专利名称：一种光纤安全预警传感器安装方法
技术领域：
本发明是一种埋地管道、构筑物或地面构筑物、设施安全保护预警的光纤安 全预警传感器安装方法。涉及机械振动的测量、冲击的测量和管道系统技术领域。
背景技术：
对于石油、天然气、成品油、煤浆以及水等物质来说，管道输送是一种安全、 经济以及高效的运输方式，在全球运输行业中发挥着越来越重要的作用，尤其在 石油、成品油和天然气这些具有易燃易爆和交易价值极高的能源物质运输中占有 极为重要的位置，在我们国家，每年至少新建几千公里的管道，可以说，管道是 能源运输的大动脉。管道输送的石油、成品油和天然气既有极高的交易价值也有 易燃易爆这一特性，管道一旦泄漏，泄漏区域极易发生燃烧爆炸，不仅影响管道 行业的安全生产，造成巨大的经济损失，而且也严重威胁着周边沿线人民群众的 财产与生命安全。另外，管道泄露对周边生态环境造成的危害更是无法估量。
自从有了管道，也就有了来自外界的破坏。尤其是近些年来，油价上涨，在 利益的驱动下，不法分子利欲熏心，在管道上打孔盗油、盗气；基础建设大量上 马，管道沿线施工工地随处可见；此外，滑坡、泥石流等自然灾害频频发生，这 些都时刻威胁着管道的生产安全，其中打孔盗油和非法施工成为威胁管道安全生 产的首要因素。
据不完全统计，仅我国每年因外界破坏而造成的管道泄漏或爆炸上千余次， 直接经济损失达几亿元，环境破坏和社会影响等间接损失更是无法估量。为防止 外界对管道的破坏，管道运输行业每年投入了大量的人力物力，但是仍然无法有 效地预防和阻止破坏。管道运输行业的安全生产形式非常严峻，寻找确保管道运 输安全生产的手段和方法已迫在眉睫。
随着管道运输行业的发展，各种管道运输安全监测技术也在不断发展，目前 已有的管道安全生产监测技术主要有两类。其一管道泄漏事件发生后的监测技 术，这种技术主要有"管内流体力学状态检测技术和分布式光纤温度和应力监测 技术"。管内流体力学状态检测技术是实时采集管线中流体的流量、温度和压力 等信号，进行管道泄漏检测和定位，这种技术受到管遒内的流体特性、输送工艺
3以及测试仪器的性能等因素限制，对管道泄漏监测的灵敏度和定位精度较低，这 类技术包括压力梯度法、负压力波法、流量平衡法。分布式光纤温度和应力监 测技术是利用光纤的非线性特性(拉曼效应和布里渊效应)实时釆集管道泄漏的 介质对光纤的温度影响和冲击应力来确定泄漏点的位置，这种技术受到光缆的结 构和光缆与泄漏点的距离限制而影响监测效果。其二，管道破坏事件发生前的预 防监测技术，也就是管道破坏预警技术，目前已有的该类技术主要是"声波技术 监测"，该技术是利用声波沿管道传输原理，在每隔l公里左右安装一个有源传感 器，拾取管道沿线的声音信号加以分析，确定事件性质，进而对破坏管道的事件 提前发现，但是每一个传感器件必须配备一套供电装置和通信装置，不仅增加设 备的投资和维护成本，且这些设施本身也容易遭到破坏，使装置不能正常运行。 针对现有的管道及类似设施安全监测技术存在的问题，有澳大利亚专利提出
基于马赫-曾德(Mach-Zehnder )光纤干涉仪原理的监测技术,但该专利由于不稳 定，在技术上并不成熟。而光纤传感器的安装方法也并未涉及。
光纤安全预警系统对土壤振动信号的检测具有很高的灵敏度，可以有效检测 光缆附近3米以内的土壤振动信号;但是土壤振动信号的强度越大或者振动发生位
置离传感光缆越近，系统对振动事件的定位精度就越高，信号识别就越准确。与 管道同沟敷设的传感光缆在管道沟中的位置影响光纤安全预警系统对管道的有效 保护能力，所以，传感光缆在管道沟中的安装位置与方法是光纤安全预警系统的 关键技术之一。
目前，与管道同沟敷设光缆只是为了满足通信传输需要，光缆在管道沟的位 置是管道的顶部以下的管道一侧，这样是为了利用管道来保护光缆。而光缆作为 传感器时，因其感知灵敏范围是以光缆为中心的范围，而保护对像则是要以管道 为中心的范围。当管道在光缆感知范围内，则能检测到可能危害管道的破坏事件 的土壤振动信号。所以，现有的管道同沟敷设光缆的安装方法对于口径较大的管 道和没有光纤的管道另一侧的保护的有效性将大大降低，可以看出，这种方法利 用光缆对于作为传感器来保护管道存在许多缺陷和不足。
而其它地下构筑物或通信光缆、交通设施、文物保护区、军械库、重点机关 和重要工业厂区等重要设施与区域的安全保护则还没有有效的办法。如釆用光纤 安全预警系统这种有效的系统，同样有一个光纤安全预警传感器的安装方法问题。
发明内容
本发明的目的是发明一种埋地管道、构筑物或地面构筑物、设施安全保护预警的光纤传感器有效、可靠的一种光纤安全预警传感器安装方法。
本发明根据被保护对象的不同，有不同的技术方案。根据光纤安全预警系统 的技术要求，针对目前管道同沟敷设光纤传感器(以下简称传感光缆)在有效保 护管道方面存在的技术缺陷问题，提出根据被保护管道的直径大小，利用一根或 者多根传感光缆，把这些传感光缆安装在管道沟中不同的位置，把管道完全置于 传感光缆监测的灵敏范围内，起到有效保护管道的作用。
对于埋地管道是据传感光缆2至被保护管道1的距离加被保护管道1的直径之 和与传感光缆2的灵敏度半径的比值大小，顺着管道1将一根或者多根传感光缆2安 装在管道l周围不同的位置，把管道1完全置于传感光缆2监测的灵敏范围内。
其中如果传感光缆2至被保护管道1的距离与被保护管道1的直径之和小于 传感光缆2的灵敏度半径时，将一根传感光缆2安装在管道1的正上方[见图l]。
因为管道l受到外界的破坏威胁主要来自于地表，即管道l的上方，所以， 传感光缆2的安装位置在管道1的正上方。设管道直径r，传感光缆2作为传感 器灵敏度检测范围，即传感光缆2为中心半径为R米的圆内，传感光缆2距管 道1近侧的外壁距离为D,传感光缆2距管道1远侧外的距离为L ， d为光纤安 全预警传感光缆2检测范围的储备距离，并且干涉仪的两个千涉臂光纤和回传光 纤只能在同一根光缆中。
安装方法的条件是
R>2r+D d>0，
不满足该条件时需要加装传感光缆2,安装传感光缆2的根数可按如下方法 确定
如果传感光缆2至被保护管道1的距离与被保护管道1的直径之和大于传感 光缆2的灵敏度半径且被保护管道1在两根传感光缆2灵敏范围内时，如图2所 示,将两根传感光缆2安装在管道1两侧斜上方近于同一水平面的位置上，并光纤 安全预警系统干涉仪的两个干涉臂光纤分别在两根光缆中，回传光纤在两根光缆 中任何一根传感光缆2中。
如果传感光缆2至被保护管道1的距离与被保护管道1的直径之和大于传感 光缆2的灵敏度半径且被保护管道1仍不在两根传感光缆2灵敏范围内时，如图 3、图4所示,在被保护管道1周围不同的位置，对称地安装三根以上传感光缆2,可 为多套光纤安全预警系统提供光纤传感器，各个系统干涉仪的干涉臂光纤和回传光纤可分别被分配在不同的传感光缆2中。
本发明提出使用 一根到多根传感光缆2对管道1周围的土壤振动信号进行有
效检测。管道1近传感光缆2侧受传感光缆2的有效保护是没有问题的，当管道 1直径太大以至于远传感光缆2侧不在传感光缆2的有效检测范围内时，在远传 感光缆2恻再增加一根传感光缆2。当管道1再大到两根传感光缆2不能有效保 护时，传感光缆2数增加到三根，三根不能覆盖时，增加到四根，依此类推，可 以将传感光缆2的根数无限制的增加，进而保护任何管径的管道1。
对于埋地构筑物或地面构筑物、设施，是在被保护构筑物、设施3周围的地下， 以近于被保护构筑物、设施3在水平面投影的形状埋设一或多圈传感光缆2，且圈间 距小于或等于传感光缆2监测灵敏度半径的两倍，传感光缆2埋敷的深度小于传感 光缆2监测的灵敏度半径。
在这种情况下，又有三种方案，一是在被保护构筑物、设施3周围的地下，以近 于被保护构筑物、设施3在水平面投影的形状埋设螺旋状多圈传感光缆2，且螺距小 于传感光缆2监测的灵敏度半径的两倍,传感光缆2埋敷的深度小于传感光缆2监测 的灵敏度半径。二是在被保护构筑物、设施3周围的地下，以近于被保护构筑物、 设施3在水平面投影的形状埋设平行的多圈传感光缆2，且圈间距小于或等于传感 光缆2监测的灵敏度半径的两倍，传感光缆2埋敷的深度小于传感光缆2监测的灵 敏度半径，每圈传感光缆2配一套光纤安全预警系统。三是在被保护构筑物、设施 3周围的地下，以近于被保护构筑物、设施3在水平面投影的形状，将一根传感光缆2 以相邻两圈首尾相连的方式埋设平行的多圈，在传感光缆2每圈的接逢处不留间隙, 且圈间距小于传感光缆2监测的灵敏度半径的两倍，配一套光纤安全预警系统。
图1埋地管道一根根传感光缆安装示意图 图2埋地管道两根传感光缆安装示意图 图3埋地管道三根传感光缆安装示意图 图4埋地管道四根传感光缆安装示意图 图5埋地构筑物或地面构筑物、设施传感光缆安装示意图 图6埋地构筑物或地面构筑物、设施传感光缆安装示意图 其中l一管道 2—传感光缆 3—构筑物、设施
具体实施例方式
实施例1.以本例来说明本发明的具体实施方式
并对本发明作进一步的说明。
本例是对①1500mm某管线安装光纤安全预警系统的光纤传感器安装方法，其中管 道半径r二750mm，传感光缆2灵敏度R为1500mm,光缆距管道距离D = 300mm，按 照安装方法的条件R〉2r+D判断，条件不满足，需要加装传感光缆，光缆的条数需 > I ru(2r+D)/2R |为2条，其构成如图2所示。沿管线的管沟安装两根传感光缆 2，敷设的位置是将两根传感光缆2安装在管道1两侧斜上方近于同一水平面的 位置上，每根传感光缆2的垂线至管道l外侧的距离D为300mm，两根传感光缆2 灵敏度圆交点至管道1上部外周H为1500mm，釆用一套光纤安全预警系统，并光 纤安全预警系统干涉仪的两个干涉臂光纤分别在两根光缆中，回传光纤在两根光 缆中任何一根光缆中。用本方法安装的传感光缆2经光纤安全预警系统使用，信 号灵敏度高、有效、可靠，非常理想。
实施例2.本例是对成正方形布局的四座十万立方原油储罐安装光纤安全预 警系统的光纤传感器。由于油罐区占地面积为400 x 400m,采用一套光纤安全预 警系统，一根传感光缆2围绕油罐区三圈成正方形螺旋状敷设埋于地下1米深处， 螺距6米。用本方法安装的传感光缆2经光纤安全预警系统使用，可以预警油罐 区周围18米宽一个方环带，且信号灵敏度高、有效、可靠，也非常理想。
可见，本方法安装的光纤传感器信号灵敏度高、有效、可靠，为光纤安全预 警系统提供了理想的光纤传感器安装方法。
权利要求
1. 一种埋地构筑物或地面构筑物、设施安全保护预警的光纤安全预警传感器安装方法，包括与埋地构筑物或地面构筑物、设施(3)周围地下敷设的传感光缆(2)，其特征是在被保护构筑物、设施(3)周围的地下，以近于被保护构筑物、设施(3)在水平面投影的形状埋设一或多圈传感光缆(2)，且圈间距小于或等于传感光缆(2)监测灵敏度半径的两倍，传感光缆(2)埋敷的深度小于传感光缆(2)监测的灵敏度半径。
2. 根据权利要求l所述的一种光纤安全预警传感器安装方法，其特征是在被 保护构筑物、设施(3)周围的地下，以近于被保护构筑物、设施(3)在水平面投 影的形状埋设螺旋状多圈传感光缆(2 )，且螺距小于传感光缆(2 )监测灵敏度半 径的两倍。
3. 根据权利要求l所述的一种光纤安全预警传感器安装方法，其特征是在被 保护构筑物、设施(3)周围的地下，以近于被保护构筑物、设施(3)在水平面投 影的形状埋设平行的多圈传感光缆(2)，且圈间距小于传感光缆(2)监测灵敏度 半径的两倍，每圈传感光缆(2)配一套光纤安全预警系统。
4. 根据权利要求l所述的一种光纤安全预警传感器安装方法，其特征是在被 保护构筑物、设施(3)周围的地下，以近于被保护构筑物、设施(3)在水平面投 影的形状，将一根传感光缆(2 )以相邻两圈首尾相连的方式埋设平行的多圈，在传 感光缆(2)每圈的接逢处不留间隙，且圈间距小于传感光缆(2)监测灵敏度半径 的两倍，配一套光纤安全预警系统。
全文摘要
本发明是一种埋地构筑物或地面构筑物、设施安全保护预警的光纤安全预警传感器安装方法。包括埋地构筑物或地面构筑物、设施(3)周围地下敷设的传感光缆(2)，其特征是在被保护构筑物、设施(3)周围的地下，以近于被保护构筑物、设施(3)在水平面投影的形状埋设一或多圈传感光缆(2)，且圈间距小于或等于传感光缆(2)监测灵敏度半径的两倍，传感光缆(2)埋敷的深度小于传感光缆(2)监测的灵敏度半径。本方法安装的光纤传感器信号灵敏度高、有效、可靠。
文档编号F17D5/00GK101446384SQ20081016787
公开日2009年6月3日 申请日期2006年6月30日 优先权日2006年6月30日
发明者张金权, 方德学, 焦书浩, 赢 王, 飞 王, 王小军, 峰 霍 申请人:中国石油天然气集团公司;中国石油天然气管道局