一种基于BOTDA原理的长输管道泄漏监测系统的制作方法

本实用新型涉及油气运输安全监测领域，具体涉及一种基于BOTDA原理的长输管道泄漏监测系统。

背景技术：

油气储运安全事关国家能源供应安全。随着我国经济的迅猛发展，石油和天然气的使用量逐年增加。管道是油气输送的主要方式，具有运量大、不受地表气候和地面其他因素限制等优点。然而，部分长距离油气输送管道服役时间过长，已步入事故高发期，出现地表无法直接观察的油气泄露现象，产生巨大经济损失。因此，对长输管道的泄漏监测十分重要。目前，传统的电测式传感器需要沿管线布设数量极其庞大的传感器，从布点连线到数据采集不仅复杂而且成本高，并且受到布点数量的限制，无法全面反映长距离管道的泄漏状况。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型给出技术方案如下：

一种基于BOTDA原理的长输管道泄漏监测系统，包括输送管道、BOTDA分析监测设备、温度探测光缆，其特征在于：所述BOTDA分析监测设备设置有BOTDA测量通道与信号探测电路，所述BOTDA测量通道中设置有脉冲激光光源、连续激光光源；所述温度探测光缆沿输送管道方向平行敷设，温度探测光缆与输送管道之间由回填沙隔开；所述温度探测光缆中至少设置2芯单模通信光纤，所述2芯单模通信光纤一端分别连接BOTDA测量通道内的脉冲激光光源及连续激光光源，另一端在温度探测光缆末端相互熔接，构成一个BOTDA测量环路。

BOTDA即布里渊光时域分析，属于一种分布式光纤传感技术：从光纤的两端分别注入脉冲光信号和连续光信号，当脉冲光与连续光的频率差与光纤中某个区间的布里渊频移相等时，该区域就会发生受激布里渊放大效应，两束光之间发生能量转移。根据光纤布里渊频移与光纤温度之间的关系，对两激光的频率进行连续的调节，信号探测电路监测从光纤一端耦合出来的连续光功率可以确定光纤各小段区域上能量转移达到最大时所对应的频率差，从而得到温度的位置信息，实现分布式测量。具体到本实用新型，如果管道壁因破损、接头断裂等原因发生泄漏时，泄漏处的温度将发生变化。对于原油管道，由于原油需加热输送，因此泄漏处的温度将升高；对于天然气管道，由于焦耳-汤姆逊效应，天然气经过泄漏孔节流膨胀，节流膨胀过程前后的焓不变，在泄漏孔出口出现温度下降。管道沿线敷设的单模通信光纤能及时捕获这些温度异常，并在BOTDA分析监测设备内经计算后实时显示出来，定位异常点的位置信息。

作为优选，所述回填沙厚度不小于0.1米。为保护温度探测光缆，温度探测光缆不应直接与泄漏的油气相接触，因此温度探测光缆应与输送管道之间应该保持一定距离。且温度探测光缆完全被回填沙包裹，能够更加真实地捕捉被泄漏的油气温度所影响的周边环境即回填沙的温度变化。

作为优选，所述输送管道为原油管道，所述温度探测光缆敷设于输送管道下方0.1-0.2米处。由于原油泄漏后将在回填沙的空隙内向下渗透流动，因此将温度探测光缆布置于输送管道下方。

作为优选，所述输送管道为天然气管道，所述温度探测光缆敷设于输送管道上方0.1-0.2米处。由于天然气泄漏后将在回填沙的空隙内向上爬升流动，因此将温度探测光缆布置于输送管道上方。

作为优选，所述BOTDA分析监测设备设置2个BOTDA测量通道，所述温度探测光缆内共设置4芯单模通信光纤，与所述BOTDA分析监测设备形成两个BOTDA测量环路。此处的设置不仅可以实现两通道实时监测，也能在双通道之间形成备份机制。

作为优选，所述温度探测光缆分段铺设时进行熔接，熔接处设置光缆接续盒进行接续保护。此处的设置是为了更好的保护由于长距离敷设而需要熔接的光缆部分。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：系统直接以管道同沟敷设的通信光缆作为传感器，系统充分利用光纤空间连续分布的特点，现实“传”、“感”合一，可实现沿光纤分布任一点的物理参量信息，具有测量信息丰富、可精确定位、本质安全等优点。而且，光纤传感技术是以光波为载体，光纤为媒质，与传统电学传感器相比，光纤传感器具有测量精度高、抗电磁干扰、本质安全、小巧轻柔、适合远程传输等优点，尤其适合在石化领域应用。将温度探测光缆沿管道平行敷设，可实时获得管道沿线任一点的温度信息，实现管道沿线泄漏的异常状况实时监测，具有测量距离远、连续分布式测量、可精确定位、安装简单、安全可靠、扩展性强等优点，对管道不会产生任何破坏或影响其正常生产，尤其适合长输油气管道泄漏监测应用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型运用于原油管道的温度探测光缆布置示意图；

图2为本实用新型运用于天然气管道的温度探测光缆布置示意图；

图3为本实用新型BOTDA分析监测设备与温度探测光缆连接的示意图。

图中：1，输送管道、2，温度探测光缆、3，回填沙、4，光缆接续盒、5，回填土、6，BOTDA分析监测设备、7，BOTDA测量通道、8，脉冲激光光源、9，连续激光光源、10信号探测电路、11，单模通信光纤。

具体实施方式

为了能进一步了解本实用新型的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本实用新型进一步详细描述。

一种基于BOTDA原理的长输管道泄漏监测系统，包括输送管道1、BOTDA分析监测设备6、温度探测光缆2，其特征在于：所述BOTDA分析监测设备6设置有BOTDA测量通道7与信号探测电路10，所述BOTDA测量通道7中设置有脉冲激光光源8、连续激光光源9；所述温度探测光缆2沿输送管道1方向平行敷设，温度探测光缆2与输送管道1之间由回填沙3隔开；所述温度探测光缆2中至少设置2芯单模通信光纤11，所述2芯单模通信光纤11一端分别连接BOTDA测量通道7内的脉冲激光光源8及连续激光光源9，另一端在温度探测光缆2末端相互熔接，构成一个BOTDA测量环路。

BOTDA即布里渊光时域分析的简称，属于一种分布式光纤传感技术：从用于温度探测的光纤的两端分别注入脉冲光信号和连续光信号，当脉冲光与连续光的频率差与光纤中某个区间的布里渊频移相等时，该区域就会发生受激布里渊放大效应，两束光之间发生能量转移。根据光纤布里渊频移与光纤温度之间的关系，对两激光的频率进行连续的调节，信号探测电路监测从光纤一端耦合出来的连续光功率可以确定光纤各小段区域上能量转移达到最大时所对应的频率差，从而得到温度的位置信息，实现分布式测量。

具体到本实用新型的工作过程：

实施例1：如图1所示，输送管道1与温度探测光缆2平行敷设于回填土5之下的回填沙3中，输送管道1与温度探测光缆2保持一定距离，其间由回填沙3填充。所述输送管道1为原油管道，所述温度探测光缆2敷设于输送管道1下方0.1-0.2米处。由于原油泄漏后将在回填沙3的空隙内向下渗透流动，因此将温度探测光缆2布置于输送管道1下方。当输送管路1因管壁破损、接头断裂等原因发生泄漏时，泄漏处的温度将发生变化。对于原油管道，由于原油为加热输送，泄漏处泄漏原油流经的回填沙3温度将升高。输送管路1沿线敷设的单模通信光纤11能及时捕获这些温度升高，经由信号探测电路10探测并传递给BOTDA分析监测设备6内经计算后实时显示出来，定位异常点的位置信息。

实施例2：如图2所示，输送管道1与温度探测光缆2平行敷设于回填土5之下的回填沙3中，输送管道1与温度探测光缆2保持一定距离，其间由回填沙3填充。所述输送管道1为天然气管道，所述温度探测光缆2敷设于输送管道1上方0.1-0.2米处。由于天然气泄漏后将在回填沙3的空隙内向上爬升流动，因此将温度探测光缆2布置于输送管道1上方。当输送管路1因管壁破损、接头断裂等原因发生泄漏时，泄漏处的温度将发生变化。对于天然气管道，由于焦耳-汤姆逊效应，天然气经过泄漏孔节流膨胀，节流膨胀过程前后的焓不变，在泄漏孔出口出现温度下降。泄漏孔泄漏出的天然气流经的回填沙3将被冷却降温。输送管路1沿线敷设的单模通信光纤11能及时捕获这些温度降低，经由信号探测电路10探测并传递给BOTDA分析监测设备6内经计算后实时显示出来，定位异常点的位置信息。

作为优选，所述回填沙3厚度不小于0.1米。为保护温度探测光缆2，温度探测光缆2不应直接与泄漏的油气相接触，因此温度探测光缆2应与输送管道1之间应该保持一定距离。且温度探测光缆2完全被回填沙3包裹，能够更加真实地捕捉被泄漏的油气温度所影响的周边环境即回填沙3的温度变化。

作为优选，所述BOTDA分析监测设备6设置2个BOTDA测量通道7，所述温度探测光缆2内共设置4芯单模通信光纤11，与所述BOTDA分析监测设备6形成两个BOTDA测量环路。此处的设置不仅可以实现两通道实时监测，也能在双通道之间形成备份机制。

作为优选，所述温度探测光缆2分段铺设时进行熔接，熔接处设置光缆接续盒4进行接续保护。此处的设置是为了更好的保护由于长距离敷设而需要熔接的光缆部分。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：系统直接以管道同沟敷设的通信光缆作为传感器，系统充分利用光纤空间连续分布的特点，现实“传”、“感”合一，可实现沿光纤分布任一点的物理参量信息，具有测量信息丰富、可精确定位、本质安全等优点。而且，光纤传感技术是以光波为载体，光纤为媒质，与传统电学传感器相比，光纤传感器具有测量精度高、抗电磁干扰、本质安全、小巧轻柔、适合远程传输等优点，尤其适合在石化领域应用。将温度探测光缆沿管道平行敷设，可实时获得管道沿线任一点的温度信息，实现管道沿线泄漏的异常状况实时监测，具有测量距离远、连续分布式测量、可精确定位、安装简单、安全可靠、扩展性强等优点，对管道不会产生任何破坏或影响其正常生产，尤其适合长输油气管道泄漏监测应用。