基于光纖負壓波的油氣管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種泄漏定位系統(tǒng)，尤其涉及一種基于光纖負壓波的油氣管道泄漏監(jiān) 測定位系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 油氣管道是重要的石油、天然氣運輸方式，目前中國油氣管道總里程已達14萬公 里，承擔(dān)著我國70%的原油和99%的天然氣運輸任務(wù)。數(shù)據(jù)顯示，我國油氣管道事故率平均 為3次/1000千米?年，遠高于美國的0.5次/1000千米?年和歐洲的0.25次/1000千米?年。 據(jù)統(tǒng)計，造成我國油氣管道事故的主要原因是人為第三方破壞和惡意的打孔盜油(氣），以 及管道腐蝕和突發(fā)性自然災(zāi)害。因此，實時監(jiān)測管道泄漏并對泄漏點進行精確定位，對保證 人民財產(chǎn)、人身安全，降低國家經(jīng)濟損失具有重要意義。
[0003] 現(xiàn)有的管道泄漏檢測技術(shù)主要包括:流量平衡法、內(nèi)測球法、負壓波法、分布式光 纖法、壓力梯度法等。其中負壓波法僅僅通過在管道首末端分別安裝壓力傳感器，實現(xiàn)簡 單、易維護，而且很多已經(jīng)應(yīng)用于實際管道的泄漏監(jiān)測。從系統(tǒng)實際運行情況來看，檢測靈 敏度低、定位精度差是目前制約負壓波泄漏檢測技術(shù)發(fā)展的瓶頸。在應(yīng)用負壓波法進行泄 漏定位時需要通過負壓波波速求解泄漏點位置，而負壓波的傳播速度與管道傳輸介質(zhì)特 性、管道材質(zhì)等因素有關(guān)，所以要準(zhǔn)確進行管道的泄漏定位，就要先確定管道內(nèi)負壓波傳播 的速度，直接帶入標(biāo)稱的負壓波波速值進行泄漏定位計算，將導(dǎo)致泄漏定位精度較低;而且 負壓波信號在傳輸過程中會出現(xiàn)嚴重衰減，隨著傳輸距離的延長，管道首末兩端的壓力傳 感器可能出現(xiàn)測量不到負壓波，導(dǎo)致部分泄漏工況無法檢測；另外一旦管道首末端的兩個 壓力傳感器的其中一個失效，就將無法得到負壓波傳播到管道首末兩端的時間差，這將導(dǎo) 致泄漏定位失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種基于光纖負壓波的油氣管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)及方法， 本發(fā)明能夠克服上述不足，達到更高的檢測靈敏度和定位精度，極低的誤報率。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種基于光纖負壓波的油氣管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)，包括至少兩個光纖光柵壓力 傳感器，每個所述光纖光柵壓力傳感器分別安裝于油氣管道預(yù)設(shè)位置處;所述光纖光柵壓 力傳感器以并聯(lián)或串聯(lián)方式進行連接，其用于將檢測到的油氣管道內(nèi)部負壓波信號轉(zhuǎn)換為 光信號，并傳送至光纖光柵快速解調(diào)儀;所述光纖光柵快速解調(diào)儀用于同步采集并傳送所 述光信號至監(jiān)測主機進行分析處理，最終實現(xiàn)油氣管道的泄漏檢測及精確定位。
[0007] 所述光纖光柵壓力傳感器并聯(lián)連接至通信光纜的多芯單模光纖，所述多芯單模光 纖與分路器相連，所述分路器與光纖光柵快速解調(diào)儀相連。
[0008] 所述光纖光柵壓力傳感器串聯(lián)連接至通信光纜的一芯單模光纖，所述一芯單模光 纖與光纖光柵快速解調(diào)儀相連。
[0009] 所述監(jiān)測主機上設(shè)有通信接口，所述通信接口與光纖光柵快速解調(diào)儀相連。
[0010] 所述通信接口采用以太網(wǎng)口。
[0011] 所述光纖光柵壓力傳感器等間隔安裝于油氣管道上。
[0012] 所述光纖光柵壓力傳感器根據(jù)預(yù)設(shè)不等間隔距離安裝于油氣管道上。
[0013] -種基于光纖負壓波的油氣管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)的定位方法，包括：
[0014] 步驟（1):根據(jù)光纖光柵壓力傳感器檢測到的油氣管道內(nèi)的負壓波信號變化來判 斷所述光纖光柵壓力傳感器覆蓋的油氣管道區(qū)域是否發(fā)生泄漏，若發(fā)生泄漏，則進入下一 步;否則，光纖光柵壓力傳感器繼續(xù)檢測油氣管道內(nèi)的負壓波信號；
[0015] 步驟(2):根據(jù)光纖光柵壓力傳感器傳送來的管道壓力變化或壓力拐點的時間進 行粗判泄漏點的位置；
[0016] 步驟(3):以最先接收到壓力變化或壓力拐點信號的光纖光柵壓力傳感器為起點， 并取處于步驟(2)所確定泄漏點同一側(cè)的其他光纖光柵壓力傳感器為終點，根據(jù)起點和終 點的間距以及接收到負壓波信號的時間差，確定負壓波傳播速度；
[0017] 步驟(4):以最先接收到壓力變化或壓力拐點信號的光纖光柵壓力傳感器為起點， 分別與步驟(2)所確定泄漏點對稱的另一側(cè)不同光纖光柵壓力傳感器組成一組，計算出泄 漏點與起點間的若干組距離值，求取這些組距離值的平均值作為最終的泄漏點位置，實現(xiàn) 管道泄漏的精確定位。
[0018] 所述步驟（1)中，判斷所述光纖光柵壓力傳感器覆蓋的油氣管道區(qū)域是否發(fā)生泄 漏的方法為：
[0019] 當(dāng)所有光纖光柵壓力傳感器監(jiān)測到油氣管道內(nèi)的壓力不變或不存在壓力拐點時， 監(jiān)測主機判斷所有光纖光柵壓力傳感器覆蓋的油氣管道區(qū)域未發(fā)生泄漏；
[0020] 當(dāng)單一光纖光柵壓力傳感器監(jiān)測到油氣管道內(nèi)的壓力變化或存在壓力拐點時，監(jiān) 測主機判斷該單一光纖光柵壓力傳感器覆蓋的油氣管道區(qū)域未發(fā)生泄漏；
[0021] 當(dāng)多個光纖光柵壓力傳感器監(jiān)測到壓力變化或存在壓力拐點時，監(jiān)測主機判斷傳 感器所覆蓋的管線區(qū)域發(fā)生泄漏。
[0022] 所述步驟(2)中，粗判泄漏點的位置為最早監(jiān)測到負壓變化或壓力拐點信號的兩 個相鄰的光纖光柵壓力傳感器之間。
[0023]本發(fā)明的有益效果為：
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點是通過負壓波信號經(jīng)過兩光纖光柵壓力傳感器的時間差和距離間 隔，可實時準(zhǔn)確獲得負壓波波速;通過在長輸管道上間隔一定距離布設(shè)多個光纖光柵壓力 傳感器監(jiān)測負壓波信號，可大大提高傳感器接收信號的信噪比，增強對小泄漏的監(jiān)測能力， 避免負壓波信號長距離傳輸衰減過大導(dǎo)致泄漏定位精度差的不足，而且本發(fā)明借助管道沿 線的通信光纜作為傳輸介質(zhì)，不需要另外鋪設(shè)傳輸光纜;同時取多組測量結(jié)果的平均值，可 進一步提高定位精度，具有檢測靈敏度高、定位精度高和誤報率低等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的基于光纖負壓波的油氣管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0026]圖2(a)是本發(fā)明的傳感器與通信光纜并聯(lián)連接圖；
[0027]圖2(b)是本發(fā)明的傳感器與通信光纜串聯(lián)連接圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明的光纖負壓波油氣管道泄漏監(jiān)測定位方法流程圖。
[0029] 圖中，1.光纖光柵壓力傳感器;2.通信光纜;3.分路器;4.光纖光柵解調(diào)儀;5.監(jiān)測 主機;6.油氣管道。
【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步說明：
[0031] 圖1是本發(fā)明的基于光纖負壓波的油氣管道泄漏監(jiān)測定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該 定位系統(tǒng)包括至少兩個光纖光柵壓力傳感器1，所述光纖光柵壓力傳感器1分別安裝于油氣 管道預(yù)設(shè)位置處;所述光纖光柵壓力傳感器1用于感知油氣管道6內(nèi)部負壓波信號，把負壓 波信號轉(zhuǎn)換為光信號，并通過通信光纜2及分路器3將接收到的油氣管道6內(nèi)部負壓波光信 號傳輸?shù)焦饫w光柵快速解調(diào)儀4,由光纖光柵快速解調(diào)儀4實現(xiàn)信號的同步快速采集，并傳 送至監(jiān)測主機5進行分析處理，最終實現(xiàn)油氣管道的泄漏檢測及精確定位。
[0032] 光纖光柵壓力傳感器1可等間隔安裝，也可根據(jù)現(xiàn)場實際情況按不同間隔安裝，均 需記錄各光纖光柵壓力傳感器1的安裝位置及傳感器間隔。
[0033] 光纖光柵壓力傳感器1連接至分路器3有兩種形式：
[0034] (1)光纖光柵壓力傳感器1并聯(lián)連接至通信光纜2的多芯單模光纖，所述多芯單模 光纖連接至分路器3，如圖2 (a)所示。
[0035] (2)光纖光柵壓力傳感器1串聯(lián)連接至通信光纜2的一芯單模光纖，一芯單模光纖 直接連接至光纖光柵快速解調(diào)儀，如圖2 (b)所示。
[0036]其中，監(jiān)測主機5上設(shè)有通信接口，所述通信接口與光纖光柵快速解調(diào)儀4相連。 [0037]本實施例中的光纖光柵壓力傳感器1的壓力測量范圍為0-10MPa，靈敏度優(yōu)于 0.5%FS，響應(yīng)時間<10ms;通信接口采用100M以太網(wǎng)口。
[0038] 光纖光柵解調(diào)儀4采用珠海光辰科技有限公司的GC-97001C-8型8通道1kHz高速光 纖光柵解調(diào)儀，每個通道可以通過分路器3連接多個并聯(lián)的光纖光柵壓力傳感器1，也可連 接多個串聯(lián)的光纖光柵壓力傳感器1陣列;光纖光柵解調(diào)儀4采集得到的各通道光纖光柵壓 力傳感器1監(jiān)測數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)口送往監(jiān)測主機5,由監(jiān)測主