CN111537160A - 基于分布式光纤的高能管道泄漏监测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于分布式光纤的高能管道泄漏监测方法，包括以下步骤：S1、沿高能管壁铺设一层耐高温高压耐腐蚀网框；S2、在网框上面铺设一层耐高温高压耐腐蚀的薄膜；S3、在薄膜上布置振动传感光纤；S4、根据采集到的光纤振动数据，对振动数据设置报警阈值；S5、对泄漏与否的判断以及泄漏位置定位；S6、在泄漏位置实现定位后，根据采集的光纤振动数据幅度大小实现泄漏率状态监测。本发明可高效地实现对核电高能管道泄漏的状态监测，大幅度的降低了人工巡检排除故障时间，同时也降低了核电高能管道因泄漏给工作人员带来的辐射影响，从而提高相关设备的可维护性以及工作人员自身的安全性。

Description

基于分布式光纤的高能管道泄漏监测方法

技术领域

本发明涉及一种核电高能管道泄漏振动源扩大方法在光纤振动监测系统中的应用，特别是对于核电高能管道中早期泄漏，泄漏率弱小处振动源的扩大，结合光纤振动监测系统可有效地实现对泄漏的定位。

背景技术

核电高能管道发生泄漏时，管道内泄漏处产生的闪蒸，蒸汽以气体的形式释放于保温层与核电高能管道管壁之间。且由于核电高能管道管壁泄漏处气体的持续释放从而在泄漏处产生持续的振动，根据泄漏处持续振动可以实现核电高能管道的状态监测。然而在运用分布式振动光纤监测系统实现核电高能管道的状态监测时，往往对泄漏率存在监测要求。一般而言，被要求监测泄漏率大约在1.9L/min左右，但在该泄漏率条件下，泄漏处产生的振动极其微小，即采用常规的分布式光纤振动系统根本实现不了在微小泄漏率下的状态监测。并且运用振动光纤进行核电高能管道泄漏状态监测时，往往由于核电高能管道中的高温高压、辐射性较强及泄漏处产生的振动极其微小等缘故，对核电高能管道的状态监测带来了一定的困难，尤其是基于振动的状态监测。若考虑到工业现场对振动传感器的安装布局等因素，要实现基于振动方法对核电高能管道实时在线泄漏监测就更加困难。因此，对早期微小泄漏处产生的微小振动信息进行放大，在此基础上进行核电高能管道泄漏状态监测可以有效地提高故障监测效率。因此，可以在更大的故障发生之前实现安全停堆，以避免更严重的事故发生。

发明内容

本发明的目的于提供一种基于分布式光纤的高能管道泄漏监测方法，可在早期核电高能管道泄漏及微小泄漏率条件下核电高能管道状态监测。

本发明的目的可以这样实现，设计一种基于分布式光纤的高能管道泄漏监测方法，包括以下步骤：

S1、沿高能管壁铺设一层耐高温高压耐腐蚀网框；

S2、在网框上面铺设一层耐高温高压耐腐蚀的薄膜；

S3、在薄膜上布置振动传感光纤；

S4、根据采集到的光纤振动数据，对振动数据设置报警阈值；

S5、对泄漏与否的判断以及泄漏位置定位；

S6、在泄漏位置实现定位后，根据采集的光纤振动数据幅度大小实现泄漏率状态监测。

进一步地，网框采用金属网框。

进一步地，金属网框为耐高温耐辐射的不锈钢网框，不锈钢网框的厚度为2～4mm之间。

进一步地，不锈钢网框焊接在高能管壁上，不锈钢网框围绕管壁呈封闭的圆环状。

进一步地，薄膜的厚度为0.02mm～0.1mm；薄膜安装完成的状态是呈紧绷状态，在每个曲面上要平行于核电管道内壁。

进一步地，铺设振动传感光纤以“S型”方式布局。

进一步地，在相邻两条的振动传感光纤之间的距离为30～50cm。

进一步地，在振动传感光纤上再铺设一层薄膜。

进一步地，阈值由下式计算得出，

式中：V_Threshold为设定阈值；i为采样点的位置；V_means为该段信号经过小波变换后第一高频系数的均值；α为根据光纤衰减率计算出来的采样点数之间的衰减系数；η为去阈值系数，一般设定为2；S表示整段信号的总采样数；N表示选取分析信号的点数；σ²表示该段信号的方差。

本发明可更加高效地实现对核电高能管道泄漏的状态监测，结合分布式光纤振动状态监测系统可以实现对泄漏位置定位，大幅度的降低了人工巡检排除故障时间，直接降低了人工费用，同时也降低了核电高能管道因泄漏给工作人员带来的辐射影响，从而提高相关设备的可维护性以及工作人员自身的安全性。

附图说明

图1是本发明较佳实施例的示意图。

图2是本发明较佳实施例的流程图。

图3是光纤衰减功率与光纤传感距离之间的特性曲线。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的描述。

如图1、图2所示，一种基于分布式光纤的高能管道泄漏监测方法，包括以下步骤：

S1、沿高能管壁2铺设一层金属网框3；金属网框3为耐高温耐辐射的不锈钢网框。不锈钢网框的厚度为2～4mm之间。不锈钢网框焊接在高能管壁上，不锈钢网框围绕管壁呈封闭的圆环状。

网框材料可以选取非金属材料，但是考虑到现场安装存在一定的技术要求，如现场安装后的网框工作环境为高温高压高腐蚀，安装空间小，以环绕方式进行安装等因素，故对网框材质选取就会涉及材料强度、韧性、外型、加工制作等，在本发明中推荐使用金属材料。

金属网框3应满足如下要求：其一，由于在核电高能管道管壁2与保温层1之间的空隙较小，因此要满足空隙设计要求；其二，金属网框3安装在核电高能管道管壁2与保温层1之间，因此其选材要满足耐高温、高压、耐辐射性好的材质；其三，要便于安装固定在核电高能管壁。

S2、在金属网框3上面铺设一层耐高温耐腐蚀的薄膜4；薄膜4的厚度为0.02mm～0.1mm；薄膜4安装完成状态是呈紧绷状态，在每个曲面上要平行于高能管道壁。

薄膜4必须要满足如下要求：其一，耐高温高压耐辐射。由于该薄膜是用在核电高能管壁与保温层之间，这两者之间的环境是高温高压且存在一定的辐射性，故所选薄膜材料必须要满足耐高温高压及耐辐射的条件。其二，推荐薄膜厚度为0.02mm～0.1mm之间，由于要监测泄漏率微小的核电高能管道泄漏，当泄漏率为1.9L/min时，在该条件下泄漏产生的振动极其微小，若选用薄膜厚度过大，本发明的振源放大方法可能失效。在实际的安装施工过程中，薄膜最终安装状态应是呈紧绷状态，且其最终安装效果尽量使得平行于核电管壁曲面。本发明推荐使用薄膜4的材质为PI(聚酰亚胺)或PPEK(聚苯醚酮)。

S3、在薄膜4上布置振动传感光纤5；铺设振动传感光纤5以“S型”方式布局。在相邻两条的振动传感光纤5之间的距离为30～50cm。

对于同一个管道而言，振动传感光纤5呈“S型”的布局有两种，一种是沿轴向布局，一种是径向布局。由于分布式光纤振动状态监测系统中空间分辨率的原因，本实施例中采用呈轴向“S型”方式进行布局，可在最大程度上实现对核电管道的状态监测。

本发明中所涉及铺设振动传感光纤5以“S型”方式布局时，相邻光纤之间的距离控制具体要求有如下：其一，原则上距离越近越容易实现对核电管道的状态监测，但两者相距太短，会使得光纤总体长度加长，从而使得成本增加，且对振动系统的分辨率有影响；其二，如果距离过长，被扩大的振源也不足以被光纤振动系统监测到，从而使得状态监测失败。因此，相邻振动传感光纤之间的距离设定为30～50cm。

在振动传感光纤5上再铺设一层保护薄膜6。由于能够满足耐高温高压及耐辐射性的振动传感光纤5较为少见，且光纤基本呈现为裸露状态。所以就导致光纤容易在安装铺设时极容易被折断，在铺设完成后，进一步铺设一层保护薄膜6对光纤进行保护可以有效延长振动传感光纤5的使用寿命。

传感光纤需选取耐高温耐腐蚀耐高压的型号，本实施例使用特种聚酯涂覆的耐高温光纤(HTF)。

S4、根据采集到的光纤振动数据，对振动数据设置阈值；

振动数据阈值的给定跟现场的工作环境有关，其数值大小可由下式计算得出：

式中：V_Threshold为设定阈值，i为采样点的位置，V_means为该段信号(采样点数一般选取1024)经过小波变换后第一高频系数的均值，α为根据光纤衰减率计算出来的采样点数之间的衰减系数，η为去阈值系数(一般设定为2)，S表示整段OTDR曲线的总采样数，N表示选取分析信号的点数(一般设定为1024)，σ²表示该段信号的方差。

S5、对泄漏与否的判断以及泄漏位置定位；当采集到的光纤振动大小持续大于给定阈值，即判断为管道泄漏；光纤衰减功率与光纤距离特性曲线如图3所示。

对采集到的振动信号进行实时处理分析，根据光纤衰减率的衰减系数大小判断泄漏位置信息。

S6、在泄漏位置实现定位后，根据采集的光纤振动数据幅度大小实现泄漏率状态监测。根据光纤衰减率的衰减系数大小，判断泄漏率状态。

本发明可以有效地对核电高能管道中泄漏率更小、泄漏尺寸更小的泄漏进行状态监测，可以在核电高能管道发生早期泄漏故障时就实现状态监测，可以大幅度降低严重事故的发生。可以更高效地监测到泄漏位置，为停止核反应堆赢取了更多的时间。从而在根源上杜绝了更大核电高能管道泄漏故障的发生，也直接提高了核电高能管道运行时的安全。可以在不用破坏保温层的基础之上，实现对核电高能管道泄漏状态监测；同时还省去了对核电高能管道保温层机械结构设计加工的复杂程度，从而节约了核电高能管道的设计成本以及加工成本，直接提高了经济效益。

Claims (9)

1.一种基于分布式光纤的高能管道泄漏监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、沿高能管壁铺设一层耐高温高压耐腐蚀网框；

S2、在网框上面铺设一层耐高温高压耐腐蚀的薄膜；

S3、在薄膜上布置振动传感光纤；

S4、根据采集到的光纤振动数据，对振动数据设置报警阈值；

S5、对泄漏与否的判断以及泄漏位置定位；

S6、在泄漏位置实现定位后，根据采集的光纤振动数据幅度大小实现泄漏率状态监测。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的高能管道泄漏监测方法，其特征在于：网框采用金属网框。

3.根据权利要求2所述的基于分布式光纤的高能管道泄漏监测方法，其特征在于：金属网框为耐高温耐辐射的不锈钢网框，不锈钢网框的厚度为2～4mm之间。

4.根据权利要求3所述的基于分布式光纤的高能管道泄漏监测方法，其特征在于：不锈钢网框焊接在高能管壁上，不锈钢网框围绕管壁呈封闭的圆环状。

5.根据权利要求1述的基于分布式光纤的高能管道泄漏监测方法，其特征在于：薄膜的厚度为0.02mm～0.1mm；薄膜安装完成的状态是呈紧绷状态，在每个曲面上要平行于核电管道内壁。

6.根据权利要求1述的基于分布式光纤的高能管道泄漏监测方法，其特征在于：铺设振动传感光纤以“S型”方式布局。

7.根据权利要求6述的基于分布式光纤的高能管道泄漏监测方法，其特征在于：在相邻两条的振动传感光纤之间的距离为30～50cm。

8.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的高能管道泄漏监测方法，其特征在于：在振动传感光纤上再铺设一层薄膜。

9.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的高能管道泄漏监测方法，其特征在于：阈值由下式计算得出，

式中：V_Threshold为设定阈值；i为采样点的位置；V_means为该段信号经过小波变换后第一高频系数的均值；α为根据光纤衰减率计算出来的采样点数之间的衰减系数；η为去阈值系数，一般设定为2；S表示整段信号的总采样数；N表示选取分析信号的点数；σ²表示该段信号的方差。

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