淺析分布式光纖測漏系統(tǒng)在高溫蒸汽管道泄漏監(jiān)測中的應(yīng)用

蔣涵，劉旭辰

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津 300000）

1 概述

目前，大多數(shù)城市高溫水管網(wǎng)及蒸汽管網(wǎng)采用地埋的鋪設(shè)方式，當管網(wǎng)由于自身老化或人為破壞等因素發(fā)生泄漏的時候，以往運用的探測技術(shù)，以及檢測技術(shù)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(shù)故障問題發(fā)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(fā)覺，而此時往往已經(jīng)對人民生活生產(chǎn)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(chǎn)安全。因此，采用先進可靠的技術(shù)和工藝，對高溫水及蒸汽管網(wǎng)實施泄漏在線監(jiān)測技術(shù)環(huán)節(jié)和預警環(huán)節(jié)，及時全面掌握揭示各類被監(jiān)測技術(shù)對象的故障發(fā)生演化趨勢，實施智能化技術(shù)分析工作環(huán)節(jié)，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(fā)生、保障國家和人民財產(chǎn)安全生產(chǎn)具有重要的意義。

2 系統(tǒng)原理

分布式光纖測漏技術(shù)系統(tǒng)運行過程中需要涉及的技術(shù)形態(tài)主要有：高頻脈沖激光技術(shù)形態(tài)、光纖拉曼光譜技術(shù)形態(tài)、光波分復用技術(shù)形態(tài)、光時域反射技術(shù)形態(tài)、高頻信號采集技術(shù)形態(tài)、微弱信號處理技術(shù)形態(tài)、計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù)形態(tài)、計算機網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)形態(tài)等。

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

在基于光導纖維材料內(nèi)部引入具備一定強度能量參數(shù)，以及寬度參數(shù)的激光脈沖技術(shù)信號過程中，激光脈沖技術(shù)信號在完成向前傳播過程中，其通常會自動伴隨產(chǎn)生拉曼散射光波技術(shù)信號，而拉曼散射光波技術(shù)信號的強度表現(xiàn)狀態(tài)受光導纖維材料散射點位置的溫度技術(shù)參數(shù)影響作用通常會發(fā)生適當程度的改變，繼而借由捕獲分析經(jīng)由光纖技術(shù)材料散射處理過程回歸的背向拉曼光波技術(shù)信號，通常能夠解調(diào)獲取光纖技術(shù)材料散射點位置的溫度變化表現(xiàn)特征。與此同時，根據(jù)光纖技術(shù)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(guān)系，可以對溫度技術(shù)參數(shù)項目對應(yīng)的信息點展開定位處理。

源于背向拉曼散射光波技術(shù)信號在強度表現(xiàn)層面較為微弱，通常需要選擇運用具備更加先進技術(shù)性能表現(xiàn)狀態(tài)的高頻信號采集技術(shù)形態(tài)，以及微弱信號處理技術(shù)形態(tài)，借由光學濾波技術(shù)處理、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)處理、放大技術(shù)處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)處理后，將其具體送入信號處理器技術(shù)組件內(nèi)部，解調(diào)獲取光纖材料各測溫點位置的溫度參數(shù)值；之后，將實際采集獲取的溫度參數(shù)數(shù)據(jù)信息傳送到計算機技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)部開展數(shù)據(jù)技術(shù)處理，借由組態(tài)處理分析軟件全面準確展示各測溫點技術(shù)點位的溫度參數(shù)值表現(xiàn)狀態(tài)和變化特征。

3 系統(tǒng)的基本功能

引入運用分布式光纖測漏技術(shù)系統(tǒng)能支持實現(xiàn)以下功能：

（1）系統(tǒng)能對高溫蒸汽管網(wǎng)的溫度實施連續(xù)在線監(jiān)測，實現(xiàn)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(tǒng)具有溫度超限報警、溫度升降速率超限報警功能，根據(jù)需要設(shè)置、調(diào)整報警閾值，發(fā)生過冷過熱時，系統(tǒng)自動啟動報警裝置。

（3）系統(tǒng)可與地理信息技術(shù)系統(tǒng)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(fā)生過冷過熱現(xiàn)象條件下，能夠相對準確且清晰地完成對技術(shù)故障點的定位處理操作，指導推進檢修技術(shù)工作環(huán)節(jié)。

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

（5）系統(tǒng)中安裝配備有局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng)的標準化通訊接口技術(shù)結(jié)構(gòu)，其能夠被有效接入企業(yè)內(nèi)部包含的其他業(yè)務(wù)技術(shù)系統(tǒng)，支持實現(xiàn)信息共享目標。系統(tǒng)能夠支持實現(xiàn)遠端性監(jiān)控技術(shù)目標和管理技術(shù)目標。

（6）系統(tǒng)具有自檢、標定和校正功能，支持7×24小時連續(xù)運行。

4 項目實施方案

某新建蒸汽管網(wǎng)工程項目直埋段蒸汽管線實施測溫泄漏監(jiān)測，通過蒸汽泄漏時產(chǎn)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(chǎn)運行。

4.1 項目系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分布式光纖測漏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由測溫光纖技術(shù)材料、測溫主機技術(shù)設(shè)備（連續(xù)分布全光纖測溫儀技術(shù)設(shè)備）、預警管理終端技術(shù)設(shè)備和遠程監(jiān)控終端技術(shù)設(shè)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(shù)量眾多的測溫主機技術(shù)設(shè)備推進組網(wǎng)技術(shù)操作環(huán)節(jié)，擴增測溫技術(shù)活動的總體覆蓋作用范圍。

根據(jù)現(xiàn)場情況，本方案擬采用1臺測溫主機，配以工控機、系統(tǒng)監(jiān)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(shù)據(jù)通過有線VPN網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠程監(jiān)控終端，形成完整的分布式光纖測漏系統(tǒng)。測溫主機的選擇既滿足了現(xiàn)有監(jiān)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(jiān)控室內(nèi)。

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(jiān)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(shè)前進，每到一個支線會分出1芯用來監(jiān)測該支線，其他纖芯隨光纜繼續(xù)向前敷設(shè)，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(shù)。

表1 系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)表

5 結(jié)語

本文提出了利用分布式光纖測漏系統(tǒng)監(jiān)測蒸汽管網(wǎng)泄漏的方法，其原理是利用光的自發(fā)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(jié)合具體工程案例，提出分布式光纖測漏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，確定實施方案。

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