一种基于分布式光纤测温技术的管道渗漏监测系统及漏点定位方法

技术领域

本发明属于管道输送领域，涉及一种管廊管道渗漏监测技术，具体为一种基于分布式光纤测温技术的管道渗漏监测系统及漏点定位方法。

背景技术

管廊管道是指将电力、通信、燃气、给排水、热力等市政公用管线集中布设在同一地下建造的隧道空间内，进行综合开发利用，以节约城市建设用地，便于统一规划管理，美化城市的景观。管廊管道对公用管线统一规划，有效减少管线事故道路频繁开挖对路面质量及环境的影响，同时缩短施工工期、提高空间利用率，其综合技术经济效益远高于所增加的初期建设投资。

由于管廊管道内部整合了维持城市功能的自来水、煤气、电力、通信管线，在人口较为密集的现代城市的地下空间中分布着大量天然气、暖气等高压输气管道，存在火灾的危险性。如电力电缆短路、过载，油气管道渗漏等。加之管廊内敷设类型不一、数量众多的管道，一种管道发生渗漏，会对众多管道的运输产生影响。

现有市场上的管道渗漏监测方法主要有探测球法，负压波法，热红外成像技术，以及分布式光纤传感技术。探测球法其原理就是利用探测球跟随流体一起运动的过程中，在管道内采集大量的数据，分析判断管道是否发生了泄漏，精度高，但是造价也极高，不适用于大范围管道渗漏监测。负压波法原理比较简单，它是根据压力信号的突变和泄漏产生的负压波传播到上下游的时间差，实现泄漏检测与定位。但是负压波法由于不具备相应的噪声过滤系统，通常需要增加阈值以区别管线是否真正泄漏还是由于噪声所以引起的误报，增加阈值的结果是要么产生了大量的误报，要么就是明显降低了系统的灵敏度，影响检测性能。热红外成像技术的原理为，管道泄漏时，周围土壤温度会由于液体的泄漏而发生温度的变化，此时，通过热红外成像技术感知到这种异常的变化，将其与事先记录的土壤温度分布图进行对比，从而检测液体管道的泄漏。该方法实时性较差，不能进行连续监测，管道埋深严重影响其检测结果。

以光纤为传感元件及传光介质的新型传感技术，包括光纤振动传感法、光纤声波传感法和光纤应变传感法等。光纤振动传感法的特点是反应快，对破坏可以预警，但主要目的不是监测泄漏且必须有随管道的光缆。光纤声波传感系统检测管道泄漏的方法，是通过分析光纤对管道泄漏的声音的响应情况判断和定位管道泄漏点，声波传感法主要是根据漏点处声波特点来监测泄漏。光纤应变传感法，主要用于监测管道的变形情况，也可间接通过管道的变形过大处、异常处判断管道是否发生泄漏。这些方法在一定程度上均能监测管道泄漏情况，但易受干扰，存在误报的可能，定位精度稍差。

管道发生泄漏时，渗漏点液体的流出会与周围介质产生对流和传导，对流是指流体中温度不同的各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递的过程。传导是指依靠物体内部的温度差或两个不同物体直接接触，在不产生相对运动，仅靠物体内部微粒的热运动传递了热量。地埋式管道周围有土壤，土壤本身就有温度，渗漏液体与土壤产生热传导，温度变化不明显。区别于地埋式管道，管廊管道周围没有固体介质。流体的热导率很小，通过热传导传递的热量很少，对流是流体的主要传热方式，温度变化更明显，特别当管道输送具有一定压力气体或者挥发性液体时，渗漏点存在相变和节流膨胀作用，使得渗漏点附近温度明显降低，严重的挥发性液体管道渗漏点会发生结霜或者结冰现象。因此，此发明提出来一种基于分布式光纤测温系统的管廊管道渗漏监测系统，以解决现有管廊管道渗漏监测中存在的效率低，距离短，不能实时监测，长期成本较高等问题。

相比于传统管道渗漏监测方法，基于分布式光纤测温技术的网格式管廊管道渗漏监测系统的优势在于：

1、对于管廊管道，可能发生渗漏点位置是随机的，采用点式传感器收集数据，工作量十分巨大，实现不了全面监测，监测覆盖率低。分布式光纤温度传感器采样间隔可以达到几公分，可以实时监测到光纤沿线任意一点的温度，误报和漏报率低，可实现实时监测。且灵敏度都优于一般传感器，实时监测效率较高。

2、光纤本身是传输介质也是传感介质，由石英材料组成，可以抗电磁干扰，在高电磁环境中可正常工作。另外，光纤具有不腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，通常可以服役30年。综合考虑传感器的自身成本及以后的维护费用，使用光纤温度传感器可以大大降低整个工程的最终经营成本。

基于分布式光纤测温技术的管廊管道渗漏监测系统的布线方式大大提高了在二维平面的定位精度，可以将渗漏点位置精准定位到一个由四段光纤组成的正方形区域内，从而实现对管道中间以及边缘区域的实时监控，以及对管道泄漏点的精确定位。

发明内容

本发明的目的是针对管廊管道液体渗漏问题，提供一种基于分布式光纤测温技术的管道渗漏监测系统及漏点定位方法。分布式光纤拉曼测温系统是基于拉曼散射光的温度效应进行温度测量的，当光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲时，它在光纤中向前传输的同时会不断产生后向拉曼散射光，这些后向拉曼散射光的强度受所在光纤散射点的温度影响而有所改变，处理散射回来的后向拉曼光便可将温度信息实时计算出来，同时根据光纤中光的传输速度和后向光回波的时间对温度信息进行定位。这样就实现了分布式的测量，可连续得到沿着光纤几十公里的检测信息，误报和漏报率大大降低，同时实现实时检测。

为实现上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种基于分布式光纤测温技术的管道渗漏监测系统，该定位方法采用的设备包括基于分布式光纤测温技术的测温主机和光纤，其特征在于，包括以下步骤：

所述光纤以二维网格的形式缠绕在待测管道表面之后与测温主机相连，通过二维网格形式的光纤监控管道表面温度变化，通过温度场异常的网格边组成的区域确定漏点范围。

进一步地，所述光纤的布线方式如下：

将一根光纤在管道上缠绕一圈后，沿着管道轴向前进距离为W，继续缠绕一圈，直至到达管道上监测区域另外一端，之后沿着管道轴向来回布置，轴向光纤在管道周向间隔为P，由此得到在管道表面的光纤二维网格，通过二维网格将管道表面分成若干四边形监测区域，每个四边形监测区域宽为W，高为P。

一种利用上述管道渗漏监测系统的管道渗漏漏点定位方法，当四边形区域的四个边光纤都监测到温度异常时，即可判断该四边形区域为漏点所在区域。

进一步地，确定四边形区域温度异常的方法如下：

对每个四边形监测区域编号，测量并记录四边形监测区域的每个边中点距离光纤起始点的距离，得到四边形监测区域编号及四个距离数据，将该数据列成表格，通过测温主机测得光纤上温度峰个数和温度峰对应的距离，将该数据与表格数据对比，与那组数据吻合，即漏点位于哪个四边形监测区域。

进一步地，所述四边形监测区域为正方形区域，也即是W＝P。

进一步地，所述光纤空间分辨率大于或者等于四边形区域的边长。

进一步地，所述四边形区域的边长范围为0.3-1m。

进一步地，所述光纤空间分辨率范围为0.3-0.8m。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明布线方式大大提高了在二维平面的定位精度，可以将渗漏点位置精准定位到一个由四段光纤组成的正方形区域内，从而实现对管道中间以及边缘区域的实时监控，以及对管道泄漏点的精确定位。

附图说明

图1为本发明管道渗漏监测系统的布线平面示意图；

图2为本发明管道渗漏监测系统以0.5m为边长布线渗漏示意图；

图3为本发明管道渗漏监测系统以0.5m为边长布线管道边缘渗漏示意图；

图4为本发明管道渗漏监测系统以0.5m为边长中点距起光纤点长度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

本发如图1所示，本发明提供一种基于分布式光纤测温技术的管道渗漏监测系统包括基于分布式光纤测温技术的测温主机和光纤，所述光纤以二维网格的形式缠绕在待测管道表面之后与测温主机相连，通过二维网格形式的光纤监控管道表面温度变化，通过温度场异常的网格边组成的区域确定漏点范围。

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步描述：

如图1所示，箭头为光纤缠绕方向，以0.5m为边长布设光纤为例，将一根光纤1先绕管道3缠绕一圈，然后沿管道3轴向前进0.5m，之后继续缠绕管道一圈，再前进0.5m，绕管道再缠一圈，如此往复，直至前进到管道另一端。转一圈后，沿轴向从管道一边前进至另一边，沿管道边缘圆弧(周向)前进0.5m，再沿轴向前进至另一边，如此反复，在管道轴向来回布置，直到铺满整个管道外表面。光纤在管道上形成二维网格，二维网格的平面示意图如图1，二维网格上每个子区域为一个正方形，之后将光纤1与测温主机2相连。

光纤定位方式如下：如图2所示，

①光纤以二维网格状铺设在管道表面，光纤包围整个管面,并将管道表面切割成众多固定大小的正方形。每个正方形区域的边长为0.5m。图中标记的数字为正方形区域每个边中点距离光纤起始点的长度。其中,A、B、……、H分别表示所在正方形区域，也即是正方形区域编号。

②每个正方形区域都由四段光纤组成，每段光纤都有自己的对应的长度，即每段光纤中点距离光纤起始点的距离，将正方形区域的编号及该正方形区域四个边对应长度列表，如图4所示。

③以渗漏点出现在E区域为例，光纤会在10.25m、10.75m、11.25m、13.25m、13.75m、14.25m、31.75m、32.25m、32.75m、36.75m、37.25m、37.75m处监测到温度变化，对应到图4中列表，只有E区域四条光纤都监测到了温度异常，因此可以判断渗漏点出现在E区域。

④当光纤在管道边缘出现渗漏时，会出现两种情况。第一种如图3，当渗漏点出现在J区域内时，此时与步骤③方法无异，四段光纤都发生变换可以确定渗漏点的位置。第二种情况，当渗漏点出现在K区域时，K区域只有三段光纤监测到温度变化，此时对应到图4中列表，发现K、L、M、N没有出现四条光纤都监测温度变化的情况，可以确定渗漏点出现在J区域。

需要说明的是，本发明光纤较忧的采用多模光纤，本发明网格分割出的子区域不限于正方形，也可以是长方形。

需要说明的是，本发明上述实施例中正反向边长不限于0.5m，实际根据待监测管道尺寸来选择，一般在0.3-1m范围内。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。