力及城市各种管道设备所采用。

奥普公司开发的基于分布式光纤测温原理的泄漏检测系统的核心是光纤温
度传感器，其创造性的特殊功能可捕捉哪怕是微小的物理温度变动信号，并具有智能算法，实现高精度指标，预防误报。

本项目采用光纤的布里渊散射原理技术，漏孔在管道上泄漏会造成局部的温度突变，我们跟踪这一地点的温度突变信息，就可探测出相应的管道泄漏。

分布式光纤油气长输管道泄漏检测及预警技术研究1. 引言1.1 研究背景随着油气资源的开发和利用不断增加，油气长输管道成为了一项重要的能源运输通道。

由于管道运输的高压、高速和长距离特点，一旦发生泄漏事故将会对环境造成巨大的破坏。

如何及时准确地检测并预警管道泄漏成为了油气长输管道安全运行的关键问题。

传统的油气管道泄漏检测方法主要依靠人工巡检、定点监测和阀门控制等手段，存在着依赖性强、监测范围有限、反应时间长等不足。

而分布式光纤传感技术的发展为解决这一问题提供了新的思路。

利用光纤传感技术可以实现对油气管道的实时监测，可以实时监测管道的温度、压力和形变等参数的变化，从而及时发现管道泄漏的异常信号。

研究分布式光纤油气长输管道泄漏检测及预警技术，具有重要的现实意义和广阔的应用前景。

通过对光纤传感技术在油气管道监测中的应用、分布式光纤油气长输管道泄漏检测技术、预警技术研究进展等方面进行深入研究，可以为提高油气长输管道的安全性和可靠性提供重要技术支撑。

1.2 研究目的研究目的是通过分布式光纤油气长输管道泄漏检测及预警技术的研究，提高油气管道的安全性和可靠性，减少泄漏事故的发生，保护环境和人员生命财产安全。

具体目的包括：1. 探究分布式光纤传感技术在油气管道监测中的应用效果，验证其在实际工程中的可行性和有效性。

2. 开发创新的分布式光纤油气长输管道泄漏检测技术，提高泄漏检测的灵敏度和准确性，及时发现管道问题并采取措施。

3. 研究和优化油气管道泄漏预警技术，探索实现泄漏事故的提前预警和准确预测，有效降低事故损失。

4. 探讨泄漏检测与预警技术的融合应用，探索更加全面和完善的管道安全管理方案。

5. 分析技术创新与发展趋势，为相关领域的技术进步提供参考和借鉴，推动行业的发展与进步。

通过以上研究目的的实现，将为分布式光纤油气长输管道泄漏检测及预警技术的应用提供理论基础和技术支撑，为保障油气管道运行安全和环境保护作出贡献。

1.3 研究意义石油和天然气资源是世界上最重要的能源资源之一，长输管道作为石油和天然气的主要运输方式，在能源供应链中起着至关重要的作用。

分布式光纤油气长输管道泄漏检测及预警技术研究共3篇分布式光纤油气长输管道泄漏检测及预警技术研究1随着国家对能源行业的广泛关注和管控力度加强，能源管道的安全性成为了至关重要的问题。

在石油和天然气输送过程中，如果管道发生泄漏，将会给安全、环境和经济带来极大的损失。

因此，如何及时发现和防范长输管道泄漏成为了一项非常紧迫的任务。

目前，检测管道泄漏的技术主要有三种：气体监测法、超声波监测法以及光纤监测法。

光纤监测法因其高可靠性、多功能性和免维护性得到广泛应用，但其传统的单点光纤监测系统只能感应某一特定区域内的泄漏，不能准确表征泄漏的位置和范围，不能进行智能预测和预警。

针对以上问题，分布式光纤油气长输管道泄漏检测及预警技术应运而生。

这种技术是一种全新的光纤传感技术，通过在长距离管道的内壁和外壁各布置一根分布式光纤，可以实现全方位的泄漏监测和预警。

该技术主要包括光纤传感器、光纤配套设备、数据处理和显示系统等四个部分。

首先是光纤传感器。

该传感器是由光纤和控制单元两部分构成的，控制单元安装在地面，而光纤从地面铺设到管道上。

当管道内发生泄漏时，泄漏物质会渗入管道壁内部，破坏光纤的折射率，从而使传感器探测到泄漏信号。

其次是配套设备。

该设备主要包括光纤输入模块、光纤测温模块、光纤光谱模块和光纤拉力计模块等四个部分，通过这些设备可以统计传感器监测到的所有信息。

然后是数据处理系统。

数据处理系统是该技术的核心部分，该系统通过处理光纤传感器采集的数据，支持数据可视化、多维数据的统计分析和预警功能等，能够实现对泄漏事件的快速响应与处置。

数据采集后，预先设定的阈值进行对比分析，发现异常后即时提醒各部门责任人进行处理。

最后是显示系统。

该系统可对管道的运行状况、温度状态以及维护情况等进行实时监测。

通过电子地图模式，管理者可以精确地了解管道的位置，不同颜色的标记可用于标识管道不同的状态和数据指标，让维护人员在处理预警和异常事件时更易于定位。

-目录第1章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2管道泄漏检测方法 (2)1.3管道检漏方法评估 (3)1.4管道泄漏检测技术发展趋势 (4)第2章分布式光纤温度传感的基本理论 (5)2.1 光纤传感技术简介及分类 (5)2.2分布式光纤传感技术 (6)2.3典型的分布式光纤传感器 (7)第3章分布式光纤温度传感系统及技术 (15)3.1系统组成 (15)3.2激光脉冲光源 (16)3.3光电探测器 (17)3.4散射光的分离 (18)3.5系统定标 (19)第4章系统的信号处理技术 (21)分布式光纤生产厂家（公司）附表 (21)●本文内容主要整理参考于其他文献第1章绪论1.1引言目前，全世界大型输油管总长超过200万公里，并且以每年4-5万公里的速度递增。

由于管道输送在运送气体、液体、浆体等散装物品方面所具有的独特优势，管道工业在国民经济中占有重要的位置。

但是随着管线的增多、管龄的增长，由于施工缺陷和腐蚀等问题和人为破坏的存在，管道事故频频发生，给人们的生命、财产和生存环境造成了巨大的威胁。

目前国内外油气管道泄漏实时监测技术主要通过检测管道输送压力、流量、温度等参数的变化或者检测泄漏噪声来判断是否发生泄漏，如质量平衡法、压力波分析法、实时模型法、统计检漏法等。

由于该类测试方法受到流体特性、输送工艺以及测试仪器的灵敏度和测试精度等因素的限制，该类技术可以检测到最小泄漏量为管道输送总流量的1％，定位精度为管道总长度1％。

一般来说，传统的温度测量中使用的是点式测量，各处分布的大量传感器测量并汇聚测量数据。

根据测量物理性质的不同，有各种测量技术。

根据温度范围和应用性质等采用不同的测量方法。

所有这些方法有一个共同的限制，它们只能测量一点的温度。

在一些应用中，需要在一个大的范围收集温度信息，这就需要大量的传感器，从而对布线、安装等带来困难。

分布式光纤温度传感系统能很好的解决这一问题，与传统传感器相比，分布式光纤温度传感器具有诸多优点:集传感与传输于一体，可实现远距离测量与监控；一次测定就可以获取整个光纤区域的一维分布图。

城镇供热管道光纤泄漏监测方案北京昊锐科技有限公司2017年8月目录【前言】.................................................... 错误!未定义书签。

1分布式光纤泄漏监测系统简介............................... 错误!未定义书签。

管道测漏监测系统的优点............................. 错误!未定义书签。

管道测漏监测系统应用............................... 错误!未定义书签。

2管道测漏监测系统的工作原理............................... 错误!未定义书签。

管道泄漏监测系统测漏原理........................... 错误!未定义书签。

管道测漏监测系统定位原理........................... 错误!未定义书签。

3分布式光纤泄漏监测系统 .................................. 错误!未定义书签。

系统组成........................................... 错误!未定义书签。

系统技术参数....................................... 错误!未定义书签。

系统组成介绍....................................... 错误!未定义书签。

分布式光纤泄漏监测系统主机........................... 错误!未定义书签。

多模测漏光缆......................................... 错误!未定义书签。

安装附件............................................. 错误!未定义书签。

软件功能描述....................................... 错误!未定义书签。

分布式光纤传感器在管道泄漏监测中的应用管道泄漏不仅会造成资源损失和环境污染，石油、天然气等易燃易爆品输送管道的泄漏甚至会产生火灾爆炸，因此对管道进行实时监测，及时发现泄漏和预报隐患就显得十分重要．目前管道泄漏的监测方法主要有基于管内压力、流量、温度和管壁完好程度检测的管内智能爬行机法；基于泄漏产生的物理现象检测的声波、负压波、应力波检测法；利用热红外成像、气体成像、探地雷达的地面间接检测法[1,2],这些方法存在或者定位难，或者不能提前预报泄漏隐患等缺点．针对上述问题，设计一种利用分布式光纤传感器对输送管道的泄漏进行实时在线监测的技术．分布式光纤传感器是一种传感型光纤传感器，它具有同时获取在传感光纤区域内随时间和空间变化的被测量分布信息的能力[3]．利用这一特性，在输送管道铺设的同时铺设一条或几条光缆，利用光纤作为传感器，拾取管道周围的压力、温度和振动信号，通过对信号的分析和处理，对输送管道泄漏、附近的机械施工和人为破坏等事件进行迅速判断和准确定位，提高管道的监测水平．1 分布式光纤传感器光纤传感技术是随着光导纤维和光纤通信技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体、光纤为媒质、感知和传输外界信号的新型传感技术．分布式光纤传感器是利用光纤对沿光纤分布的被测量(环境参数)进行连续测量，同时获取被测量的空间分布状态及其随时间变化的传感器系统．分布式光纤传感器的一次测量就可以获取整个光纤区域内被测量的一维分布，将光纤架设成光栅状可测定被测量的二维和三维分布．分布式光纤传感器可分为反射型和前向传输型．反射型是利用光纤在外部扰动作用下产生的瑞利(Reyleigh)、喇曼(Raman)、布里渊(Brillouin)等效应产生的背向散射光的动态变化进行测量，其特点是在入射端采用光时域反射(OTDR，Optical Time Domain Releetometer)技术来进行大小的测量和空间定位．前向型是利用外界物理量的作用，使光纤两传输模之间发生能量耦合，其特点是在输出端对耦合模进行测量，其频谱特性中的频率反映了耦合点的位置，幅值反映了该位置处被测量的大小．由于光纤在拉纤阶段二氧化硅由熔融态变为凝固态过程中形成的材料密度和折射率的微观不均匀，当光波在光纤中传输时，导致光纤中的光子与介质分子相互碰撞，弹性碰撞将产生与入射光同频的瑞利散射；非弹性膨胀将使光子的部分能量传递给分子或分子的部分能量传递给光子，产生自发喇曼散射．喇曼散射光在频域可分为波长大于入射光的Stokes光和波长小于入射光的反Stokes 光．Stokes与反Stokes的强度比值的大小与光源强度、光注入光纤的条件、光纤的几何尺寸和结构、光纤材料固有损耗和不均匀性、光路和电路参数无关，只和该点绝对温度有关[4,5]．布里渊效应是分别将频率可调的一脉冲光和一连续光在传感光纤的两端注入光纤，当两束光的频差处于光纤的布里渊增益带宽内时，两束光在相遇点就会产生布里渊放大效应．如果脉冲光频率高于连续光的频率。