专利名称：一种天然气管道泄漏光纤监测系统的光纤传感器安装结构的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种天然气管道泄漏光纤监测系统的光纤传感器安装结构，涉及到光纤传感技术、机械振动的测量以及管道系统技术领域。
背景技术：
目前，世界上建成的管道总长达到250万公里，已经超过铁路总里程成为世界能源主要运输方式，发达国家和中东产油区的油品输运已全部实现管道化。我国管道在近年也得到了较快发展，总长也超过7万公里，已初步形成横跨东西、纵贯南北、覆盖全国、连通海外的能源管网大格局，管道运输成为油气等战略能源的调配输送的主要方式。管道由于跨越地域广，受自然灾害、第三方施工破坏等原因，导致了较多的管道泄漏事故发生。一旦天然气管道发生泄漏，就会造成全线停输和大量天然气资源流失。这不但直接影响到沿线城市和用气企业的能源供给，而且，还极易引起火灾、爆炸等安全事故， 威胁沿线地区的人民生命财产安全，甚至还会造成严重的环境污染和生态灾难。例如，美国 2010年9月9日圣布鲁诺市发生天然气管道大爆炸，爆炸在路面造成一个长51米、宽9米的大坑。一段长约8米、直径76厘米的管道被炸上天，飞出大约30米远，并引发大范围火灾，导致4人死亡，3人失踪，至少52人受伤，过火面积4公顷，数十桩房屋被烧毁。近年来人们安全、环保意识显著提升，作为高危行业的管道输运安全问题也得到越来越多的重视。纵观国内与国外的各种管道泄漏监测技术，目前普遍使用的负压波法，流量平衡法，压力坡降等输油管道泄漏检测技术，无法有效的解决气体管道的泄漏检测问题，尤其是对微小泄漏的识别与定位。而基于光纤良好的传感特性，光纤传感技术得以快速发展，其中应用较多的是利用一根与管道同沟敷设的光缆作为气体泄漏传感单元，灵敏度虽然比传统技术高，但是其定位效果差，不能完全满足天然气管道泄漏监测的应用需求。另一种基于光纤复用技术的准分布式光纤传感技术，可有效解决管道气体微小泄漏的识别与定位。但是其光纤传感单元的安装技术要求复杂，设计难度大，主要是要保证光纤传感单元检测灵敏度足够高，噪声隔离性要好。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种安装较为简单且使光纤传感单元检测灵敏度足够高、噪声隔离性足够好的天然气管道泄漏光纤监测系统的光纤传感器安装结构。本实用新型是针对具有高灵敏度的准分布式光纤传感泄漏振动监测方法和系统的光纤传感单元安装结构。它是在具有一定间隔的管道本体上安装高灵敏度光纤干涉型泄漏光纤传感器，连续实时监测沿管道本体传播的振动波信号，对采集的振动波信号进行分析处理，包括类型识别和振动源定位，其中类型识别为通过对振动波特征的提取分析判别其是否属于泄漏类型，同时根据振动波传播到相邻几个光纤传感器的时间延迟结合振动波在管道本体上的传播速度实现对振动波源所在位置的确定，实现上述的对振动波信号分析处理后对泄漏事件进行报警同时提供泄漏点的位置信息(见图1)。并在采用高灵敏度光纤传感器提高对泄漏事件监测灵敏度的基础上适当增加了光纤传感器的数量，扩展了可拾取监测信号的频段，并结合多个光纤传感器进行的时延估计定位方法保证了系统定位的准确性。在天然气管道泄漏光纤监测系统中，传感器是实现管道泄漏监测的关键，当管道发生泄漏时，泄漏激发的振动波将沿管道向泄漏点两侧传播。在管道本体上每隔一定距离安装一个传感器，用来监测管道上的泄漏振动波。传感器采用光纤干涉仪结构，可以用光纤迈克耳逊干涉仪或者光纤马赫曾德干涉仪作为泄漏振动波检测传感器。本实用新型的光纤传感器是检测管道轴向振动的光纤传感器，其结构见图2。光纤传感器由长方形弹性片8、和光纤干涉仪4以及尾纤盘纤盒1组成；具体结构是在长方形弹性片8的上面，将光纤干涉仪的光纤干涉臂以正弦波的形状均勻布设，并用粘合剂将光纤紧贴在长方形弹性片8上，剩余的光纤干涉仪及其相关器件将整齐的盘绕在尾纤盘纤盒 1内，输入、输出光纤2露在外；尾纤盘纤盒1通过粘合剂固定在长方形弹性片8上面，传感器安装时，将长方形弹性片8的内凹面使用粘合剂沿天然气管道轴向方向粘在管道外表面上，最后将传感器整体外壳套在外部，并作相应的管道防腐处理，使传感器整体与管道表面防腐层无缝对接。其中所述的长方形弹性片8是一个底部内凹且弧度与管道外表面一致的钢制薄板；天然气管道泄漏时产生的轴向振动让长方形弹性片8发生形变，带动长方形弹性片8上面盘绕的光纤干涉仪4也发生形变，由此改变光纤内传输的光的状态，以致被后端设备检测到。传感器本体底部传感光纤沿管道轴向均勻分布。传感器本体底部通过胶粘剂粘接固定于天然气管道外表面，传感光纤不能粘胶， 需直接接触管道外钢表面。其中传感器的外壳内附有减振层，主要起隔离管道壁外界干扰信号和固定保护传感器的作用。本实用新型既能保证光纤传感单元的检测灵敏度高，又能有效隔离管道壁以外的干扰信号，适用于直接接触管道表面的光纤传感单元安装。基于这种安装结构的光纤传感器可为准分布式天然气管道泄漏监测提供高定位精度和高灵敏度的监测手段。本实用新型所采用的技术方案是它包括光纤传感器本体6、传感器护罩7和天然气管道。该传感器本体6是一个底部均勻分布着传感光纤的盒体，底部内凹，呈与管道外表面相匹配的弧度，这主要是为了使传感光纤尽可能接触管道外壁，增加其灵敏度。传感器护罩7内部附有减振保护作用的海绵层，主要起隔离管道壁外界干扰信号和保护传感单元的作用。在安装传感器前需要将相应区域的天然气管道外表面的防腐层清除干净，露出钢管表面，安装时，使用胶粘剂将传感器本体6粘接在管道外壁上，这也是为了使传感光纤竟可能接触管道外壁，增加其灵敏度。之后将传感器护罩7罩在传感器本体6外面，由传感器本体6内引出的传输光缆从传感器护罩7的出缆槽引出，最后在护罩与管道的接缝处进行胶粘和防腐处理，使其与管道表面防腐层无缝对接。本实用新型的效果和益处是，基于这种安装结构的天然气管道泄漏监测光纤传感单元具有检测灵敏度高，噪声隔离性好的优点，可为准分布式天然气管道泄漏监测提供高定位精度和高灵敏度的监测手段。
图1光纤传感天然气管道泄漏监测系统原理框图图2管道轴向振动检测光纤传感器结构图图3天然气管道泄漏监测的光纤传感器安装结构示意图图4天然气管道泄漏监测的光纤传感器安装结构示意图(局部放大图)其中1_尾纤盘纤盒 2-输入、输出光纤4-光纤干涉仪5-传输光缆6-传感器本体7-传感器护罩8-长方形弹性片 9-管道表面10-管道表面防腐层。
具体实施方式
结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。实施例.本例主要是针对天然气管道泄漏光纤监测系统传感器所设计的实施例， 故需在该监测系统实施例的基础上进行。该监测系统构成如图1所示，在管道本体上每隔 1. 5km安装一个光纤传感器，共计安装10个传感器，前5个传感器和后5个传感器分别构成一个传感器组，所有光纤传感器组共用传输光缆中的一根光纤与系统光源连接，作为发射光纤，同时每个光纤传感器组又独自使用传输光缆中的一根光纤与系统光电探测器连接， 作为回传光纤；光电探测器输出端接包括泄漏信号识别和事件定位功能的信号采集与处理模块，所述信号采集与处理模块包括信号调理器、信号采集器、处理单元、终端显示和外部接口 ；其中连接光电探测器输出端的依次是信号调理器、信号采集器和处理单元，处理单元输出有终端显示和外部接口。信号采集器与处理单元输出接微机。本例所用到的光纤传感器是检测管道轴向振动的光纤传感器(见图3)。本例中系统所采用的传感器仅主要传感光纤构成，制作方式按照图2的方法绕制而成，其外部罩有传感器护罩7，传感器护罩7内层附有一层隔振海棉，安装时用粘结胶粘贴在刨开防腐层的管道表面，使传感器的内凹底部紧贴管道外壁，实现对管道本体振动的拾取；本例中，该系统光纤传感器的具体安装结构如图3、4所示首先，清理传感器安装区域的天然气管道外表面涂层10，去除管道表面原有的防腐层并进行轻度打磨，直至露出光滑的钢管壁9。接着，在钢管外表面均勻涂抹胶粘剂，将传感器底部或长方形弹性片8与钢管外表面9紧压在一起，直至胶粘剂完全凝固为止。然后将传感器护罩7完全罩住传感器本体6，并在其间垫上减振夹层，在安装时传感器护罩7侧面的出缆槽应对准传感器上的传输光缆5位置。最后在传感器护罩7与管道接缝处进行胶粘和防腐处理，其间使用与天然气管道表面涂层相同的材料进行，最终使传感器整体与管道表面防腐层无缝对接。本例经多次试验，通过在管道壁上安装泄漏振动敏感干涉型传感器能够实现对沿管道传播的任何扰动行为的监测，经过对信号分析处理以及智能识别能够实现对泄漏事件报警并给出泄漏点位置，系统灵敏度高，通过对泄漏的智能识别极大程度上降低了偶发事件导致的系统虚警率。
权利要求1.一种天然气管道泄漏光纤监测系统的光纤传感器安装结构，其特征在于由长方形弹性片(8)、光纤干涉仪(4)以及尾纤盘纤盒(1)组成检测管道轴向振动的光纤传感器；其安装方法是在长方形弹性片(8)的上面，将光纤干涉仪的光纤干涉臂以正弦波的形状均勻布设，并用粘合剂将光纤紧贴在长方形弹性片(8)上，剩余的光纤干涉仪及其相关器件将整齐的盘绕在尾纤盘纤盒(1)内，输入、输出光纤(2)露在外；尾纤盘纤盒(1)通过粘合剂固定在长方形弹性片(8)上面，传感器安装时，将长方形弹性片(8)的内凹面使用粘合剂沿天然气管道轴向方向粘在管道外表面上，并作相应的管道防腐处理，使传感器整体与管道表面防腐层无缝对接，最后将传感器整体外壳套在外部。
2.根据权利要求1所述的一种天然气管道泄漏光纤监测系统的光纤传感器安装结构， 其特征在于所述长方形弹性片(8)是一个底部内凹且弧度与管道外表面一致的钢制薄板， 传感器本体底部传感光纤是沿管道轴向均勻分布。
3.根据权利要求1所述的一种天然气管道泄漏光纤监测系统的光纤传感器安装结构， 其特征在于天然气管道外表面在安装传感器之前需除去防腐层，露出钢管表面本体，传感器本体底部通过胶粘剂粘接固定于天然气管道钢的外表面，传感光纤不能粘胶，需直接接触管道外钢表面。
4.根据权利要求1所述的一种天然气管道泄漏光纤监测系统的光纤传感器安装结构， 其特征在于所述检测管道轴向振动的光纤传感器的传感器护罩(7)内部附有减振层。
专利摘要本实用新型是一种天然气管道泄漏光纤监测系统的光纤传感器安装结构。在长方形弹性片(8)的上面，将光纤干涉仪的光纤干涉臂以正弦波的形状均匀布设，并用粘合剂将光纤紧贴在长方形弹性片(8)上，剩余的光纤干涉仪及其相关器件将整齐的盘绕在尾纤盘纤盒(1)内，输入、输出光纤(2)露在外；尾纤盘纤盒(1)通过粘合剂固定在长方形弹性片(8)上面，长方形弹性片(8)的内凹面使用粘合剂沿天然气管道轴向方向粘在管道外表面上，最后将传感器整体外壳套在外部，并作相应的管道防腐处理，使传感器整体与管道表面防腐层无缝对接。它能够有效控制光纤传感单元探头的灵敏度，并对除天然气泄漏之外的信号干扰具有良好的隔离屏蔽效果。
文档编号F17D5/02GK202252865SQ20112034482
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者任培奎, 孙祥林, 张金权, 李光, 焦书浩, 王小军, 蒋启善, 马艳昉, 高杰, 黄现玲 申请人:中国石油天然气管道局, 中国石油天然气集团公司