油氣管道位移光纖安全監(jiān)測技術(shù)定位理論及預(yù)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(jiān)測技術(shù)所需要的理論技術(shù)進行具體的分析，然后以理論的方式對預(yù)警信號的特征進行具體的研究，從而將此項技術(shù)更好的服務(wù)于石油化工行業(yè)。

關(guān)鍵詞：油氣管道;位移光纖安全檢測技術(shù);預(yù)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(tài)將直接決定油氣輸送能否成功。目前應(yīng)用最廣泛的就是位移光纖安全監(jiān)測技術(shù)，其監(jiān)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(zhì)特性以及輸送的過程中所遭受的工況的影響，因此其適應(yīng)環(huán)境的能力十分強，抗干擾能力較強。但是目前由于此項技術(shù)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(yīng)用到預(yù)警上仍有不足。本文主要通過對油氣管道位移光纖安全監(jiān)測技術(shù)所需要的理論技術(shù)進行具體的分析，然后以理論的方式對預(yù)警信號的特征進行具體的研究，從而可以讓此項技術(shù)可以更好的普及到油氣管道的監(jiān)測中。

1.管道光纖監(jiān)測原理

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

管道光纖位移監(jiān)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(fā)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(yīng)力作用，將導(dǎo)致光纖長度、直徑和折射率發(fā)生變化，從而對光纖中傳播的光波產(chǎn)生相位調(diào)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(jiān)測的可靠性。

2.油氣管道位移光纖安全監(jiān)測技術(shù)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(jiān)測定位非常重要的理論。因此本小節(jié)主要介紹監(jiān)測技術(shù)的定位理論。首先是整個監(jiān)測系統(tǒng)示意圖如圖2所示

此系統(tǒng)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(jiān)測裝置，另外還需要一個控制系統(tǒng)，主要就是通過計算機進行控制，通過傳輸?shù)男盘柾ㄟ^放大電路傳輸?shù)接嬎銠C中，然后計算機進行處理計算，因為信號系統(tǒng)傳輸來的大多是頻率的光波，需要轉(zhuǎn)化為能夠為計算機識別的二進制語言，從而可以讓技術(shù)人員可以精確的定位到泄漏點。

2.1泄漏點定位技術(shù)理論

對于泄漏點的定位主要是誤差問題，如何可以實現(xiàn)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(fā)生管道的泄漏現(xiàn)象，將直接改變點兩處的壓力，就會產(chǎn)生一定的壓力差。但是壓力差的產(chǎn)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(chǎn)生一定的油膜或者致密層，這樣也會改變兩邊的壓力差發(fā)生變化，這樣就會導(dǎo)致定位的不精確，因此此項技術(shù)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(shù)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(xiàn)一個時間差，這個時間差一般情況下是不會改變的，如果發(fā)現(xiàn)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(jiān)測器聯(lián)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(wěn)定的，由于光的特殊性，不受其他介質(zhì)的影響，因為不受外界環(huán)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(shù)學(xué)關(guān)系為：

根據(jù)上述定位原理的表述，設(shè)光波在光纖中傳播速度為v，從事發(fā)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(fā)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(xiàn)階段光波測量的準確性。

3.預(yù)警信號特征

3.1預(yù)警信號頻率周期短

預(yù)警信號的監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)中去，在這個反饋的過程中轉(zhuǎn)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(fā)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(jié)約反應(yīng)發(fā)生的時間，可以在有限的時間里發(fā)現(xiàn)信號的異常，發(fā)出預(yù)警。

3.2處理濾波，提高預(yù)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(huán)境以及其他方面的影響，主要不受溫度不受傳播介質(zhì)以及其他方面的影響導(dǎo)致其抗干擾的能力強，并且由于有多個局部的光纖位移監(jiān)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(yù)警信號發(fā)出過程中減少了抗干擾的能力，極大的提高了效率。

總結(jié)

綜上所述，本文主要通過對光纖安全監(jiān)測技術(shù)進行具體的研究分析，首先分析產(chǎn)生的原理，然后對光纖位移監(jiān)測技術(shù)理論進行具體的闡述，主要有泄漏點定位技術(shù)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(yù)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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