CN112987210A - 一种管道风险监测预警用传感光纤单元结构及施工方法 - Google Patents

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Abstract

一种管道风险监测预警用传感光纤单元结构及施工方法,在管道施工时同步在所述管道外壁敷设微管,待所述管道完全竣工以后,或未来需要建设管道监测预警系统时,可在非开挖情况下将传感光纤单元敷设到所述微管内,所述传感光纤单元包括用以监测所述管道实时状态数据的传感光纤,所述实时状态数据包括温度、振动和应变;或者在传感光纤故障或寿命到期后无需开挖即可更换新的传感光纤单元。可以解决很多随管道直埋监测预警用传感光缆在施工中难度大、接头多、损耗大的实际问题,更主要的是解决了传统方法直埋传感光缆发生故障时需要开挖查找故障点的困难,更重要的是解决了将来光缆寿命周期到了不全线开挖就无法更换传感光缆的问题。

Description

一种管道风险监测预警用传感光纤单元结构及施工方法
技术领域
本发明涉及一种便于传感光纤敷设和更换的管道风险监测用传感光纤单元结构及施工方法,适用于供热、供水、油气、化工等行业埋地管道的传感光纤单元建设和更换。
背景技术
管道是一种便捷、高效、性价比较高的运输装置,是保障国计民生的重要基础设施。近年来国际国内重大恶性管道事故损失惨重,因管道泄漏导致的马路塌陷与日俱增,建设数字化、智能化管道,实时掌握管道全线的状态数据,成为当务之急。在管道等储运设施上安装光纤分布式光纤传感器,是未来的方向。目前业内沿管道敷设传感光纤时,一般同步把光纤传感器沿管道埋设于地下,这种施工方法在光纤传感器安装过程中以及出现故障时,存在诸多问题:
第一,管道建设窗口期很短暂,一旦管道埋入地下,将不可能再次开挖、露出管道去全线敷设分布式光纤传感器。管道的设计使用寿命长达50年以上,有些管道设计寿命达到100年,如果没有便于敷设和更换传感光纤的方案,一旦管道埋设好了,由于管路长,加之受施工成本、沿途环境、道路、建筑物等影响,管道寿命周期内将不可能全线开挖重新敷设传感光纤单元,无法进行管道监测。
第二,传统施工方法导致光纤接头多,增加损耗,不但影响监测距离和效果,还增加成本。在实际施工过程中,为了满足不同区域的工期要求,施工单位都会分段同时施工或者同一段管道跳跃式不连续施工;另受征地、道路交通、天气、地形等因素的制约,无法按照管道起始顺序从头到尾安装管道,也就不能按照既定的顺序和盘长来敷设传感光纤,导致光纤会被迫剪切为很多段后被迫增加光纤接头,导致光纤接头损耗增加;管道外直接敷设传感光纤时,如果管道沟回填后试压时发现管道泄漏,需要再次用大型机械开挖维修或更换管节,将导致传感光缆被挖断,一处断点就要增加1根光缆和2处光纤接头。如果接头损耗增加过多,将导致全程光纤损耗增高,严重影响光纤传感系统的监测距离和质量,增加工程成本;光纤的接头数量多到一定程度,甚至会导致光纤传感系统因损耗太大而无法工作;
第三,埋地传感光纤寿命到期后无法更换。管道的使用寿命50年甚至100年,而光纤的使用寿命只有25年左右。而且管道越到后期,问题越多,越是迫切需要监测预警。如果不及早考虑好到期更换传感光纤的对策,就大面积推广直埋传感光纤,将造成后期管道风险监测预警系统失效的严重后果和不可估量的经济损失。
发明内容
针对上述诸多现实问题,本发明提供一种管道风险监测预警用传感光纤单元结构及施工方法,无需挖地的情况下可实现传感光纤的敷设和更换,也可以保证微管接头多的情况下,传感光纤单元保持最大的连续长度,减少接头损耗。
本发明的技术方案:
一种管道风险监测预警用传感光纤单元结构的施工方法,在管道施工时同步在所述管道外壁敷设微管,待所述管道完全竣工以后,或未来需要建设管道监测预警系统时,可在非开挖情况下将传感光纤单元敷设到所述微管内,所述传感光纤单元包括用以监测所述管道实时状态数据的传感光纤,所述实时状态数据包括温度、振动和应变;或者在传感光纤故障或寿命到期后无需开挖即可更换新的传感光纤单元。
所述微管可根据需要随时随地切断和接头;微管敷设长度达到时,在所述管道附近的人井/阀室内预留微管开口,方便在所述微管中引入所述传感光纤单元并进行光纤接头。
所述传感光纤单元由传感光纤和金属或非金属管、带、束组成,所述金属或非金属管、带、束包裹在所述传感光纤外部,以提高所述传感光纤的强度和刚度。
敷设所述传感光纤单元时,从位于所述人井/阀室内的微管开口处,将所述传感光纤单元人工推送到所述微管里面或者从所述微管中抽出来,熔接好光纤接头,用密封圈和/或胶水密封微管与接头盒连接处的间隙;接头盒安置于所述人井/阀室侧壁上方。
维修或更换传感光纤单元时,打开该段需要维修或者更换的传感光纤单元两头的微管接头,把新的传感光纤单元的一端和待替换的传感光纤单元的一端连接好,用人工牵引方式把所述待维修或者更换的传感光纤单元抽出来,新的传感光纤单元就同时被牵引进所述微管里面,再熔接好光纤接头,用密封圈和/或胶水密封微管和接头盒连接处的间隙。
一种管道风险监测预警用传感光纤单元结构,用于所述施工方法,由微管和位于所述微管内的传感光纤单元组成。所述微管位于待监测管道外壁,所述微管为内壁光滑、内径2.0~8.0mm、壁厚0.5~2.0mm、连续长度不小于2000m的金属或者非金属微管,微管的抗拉强度大于6000N,抗侧压力强度大于4000N/10cm,所述微管由多根微管彼此首尾密封连接形成,微管接头密封满足气密性要求;微管接头处的强度不小于微管自身的强度。
所述传感光纤单元由传感光纤和包裹在所述传感光纤外部的金属或非金属管、带、束组成,所述传感光纤单元的出厂连续长度大于2000m,单位重量小于15Kg/Km,直径小于3.0mm。
所述传感光纤为单模和/或多模光纤,光纤芯数不小于1芯。
所述传感光纤为紧包和/或松套单模和/或多模光纤,光纤芯数不小于1芯。
本发明的有益技术效果
本发明的一种管道风险监测预警用传感光纤单元结构及施工方法,通过在管道施工的同时在管道外壁敷设一根或多根微管,给未来建设管道风险监测预警用传感光纤预留了时间和空间,为建设智能管道智慧管网提供了长效的、可行的解决方案。将来可以在非开挖情况下随时在微管内简单快捷的敷设传感光纤单元;也可在非开挖情况下更换、扩容传感光纤,解决了用传统方法直埋传感光纤的情况下,需要开挖才能更换故障光纤的问题;更重要的是,解决了将来传感光纤寿命周期到了,需要全线开挖管道才能更换传感光纤的问题。
而且,本发明的施工方法利用微管可以随意接头来避免或减少传感光纤的接头,保证光纤损耗不超标。管道多处同时施工和跳跃施工,因光纤施工只能配合管道施工的进度,管道施工停下了,光纤只能跟着被剪断;管道贯通打压发现泄漏需要返工维修时,光纤也要被损坏。而增加太多的光纤接头,会导致全程光纤损耗超标,影响监测距离和监测效果。采用本发明的施工方法,先敷设微管,在管道多处同时施工和跳跃施工时,可以随时切断微管,某段管道贯通时,只需增加微管接头即可,等管道全线竣工以后,再把传感光纤单元敷设到微管内,从而以最少的光纤接头(最小的全程光纤损耗)来保证监测系统达到尽可能长的监测距离和监测效果。因此,本发明的方法很好的解决随管道直埋监测预警用传感光缆存在施工难度大、多处同时施工和跳跃施工导致的光纤接头多、损耗大的问题。
另外,本发明的施工方法,只需要在埋设管道的同时同步埋设微管,微管可随时切断、随时接头,解决了管道多处同时施工和跳跃施工时经常需要等传感光缆施工的矛盾,避免了管道施工和微管施工之间的各种矛盾和相互干扰,微管不仅能有效保护传感光纤单元,还能最大限度的节约工期,显著降低施工成本。
本发明的传感光纤单元,与通信光缆的结构、使用要求和设计理念完全相反。本申请的传感光纤单元由单层高强度金属或非金属微管(带、束)+光纤复合而成(见附图2)。金属或非金属微管(带、束)采用高性能的材料和科学的结构,在保证光纤得到足够保护的前提下,使得传感光纤单元体积小、重量轻、刚性大、强度高、外壁光滑,以保证所述传感光纤能够快速灵敏的感知外界环境的微小变化;而通信光缆10由松套管11、套管填充物12、缆芯填充物13、涂塑铝带14、聚乙烯内护套15、阻水材料16、涂塑钢带17、聚乙烯外护套18以及中心加强芯19等多层保护层构成,是为了保护通信光缆中光纤的安全、阻隔外界环境对光纤的影响(见附图3)。
本发明的传感光缆施工方法,不依赖任何动力机械、靠人工借助传感光纤单元自身的强度和刚性就能把传感光纤单元推送或者抽拔出微管,快速敷设和更换传感光纤,有别于传统的人工牵引光缆(须先置入穿缆器或牵引绳)和气吹光缆工艺(须借助空压机、吹缆机)。
综上,本发明的管道监测预警用传感光纤单元结构及施工方法,为解决供热、供水、油气、化工等行业的管道的风险监测预警提供了科学和长效的管道安全监测解决方案。
附图说明
图1为本发明的一种管道风险监测预警用传感光纤单元结构在施工后的部分结构示意图;
1-介质输送管道,2-微管,3-传感光缆单元,4-接头盒;
图2为传感光缆单元的截面示意图;
2-微管,31-传感光纤,32-金属管或非金属微管/带/束;
图3为直埋通信光缆的典型结构图;
10-通信光纤,11-松套管,12-套管填充物,13-缆芯填充物,14-涂塑铝带,15-聚乙烯内护套,16-阻水材料,17-涂塑钢带,18-聚乙烯外护套,19-中心加强芯。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例详细介绍本发明的技术方案。
如图1-2所示,本实施例的一种管道风险监测预警用传感光纤单元结构,由保护传感光纤单元3的微管2和传感光纤单元3组成。所述微管2由多根微管2彼此首尾密封连接形成,可以在介质输送管道1施工的有限窗口期内快速同步的将微管2敷设到介质输送管道1外壁,所述微管可根据需要随时随地切断和接头,避免介质输送管道1施工和微管2施工之间的各种矛盾和相互干扰,节约工期;并通过增加微管2的接头数量来避免或减少传感光纤31的接头数量,保证光纤损耗不超标。待管道完全竣工以后,可在非开挖情况下将传感光纤单元3敷设到所述微管2内,所述传感光纤单元3包括用以监测介质输送管道1实时状态数据的传感光纤31,所述实时状态数据包括温度、振动和应变。
每根所述微管2为内壁光滑、内径2.0~8.0mm、壁厚0.5~2.0mm、连续长度不小于1500m的金属管或者非金属管;微管2的抗拉强度大于6000N,抗侧压力强度大于 4000N/10cm,微管接头处的强度不小于微管2自身的强度,微管接头密封满足气密性要求,使得微管2和传感光纤单元3满足防腐、耐高低温(-40℃~+120℃)性能;在保证传感光纤31得到足够保护的前提下,能够快速灵敏的感知外界环境的微小变化。
传感光纤单元3由传感光纤31和包裹在传感光纤31外的金属或非金属管/带/束32组成,所述传感光纤31为单模和/或多模和/或紧包和/或松套光纤,光纤芯数不小于1芯,用以监测包括温度、振动和应变等实时状态数据;所述传感光纤单元3的出厂连续长度大于2000m,直径小于3.0mm,单位重量小于15Kg/km。传感光纤单元3体积小、重量轻、刚性大、强度高、外壁光滑、具有一定的机械强度,以在管道完全竣工以后,非开挖情况下,传感光纤单元3可被人工牵引到所述微管2中完成传感光纤敷设、并能够从所述微管2中抽出来,完成光纤更换。
微管敷设长度达到时,在所述介质输送管道1合适位置的人井/阀室设置有微管接头;传感光纤31也在此接头,接头盒4安置于人井/阀室侧壁上方。
一种管道风险监测预警用传感光纤单元结构的施工方法,在介质输送管道1施工时同步在介质输送管道1外壁敷设/埋设微管2,待介质输送管道1和微管2完全竣工以后,或未来需要建设管道监测预警系统时,可在非开挖情况下将传感光纤单元3敷设到所述微管2内,或者在传感光纤31故障或寿命到期后无需开挖即可更换新的传感光纤单元3。
敷设传感光纤单元3时,从位于所述人井内的微管接头处采用人工牵引方式将所述传感光纤单元3敷设到所述微管2里面,熔接好光纤接头,用密封圈和/或胶水密封微管 2和接头盒4连接处的间隙。
该施工方法,在所述微管2的寿命周期50年之内,可随时更换传感光纤31。维修或更换传感光纤单元3时,无需开挖,只需打开该段需要维修或者更换的传感光纤单元 3两头的微管接头,把新的传感光纤单元3的一端和待替换的传感光纤单元3一端连接好,用人工牵引方式把所述待维修或者更换的传感光纤单元3抽出来,新的传感光纤单元3就同时被敷设进微管2里面了,再熔接好光纤接头,用密封圈和/或胶水密封微管和接头盒连接处的间隙。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种管道风险监测预警用传感光纤单元结构的施工方法,其特征在于在管道施工时同步在所述管道外壁敷设微管,待所述管道完全竣工以后,或未来需要建设管道监测预警系统时,可在非开挖情况下将传感光纤单元敷设到所述微管内,所述传感光纤单元包括用以监测所述管道实时状态数据的传感光纤,所述实时状态数据包括温度、振动和应变;或者在传感光纤故障或寿命到期后无需开挖即可更换新的传感光纤单元。
2.根据权利要求1所述的施工方法,其特征在于所述微管可根据需要随时随地切断和接头;微管敷设长度达到时,在所述管道附近的人井/阀室内预留微管开口,方便在所述微管中引入所述传感光纤单元并进行光纤接头。
3.根据权利要求2所述的施工方法,其特征在于所述传感光纤单元由传感光纤和金属或非金属管、带、束组成,所述金属或非金属管、带、束包裹在所述传感光纤外部,以提高所述传感光纤的强度和刚度。
4.根据权利要求3所述的施工方法,其特征在于敷设所述传感光纤单元时,从位于所述人井/阀室内的微管开口处,将所述传感光纤单元人工推送到所述微管里面或者从所述微管中抽出来,熔接好光纤接头,用密封圈和/或胶水密封微管与接头盒连接处的间隙;接头盒安置于所述人井/阀室侧壁上方。
5.根据权利要求3所述的施工方法,其特征在于维修或更换传感光纤单元时,打开该段需要维修或者更换的传感光纤单元两头的微管接头,把新的传感光纤单元的一端和待替换的传感光纤单元的一端连接好,用人工牵引方式把所述待维修或者更换的传感光纤单元抽出来,新的传感光纤单元就同时被牵引进所述微管里面,再熔接好光纤接头,用密封圈和/或胶水密封微管和接头盒连接处的间隙。
6.一种管道风险监测预警用传感光纤单元结构,其特征在于用于权利要求1-5任一所述的施工方法,由微管和位于所述微管内的传感光纤单元组成;所述微管位于待监测管道外壁,所述微管为内壁光滑、内径2.0~8.0mm、壁厚0.5~2.0mm、连续长度不小于2000m的金属或者非金属微管;所述微管的抗拉强度大于6000N,抗侧压力强度大于4000N/10cm,所述微管由多根微管彼此首尾密封连接形成,微管接头密封满足气密性要求;微管接头处的强度不小于微管自身的强度。
7.根据权利要求6所述的一种管道风险监测预警用传感光纤单元结构,其特征在于所述传感光纤单元由传感光纤和包裹在传感光纤外的金属或非金属管、带、束组成,所述传感光纤单元的出厂连续长度大于2000m,单位重量小于15Kg/Km,直径小于3.0mm。
8.根据权利要求7所述的一种管道风险监测预警用传感光纤单元结构,其特征在于所述传感光纤为单模和/或多模光纤,光纤芯数不小于1芯。
9.根据权利要求7所述的一种管道风险监测预警用传感光纤单元结构,其特征在于所述传感光纤为紧包和/或松套光纤,光纤芯数不小于1芯。
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