本發(fā)明涉及l(fā)ng(液化天然氣)和lng儲罐技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種基于分布式光纖的lng儲罐珍珠巖沉降監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

作為一種經(jīng)濟高效的清潔能源，lng產(chǎn)業(yè)正面臨黃金發(fā)展期，在lng產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)中均涉及一定數(shù)量和不同規(guī)模的lng儲罐，如天然氣液化工廠、lng運輸船、lng接收站、小型衛(wèi)星站及l(fā)ng加注站等。在我國能源政策的鼓勵下，國內(nèi)正在繼續(xù)加大對lng儲運基地的建設(shè)力度，多個大型lng儲運基地正在籌劃，單個儲運基地lng儲罐的數(shù)量可超過20座。

作為低溫液體的大型儲存裝置，內(nèi)部儲存lng的溫度低至-165℃，lng儲罐在過量充裝、地震等異常情況下可能發(fā)生泄漏，一旦泄露發(fā)生，若不及時采取補救措施，溢出的lng將快速蒸發(fā)為易燃易爆氣體，可能引發(fā)重大安全事故，對lng儲罐周邊的人員、建筑、設(shè)備等造成不可估量的損失。此外，lng儲罐環(huán)形空間內(nèi)通過填充珍珠巖進行保冷，隨著lng儲罐運營年份的增加，lng儲罐環(huán)形空間內(nèi)的珍珠巖將逐漸下降，如不及時補填，內(nèi)罐中的lng冷量將快速傳遞至外罐內(nèi)壁，直接影響外罐襯里板、外罐鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)特性，從而對lng儲罐結(jié)構(gòu)的安全性帶來不可逆的重大影響。同時，冷量外輸將使得lng儲罐保冷性能降低，蒸發(fā)氣量過多，對生產(chǎn)安全和經(jīng)濟收益帶來負面影響。

現(xiàn)有的lng儲罐珍珠巖沉降監(jiān)測系統(tǒng)通常采用點式溫度傳感器(rtd)進行測量，其存在敷設(shè)點數(shù)有限、大量電纜集成安裝困難以及使用壽命較短等缺點，因此急需提出一種更加安全可靠的lng儲罐珍珠巖沉降監(jiān)測系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)ng儲罐珍珠巖沉降系統(tǒng)運行狀態(tài)及異常沉降進行全面有效的在線監(jiān)測的基于分布式光纖的lng儲罐珍珠巖沉降監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種基于分布式光纖的lng儲罐珍珠巖沉降監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：其包括若干分布式測溫光纖、一光纖接線箱、至少配置兩通道的分布式光纖測溫主機以及顯示屏上位機；各所述分布式測溫光纖分別敷設(shè)在一個以上lng儲罐外罐內(nèi)壁上，且各所述分布式測溫光纖的始端和末端分別與所述光纖接線箱相連，所述光纖接線箱通過分布式光纖與所述分布式光纖測溫主機的各通道相連；所述分布式光纖測溫主機對各所述分布式測溫光纖的始端和末端進行雙通道雙向發(fā)射和解調(diào)，得到最終的溫度測量值，并通過tcp/ip通信接口發(fā)送到所述顯示屏上位機進行顯示，通過標準通信接口發(fā)送到集中控制系統(tǒng)。

各所述分布式測溫光纖在lng儲罐外罐內(nèi)壁的布置方法為：所述分布式測溫光纖的始端與設(shè)置在所述lng儲罐罐頂?shù)乃龉饫w接線箱的一接口相連，所述分布式測溫光纖的末端從所述lng儲罐罐頂管嘴進入，沿所述lng儲罐的外罐內(nèi)壁垂直向下敷設(shè)一段距離后沿所述外罐內(nèi)壁環(huán)繞一周，之后繼續(xù)垂直向下敷設(shè)一段距離后再沿所述外罐內(nèi)壁環(huán)繞一周，如此反復(fù)，直到所述分布式測溫光纖覆蓋預(yù)先設(shè)置的所述lng儲罐環(huán)形空間內(nèi)珍珠巖可能發(fā)生沉降的最低位置后，沿著所述外罐內(nèi)壁垂直向上敷設(shè)，從所述lng儲罐罐頂管嘴引出后與所述光纖接線箱的另一接口相連。

所述lng儲罐外罐內(nèi)壁上每兩圈分布式光纖的間隔距離由測量精度確定。

所述分布式測溫光纖采取冗余配置，即在所述lng儲罐外罐內(nèi)壁上以同樣的方式敷設(shè)兩個相同規(guī)格的分布式測溫光纖回路，一用一備。

所述分布式光纖測溫主機包括光信號發(fā)生單元、光信號發(fā)送接收單元、光信號調(diào)制解調(diào)單元、光電信號轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)采集與處理單元、自校準單元以及計算機處理單元；所述光信號發(fā)生單元用于產(chǎn)生光脈沖信號并通過所述光信號發(fā)送接收單元發(fā)射到各所述分布式測溫光纖的始末兩端；所述光信號發(fā)送接收單元將接收到的各所述分布式測溫光纖產(chǎn)生的背向散射信號，發(fā)送到所述光信號調(diào)制解調(diào)單元；所述光信號調(diào)制解調(diào)單元用于對接收到的背向散射信號進行解調(diào)，并將解調(diào)后的光信號發(fā)送到所述光電信號轉(zhuǎn)換單元；所述光電信號轉(zhuǎn)換單元用于將解調(diào)后的光信號轉(zhuǎn)換為電信號并發(fā)送到所述數(shù)據(jù)采集與處理單元；所述數(shù)據(jù)采集與處理單元用于對接收到的電信號進行分析，得到各測點的初始溫度測量值并發(fā)送到所述自校準單元；所述自校準單元用于對各測點的初始溫度測量值進行校準，得到各測點的最終溫度測量值并發(fā)送到所述計算機處理單元；所述計算機處理單元用于根據(jù)接收到的最終溫度測量值產(chǎn)生報警信號，并將最終溫度測量值和報警信號發(fā)送到所述顯示屏上位機進行顯示。

所述計算機處理單元中設(shè)置有絕對低溫溫度報警模塊、溫降速率報警模塊以及空間和時間報警校驗?zāi)K；所述絕對低溫溫度報警模塊中預(yù)設(shè)有低溫溫度報警閾值，當各測量點的最終溫度測量值低于低溫溫度報警閾值時，根據(jù)該測量點的位置產(chǎn)生報警信號發(fā)送到所述空間和時間報警校驗?zāi)K；所述溫降速率報警模塊中預(yù)設(shè)有溫降速率閾值，當各測量點的溫降速率大于溫降速率閾值時，根據(jù)該測量點的位置產(chǎn)生報警信號發(fā)送到所述空間和時間報警校驗?zāi)K；所述空間和時間報警校驗?zāi)K用于對接收到的報警信號進行空間和時間校驗，當報警點周圍空間區(qū)域滿足預(yù)設(shè)的報警點空間范圍閾值要求，同時報警時間滿足預(yù)設(shè)的報警時間閾值時通過校驗，發(fā)送報警信號到所述顯示屏上位機進行顯示。

所述顯示屏上位機中設(shè)置有可視化監(jiān)控模塊，用于根據(jù)接收到的溫度測量數(shù)據(jù)和報警信號實時顯示lng儲罐溫度分布圖以及報警信號。

一種基于所述系統(tǒng)的基于分布式光纖的lng儲罐珍珠巖沉降監(jiān)測方法，其特征在于包括以下步驟：1)設(shè)置一基于分布式光纖的lng儲罐珍珠巖沉降監(jiān)測系統(tǒng)，其包括分布式光纖、光纖接線箱、分布式光纖測溫主機以及顯示屏上位機，所述分布式光纖測溫主機包括光信號發(fā)生單元、光信號發(fā)送接收單元、光信號調(diào)制解調(diào)單元、光電信號轉(zhuǎn)換單元、數(shù)據(jù)采集與處理單元、自校準單元以及計算機處理單元；2)分布式光纖測溫主機中光信號發(fā)生單元通過光信號發(fā)送接收單元向各分布式測溫光纖的始端和末端同時發(fā)送光脈沖入射信號；3)分布式光纖測溫主機中光信號發(fā)送接收單元將接收到的分布式測溫光纖產(chǎn)生的背向散射信號，發(fā)送到光信號調(diào)制解調(diào)單元進行解調(diào)；4)光信號調(diào)制解調(diào)單元對接收到的背向散射信號進行解調(diào)，并將解調(diào)后的光信號發(fā)送到光電信號轉(zhuǎn)換單元；5)光電信號轉(zhuǎn)換單元將解調(diào)后的光信號轉(zhuǎn)換為電信號并發(fā)送到數(shù)據(jù)采集與處理單元；6)數(shù)據(jù)采集與處理單元對接收到的電信號進行分析，得到初始溫度測量值并發(fā)送到自校準單元；7)自校準單元對初始溫度測量值進行校準，得到最終溫度測量值并發(fā)送到計算機處理單元；8)計算機處理單元根據(jù)接收到的最終溫度測量值產(chǎn)生報警信號，并將最終溫度測量值和報警信號發(fā)送到顯示屏上位機進行顯示。

所述步驟7)中，計算機處理單元根據(jù)接收到的最終溫度測量值產(chǎn)生報警信號，主要包括以下步驟：①絕對低溫溫度報警模塊將接收到的各測量點的最終溫度測量值與預(yù)設(shè)的低溫溫度報警閾值進行比較，若測量點的最終溫度測量值低于低溫溫度報警閾值，則根據(jù)該測量點的位置產(chǎn)生報警信號并發(fā)送到空間和時間校驗?zāi)K；②溫降速率報警模塊根據(jù)接收到的各測量點的最終溫度測量值計算各測溫點的溫度下降速率，并將各測溫點的溫度下降速率與預(yù)設(shè)的溫降速率閾值進行比較，當各測量點的溫度下降速率大于預(yù)設(shè)的溫降速率閾值時，根據(jù)該測量點的位置產(chǎn)生報警信號并發(fā)送到空間和時間校驗?zāi)K；③空間和時間校驗?zāi)K用于根據(jù)接收到的報警信號進行校驗，通過校驗時發(fā)送報警信號到顯示屏上位機進行顯示。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明由于采用分布式測溫光纖對lng儲罐進行溫度多點測量，能夠有效降低單點信息監(jiān)控成本及多個儲罐應(yīng)用時的總成本，單點溫度監(jiān)測成本至少降低70％。2、本發(fā)明由于分布式測溫光纖的使用壽命長，同時采用了冗余配置，使得本發(fā)明長期免維護，使用壽命至少延長10年。3、本發(fā)明由于一根分布式測溫光纖即可覆蓋全部測量點，工程安裝方便，避免了大量電纜的集成敷設(shè)。4、本發(fā)明由于分布式測溫光纖系統(tǒng)(dts)的設(shè)點較多，而且分布式測溫光纖與珍珠巖填充物的環(huán)形空間直接緊密接觸，其溫度結(jié)果更能反映真實的保冷效果，而且便于對發(fā)生沉降的異常位置進行定位，使得監(jiān)測結(jié)果更加準確。5、本發(fā)明由于采用分布式光纖進行信息傳輸，不受電磁干擾，本質(zhì)安全，提高了監(jiān)測的安全性。6、本發(fā)明由于分布式光纖測溫主機采用雙通道雙向發(fā)射和解調(diào)法，保證了數(shù)據(jù)分析的可靠性，并將測量得到的溫度值數(shù)據(jù)發(fā)送到顯示屏上位機進行顯示，使得對lng儲罐的監(jiān)測更加直觀，便于相關(guān)操作人員根據(jù)顯示數(shù)據(jù)進行操作處理。7、本發(fā)明由于dts測量結(jié)果穩(wěn)定，平均溫度偏差小于環(huán)形空間的溫度異常變化，并可通過計算機處理單元中的報警管理模塊消除dts的誤報，進一步提高了監(jiān)測的可靠性。因而，本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于lng儲罐珍珠巖沉降的監(jiān)測中。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中分布式測溫光纖在lng儲罐上的布置示意圖；

圖2為本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)的總體框架示意圖；

圖3為本發(fā)明分布式光纖測溫主機結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明分布式光纖測溫主機中計算機處理單元示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的進行詳細的描述。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明基于分布式光纖的lng儲罐珍珠巖沉降監(jiān)測系統(tǒng)包括若干分布式測溫光纖1、一光纖接線箱2、至少配置兩通道的分布式光纖測溫主機3以及顯示屏上位機4。各分布式測溫光纖1分別敷設(shè)在一個以上lng儲罐5外罐內(nèi)壁上，且各分布式測溫光纖1的始端和末端分別與光纖接線箱2相連，光纖接線箱2通過分布式光纖6與分布式光纖測溫主機3的各通道相連。分布式光纖測溫主機3對各分布式測溫光纖1的始端和末端進行雙通道雙向發(fā)射和解調(diào)，以得到最終的溫度測量值，并通過tcp/ip通信接口7發(fā)送到顯示屏上位機4進行顯示，通過標準通信接口8如串行rs232或rs485通信接口發(fā)送到集中控制系統(tǒng)9進行進一步處理，通過usb接口10發(fā)送到已有usb設(shè)備。

各分布式測溫光纖1在lng儲罐5外罐內(nèi)壁的布置方法為：分布式測溫光纖1的始端與設(shè)置在lng儲罐5罐頂?shù)墓饫w接線箱2的一接口相連，分布式測溫光纖1的末端從lng儲罐5罐頂管嘴進入，沿外罐內(nèi)壁垂直向下敷設(shè)一段距離后沿外罐內(nèi)壁環(huán)繞一周，之后繼續(xù)向下敷設(shè)相同距離后再沿外罐內(nèi)壁環(huán)繞一周，如此反復(fù)，直到分布式測溫光纖1覆蓋預(yù)先設(shè)置的lng儲罐5環(huán)形空間內(nèi)珍珠巖可能發(fā)生沉降的最低位置后，沿著外罐內(nèi)壁垂直向上敷設(shè)，從lng儲罐5罐頂管嘴引出后與光纖接線箱2的另一接口相連。其中，lng儲罐環(huán)形空間內(nèi)珍珠巖可能發(fā)生沉降的最低位置根據(jù)經(jīng)驗值確定。lng儲罐外罐內(nèi)壁上每兩圈分布式光纖的間隔距離由測量精度確定。

如圖3所示，分布式光纖測溫主機3包括光信號發(fā)生單元31、光信號發(fā)送接收單元32、光信號調(diào)制解調(diào)單元33、光電信號轉(zhuǎn)換單元34、數(shù)據(jù)采集與處理單元35、自校準單元36以及計算機處理單元37。光信號發(fā)生單元31用于產(chǎn)生光脈沖信號并通過光信號發(fā)送接收單元32發(fā)射到各分布式測溫光纖1的始末兩端；光信號發(fā)送接收單元32接收各分布式測溫光纖1產(chǎn)生的背向散射信號，并發(fā)送到光信號調(diào)制解調(diào)單元33；光信號調(diào)制解調(diào)單元33用于對接收到的背向散射信號進行解調(diào)，并將解調(diào)后的光信號發(fā)送到光電信號轉(zhuǎn)換單元34；光電信號轉(zhuǎn)換單元34用于將解調(diào)后的光信號轉(zhuǎn)換為電信號并發(fā)送到數(shù)據(jù)采集與處理單元35；數(shù)據(jù)采集與處理單元35用于對接收到的電信號進行分析，得到各測量點的初始溫度測量值并發(fā)送到自校準單元36；自校準單元36用于對各測量點的初始溫度測量值進行校準，得到各測量點的最終溫度測量值并發(fā)送到計算機處理單元37；計算機處理單元37用于根據(jù)接收到的最終溫度測量值產(chǎn)生報警信號，并將最終溫度測量值和報警信號發(fā)送到顯示屏上位機4進行顯示。

如圖4所示，計算機處理單元37中設(shè)置有絕對低溫溫度報警模塊371、溫降速率報警模塊372以及空間和時間報警校驗?zāi)K373。絕對低溫溫度報警模塊371中預(yù)設(shè)有低溫溫度報警閾值，當監(jiān)測到lng儲罐內(nèi)沉降發(fā)生異常時即各測量點的最終溫度測量值低于低溫溫度報警閾值時，根據(jù)該測量點的位置產(chǎn)生報警信號發(fā)送到空間和時間報警校驗?zāi)K373。溫降速率報警模塊372中預(yù)設(shè)有溫降速率閾值，當監(jiān)測到外罐內(nèi)壁各測量點的溫降速率大于溫降速率閾值時，根據(jù)該測量點的位置產(chǎn)生報警信號發(fā)送到空間和時間報警校驗?zāi)K373?？臻g和時間報警校驗?zāi)K373用于對接收到的報警信號進行空間和時間校驗，當報警點周圍空間區(qū)域滿足預(yù)設(shè)的報警點空間范圍閾值要求，同時報警時間滿足預(yù)設(shè)的報警時間閾值時通過校驗，發(fā)送報警信號到顯示屏上位機4進行顯示。

優(yōu)選的，分布式測溫光纖1采取冗余配置，在罐區(qū)內(nèi)以同樣的方式敷設(shè)兩個相同規(guī)格的分布式測溫光纖回路，一用一備。

優(yōu)選的，分布式測溫光纖敷設(shè)的lng儲罐個數(shù)由分布式光纖測溫主機能夠測量的分布式測溫光纖的長度決定。當分布式測溫光纖1需要敷設(shè)在多個lng儲罐5外罐內(nèi)壁時，分布式測溫光纖1的始端與光纖接線箱2的一接口相連，末端從第一個lng儲罐5的罐頂管嘴進入并引出后，繼續(xù)由第二個lng儲罐5的罐頂管嘴進入，采用相同的布置方式依次敷設(shè)在各lng儲罐5的外罐內(nèi)壁上，最終由最后一lng儲罐5的罐頂管嘴引出后，與光纖接線箱2的另一接口相連。

優(yōu)選的，顯示屏上位機4中設(shè)置有可視化監(jiān)控模塊，用于根據(jù)接收到的溫度測量數(shù)據(jù)和報警信號實時顯示lng儲罐溫度分布圖以及報警信號。

基于上述基于分布式光纖的lng儲罐珍珠巖沉降監(jiān)測系統(tǒng)，本發(fā)明還提供一種基于分布式光纖的lng儲罐珍珠巖沉降監(jiān)測方法，包括以下步驟：

1)分布式光纖測溫主機3中光信號發(fā)生單元31通過光信號發(fā)送接收單元32向各分布式測溫光纖1的始端和末端同時發(fā)送光脈沖入射信號；

2)分布式光纖測溫主機3中光信號發(fā)送接收單元32將接收到的分布式測溫光纖1產(chǎn)生的背向散射信號，發(fā)送到光信號調(diào)制解調(diào)單元33進行解調(diào)；

3)光信號調(diào)制解調(diào)單元33對接收到的背向散射信號進行解調(diào)，并將解調(diào)后的光信號發(fā)送到光電信號轉(zhuǎn)換單元34；

4)光電信號轉(zhuǎn)換單元34將解調(diào)后的光信號轉(zhuǎn)換為電信號并發(fā)送到數(shù)據(jù)采集與處理單元35；

5)數(shù)據(jù)采集與處理單元35對接收到的電信號進行分析，得到初始溫度測量值并發(fā)送到自校準單元36；

6)自校準單元36對初始溫度測量值進行校準，得到最終溫度測量值并發(fā)送到計算機處理單元37；

7)計算機處理單元37根據(jù)接收到的最終溫度測量值產(chǎn)生報警信號，并將最終溫度測量值和報警信號發(fā)送到顯示屏上位機4進行顯示。

計算機處理單元37根據(jù)接收到的最終溫度測量值產(chǎn)生報警信號，主要包括以下步驟：

①絕對低溫溫度報警模塊371將接收到的各測量點的最終溫度測量值與預(yù)設(shè)的低溫溫度報警閾值進行比較，若測量點的最終溫度測量值低于低溫溫度報警閾值，則根據(jù)該測量點的位置產(chǎn)生報警信號并發(fā)送到空間和時間校驗?zāi)K373。

②溫降速率報警模塊372根據(jù)接收到的各測量點的最終溫度測量值計算各測溫點的溫度下降速率，并將各測溫點的溫度下降速率與預(yù)設(shè)的溫降速率閾值進行比較，當各測量點的溫度下降速率大于預(yù)設(shè)的溫降速率閾值時，根據(jù)該測量點的位置產(chǎn)生報警信號并發(fā)送到空間和時間校驗?zāi)K373。

③空間和時間校驗?zāi)K373用于根據(jù)接收到的報警信號進行校驗，通過校驗時發(fā)送報警信號到顯示屏上位機4進行顯示。

空間和時間校驗?zāi)K對接收到的報警信號進行空間校驗時，首先以報警點為中心左右各展開一段距離，監(jiān)測出此范圍內(nèi)光纖上的所有報警點，當報警點具有連續(xù)性并滿足沉降區(qū)域的最小閾值時，此報警點通過空間校驗；然后進行時間校驗，由于沉降報警不要求具有實時性，當監(jiān)測到報警點后，設(shè)置了一段時間的報警值校驗流程，報警值需持續(xù)穩(wěn)定輸出一段時間后方可通過時間校驗。

上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進行的等同變換和改進，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。