CN117232680A - 一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法。本发明通过测温主机采集测量信号的回波时间，算出测温点的位置，工控机对温度监测器检测到的实时数据进行进一步分析，可以直接将探测光纤作为传感器，并与氨气管道、电伴热带同步敷设，充分利用光纤空间连续分布的特点，做到“传”、“感”合一，使用该系统可以二十四小时监测氨气管道的温度，监测到的温度精确度高，准确地定位观察沿线电缆的运行情况，及时发现伴热带、氨气管道出现温度降低的节点位置，可以在氨气管道出现结晶前进行维修，避免电厂的生产线出现中断，避免影响电厂的运行效率，能出现异常情况后通过光电报警器发出警报，提高处理效率。
Description
技术领域
本发明涉及氨气管道温度监测技术领域，具体为一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法。
背景技术
电厂运行过程中需要氨气作为冷却介质使用，电厂氨气管道是电厂氨气输送过程中重要的环节，其通常配合伴热管一起使用，伴热管的作用是防止管内液体粘度在低温下增加，增加管内压降，增加功耗，节约能源。
电厂氨气管道正常有蒸汽伴热和电伴热两种，正常伴热温度在140-180℃，其中电伴热在下雨天气接触水后容易发生故障，当管道温度降低到110℃以下时，氨气会出现结晶现象且不可逆，影响电厂内脱销系统的使用，通常氨气管道的管道破损、氨气管道外壁的保温层破损、伴热管损坏都会导致氨气管道的局部温度降低，伴热管在使用过程中多使用接线盒将相邻两根拼接在一起，具体使用伴热管的根数根据氨气管道的长度决定。
综上现有的氨气管道，在使用过程中氨气管道的长度较长，影响氨气管道的温度的因素较多，导致难以第一时间准确确定氨气管道温度降低的节点位置，不能及时在氨气会出现结晶现象前进行维修，导致电厂的生产线出现中断，从而影响电厂的运行效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法，具体步骤如下：
步骤一：铺设管道，铺设分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测现场控制端，按照预先设计的图纸在线缆桥架上铺设氨气管道，将电伴热带敷设在氨气管道外壁，并通过铝胶固定，在氨气管道外壁于电伴热带外壁敷设探测光纤，将保温棉、防水层包裹在铺设的氨气管道外壁，防水层位于保温棉外壁，将探测光纤的发送端与位于监控室中的测温主机电连接，用于测温主机内部的控制机构向探测光纤发出激光脉冲，将电伴热带的供电端与位于监控室中的温度调节器电连接；
步骤二：设备组网，分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测现场控制端与温度实时监测系统之间进行组网，将测温主机通过通讯模块与工控机连接，光电报警器与工控机电连接，光电报警器、工控机均位于监控室中，将温度调节器通过I/O通讯模块与工控机连接，用于控制电伴热带的工作温度，供电电源为各部件提供工作电压；
步骤三：设备调试，通过操作工控机可以预设信号采集及控制模块的数据信息，如氨气管道的运行温度、报警温度等，并进行实时的调试、运行和控制工作；
步骤四：设备运行，通过工控机发出加温指令，工控机调动温度调节模块启动温度调节器向电伴热带供电，电伴热带对管道进行加热，并且可以调节加热温度，工控机发出实时监测指令，激光器作为激光光源发出激光脉冲传输至探测光纤，利用后向拉曼散射效应进行温度测量，拉曼散射的本质就是光子和光纤分子的热振动相互作用发生能量交换，当激光脉冲入射到光纤里，激光脉冲会沿着探测光纤向前传播，过程中激光脉冲会和探测光纤内部的分子发生碰撞，进而在这个分子处产生反射，其中的一部分反射光正好和入射光方向相反，称这部分反射光是后向散射光，在发送端得到后向散射光，测温主机接收后向散射光，将信息转化后输送至工控机并进行分析，后向拉曼散射光的强度与温度成正比，温度越高强度越大，测量散射光强度得到沿探测光纤分布的温度，从而监控氨气管道温度，利用光的时域反射OTDR技术确定测温点的位置，通过测温主机采集测量信号的回波时间，算出测温点的位置，工控机对温度监测器检测到的实时数据进行进一步分析，出现异常情况后通过光电报警器发出警报，在工控机的显示器上弹出警报窗口。
进一步的，所述步骤一测温主机内部的控制机构包括用于提供激光光源的激光器、用于接收散射光的光电探测器、用于接收背向散射光的信号采集器、用于测量温度的温度监测器和用于电路转换的继电器。
进一步的，所述步骤二中的温度实时监测系统包括位于中控机中的处理模块、用于预存控制数据信息的数据存储单元、用于对异常情况发出警报的报警模块、用于信息通讯的通讯模块和I/O通讯模块、用于显示数据信息的显示模块和温度调节模块，还包括位于测温主机内部且与处理模块电连接的信号采集及控制模块和用于为各部件提供工作电压的供电电源模块。
进一步的，所述信号采集及控制模块包括激光发送模块、光电信号探测模块、信号采集模块和温度监测模块，所述信号采集及控制模块通过继电器导通电路控制模块与供电源模块电连接。
进一步的，所述测温主机与所述探测光纤的发送端电连接，所述激光器作为激光光源发出激光脉冲传输至探测光纤，所述探测光纤与所述光电探测器电连接，所述光电探测器与所述信号采集器电连接，所述信号采集器与所述温度监测器电连接，由所述温度监测器进行数据分析。
进一步的，用于提供激光光源的所述激光器电连接所述激光发送模块、用于接收散射光的所述光电探测器电连接所述光电信号探测模块、所述信号采集器电连接所述信号采集模块、用于监测温度的所述温度监测器电连接所述温度监测模块。
进一步的，所述继电器电连接所述继电器导通电路控制模块，所述电伴热带供电端的温度调节器电连接所述温度调节模块，所述报警模块与所述光电报警器电连接。
进一步的，所述激光器作为激光光源发出激光脉冲传输至所述探测光纤，探测光纤与光电探测器电连接，光电探测器与信号采集器电连接、信号采集器与温度监测器电连接。
进一步的，所述步骤一中的电伴热带以螺旋状敷设在氨气管道外壁，所述步骤一中的探测光纤至少设置有两根，两根探测光纤对称设于电伴热带外壁的顶端和底端。
进一步的，所述信号采集及控制模块通过所述I/O通讯模块与所述处理模块连接，用于将实时温度数据传送至工控机进行进一步的分析。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
1、本发明通过测温主机采集测量信号的回波时间，算出测温点的位置，工控机对温度监测器检测到的实时数据进行进一步分析，可以直接将探测光纤作为传感器，并与氨气管道、电伴热带同步敷设，充分利用光纤空间连续分布的特点，做到“传”、“感”合一，使用该系统可以二十四小时监测氨气管道的温度，及时发现伴热带、氨气管道出现故障的点进行维修，可以在氨气管道出现结晶前进行维修，避免电厂的生产线出现中断，避免影响电厂的运行效率。
2、本发明中的温度实时监测系统可实现空间结构上沿光纤分布任一点的温度参量的监测，具有测量信息丰富、监测到的温度精确度高、温度分辨率高、定位精确度高、取样间隔短、单通道测量时间短的特点，能准确地定位观察沿线电缆的运行情况，出现异常情况后通过光电报警器发出警报，在工控机的显示器上弹出警报窗口，便于第一时间准确确定氨气管道温度降低的节点位置，提高处理效率。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明中氨气管道的剖面图；
图2是本发明中氨气管道与探测光纤相对位置的结构示意图；
图3是本发明中温度实时监测系统结构组成图；
图4是本发明中测温主机的模块化组成结构示意图；
图5是本发明中温度调节模块的连接图；
图中：1、氨气管道；101、电伴热带；102、铝胶；103、探测光纤；2、信号采集及控制模块；201、激光发送模块；202、光电信号探测模块；203、信号采集模块；204、温度监测模块；205、继电器导通电路控制模块；3、保温棉；4、防水层；5、测温主机；501、激光器；502、光电探测器；503、信号采集器；504、温度监测器；505、继电器；601、处理模块；602、数据存储单元；603、报警模块；604、通讯模块；605、I/O通讯模块；606、显示模块；607、温度调节模块；7、温度调节器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图5，本发明提供技术方案：一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法，具体步骤如下：
步骤一：铺设管道，铺设分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测现场控制端，按照预先设计的图纸在线缆桥架上铺设氨气管道1，将电伴热带101敷设在氨气管道1外壁，并通过铝胶102固定，在氨气管道1外壁于电伴热带101外壁敷设探测光纤103，将保温棉3、防水层4包裹在铺设的氨气管道1外壁，防水层4位于保温棉3外壁，将探测光纤103的发送端与位于监控室中的测温主机5电连接，用于测温主机5内部的控制机构向探测光纤103发出激光脉冲，将电伴热带101的供电端与位于监控室中的温度调节器7电连接；
步骤二：设备组网，分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测现场控制端与温度实时监测系统之间进行组网，将测温主机5通过通讯模块604与工控机连接，光电报警器与工控机电连接，光电报警器、工控机均位于监控室中，将温度调节器7通过I/O通讯模块605与工控机连接，用于控制电伴热带101的工作温度，供电电源为各部件提供工作电压；
步骤三：设备调试，通过操作工控机可以预设信号采集及控制模块2的数据信息，如氨气管道1的运行温度、报警温度等，并进行实时的调试、运行和控制工作；
步骤四：设备运行，通过工控机发出加温指令，工控机调动温度调节模块607启动温度调节器7向电伴热带101供电，电伴热带101对管道进行加热，并且可以调节加热温度，工控机发出实时监测指令，激光器501作为激光光源发出激光脉冲传输至探测光纤103，利用后向拉曼散射效应进行温度测量，拉曼散射的本质就是光子和光纤分子的热振动相互作用发生能量交换，当激光脉冲入射到光纤里，激光脉冲会沿着探测光纤103向前传播，过程中激光脉冲会和探测光纤103内部的分子发生碰撞，进而在这个分子处产生反射，其中的一部分反射光正好和入射光方向相反，称这部分反射光是后向散射光，在发送端得到后向散射光，测温主机5接收后向散射光，将信息转化后输送至工控机并进行分析，后向拉曼散射光的强度与温度成正比，温度越高强度越大，测量散射光强度得到沿探测光纤103分布的温度，从而监控氨气管道1温度，利用光的时域反射OTDR技术确定测温点的位置，通过测温主机5采集测量信号的回波时间，算出测温点的位置，工控机对温度监测器504检测到的实时数据进行进一步分析，出现异常情况后通过光电报警器发出警报，在工控机的显示器上弹出警报窗口。
参阅图2-图5，所述步骤一测温主机5内部的控制机构包括用于提供激光光源的激光器501、用于接收散射光的光电探测器502、用于接收背向散射光的信号采集器503、用于测量温度的温度监测器504和用于电路转换的继电器505，所述步骤二中的温度实时监测系统包括位于中控机中的处理模块601、用于预存控制数据信息的数据存储单元602、用于对异常情况发出警报的报警模块603、用于信息通讯的通讯模块604和I/O通讯模块605、用于显示数据信息的显示模块606和温度调节模块607，还包括位于测温主机5内部且与处理模块601电连接的信号采集及控制模块2和用于为各部件提供工作电压的供电电源模块，所述信号采集及控制模块2包括激光发送模块201、光电信号探测模块202、信号采集模块203和温度监测模块204，所述信号采集及控制模块2通过继电器导通电路控制模块205与供电源模块电连接，所述测温主机5与所述探测光纤103的发送端电连接，所述激光器501作为激光光源发出激光脉冲传输至探测光纤103，所述探测光纤103与所述光电探测器502电连接，所述光电探测器502与所述信号采集器503电连接，所述信号采集器503与所述温度监测器504电连接，由所述温度监测器504进行数据分析，用于提供激光光源的所述激光器501电连接所述激光发送模块201、用于接收散射光的所述光电探测器502电连接所述光电信号探测模块202、所述信号采集器503电连接所述信号采集模块203、用于监测温度的所述温度监测器504电连接所述温度监测模块204，所述继电器505电连接所述继电器导通电路控制模块205，所述电伴热带101供电端的温度调节器7电连接所述温度调节模块607，所述报警模块603与所述光电报警器电连接，所述激光器501作为激光光源发出激光脉冲传输至所述探测光纤103，探测光纤103与光电探测器502电连接，光电探测器502与信号采集器503电连接、信号采集器503与温度监测器504电连接，所述步骤一中的电伴热带101以螺旋状敷设在氨气管道1外壁，所述步骤一中的探测光纤103至少设置有两根，两根探测光纤103对称设于电伴热带101外壁的顶端和底端，所述信号采集及控制模块2通过所述I/O通讯模块605与所述处理模块601连接，用于将实时温度数据传送至工控机进行进一步的分析。
综上所述，本发明通过测温主机5采集测量信号的回波时间，算出测温点的位置，工控机对温度监测器504检测到的实时数据进行进一步分析，可以直接将探测光纤作为传感器，并与氨气管道、电伴热带同步敷设，充分利用光纤空间连续分布的特点，做到“传”、“感”合一，使用该系统可以二十四小时监测氨气管道的温度，及时发现伴热带、氨气管道出现故障的点进行维修，可以在氨气管道出现结晶前进行维修，避免电厂的生产线出现中断，避免影响电厂的运行效率
同时本发明中的温度实时监测系统可实现空间结构上沿光纤分布任一点的温度参量的监测，具有测量信息丰富、监测到的温度精确度高、温度分辨率高、定位精确度高、取样间隔短、单通道测量时间短的特点，能准确地定位观察沿线电缆的运行情况，出现异常情况后通过光电报警器发出警报，在工控机的显示器上弹出警报窗口，便于第一时间准确确定氨气管道1温度降低的节点位置，提高处理效率。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一：铺设管道，铺设分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测现场控制端，按照预先设计的图纸在线缆桥架上铺设氨气管道（1），将电伴热带（101）敷设在氨气管道（1）外壁，并通过铝胶（102）固定，在氨气管道（1）外壁于电伴热带（101）外壁敷设探测光纤（103），将保温棉（3）、防水层（4）包裹在铺设的氨气管道（1）外壁，防水层（4）位于保温棉（3）外壁，将探测光纤（103）的发送端与位于监控室中的测温主机（5）电连接，用于测温主机（5）内部的控制机构向探测光纤（103）发出激光脉冲，将电伴热带（101）的供电端与位于监控室中的温度调节器（7）电连接；
步骤二：设备组网，分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测现场控制端与温度实时监测系统之间进行组网，将测温主机（5）通过通讯模块（604）与工控机连接，光电报警器与工控机电连接，光电报警器、工控机均位于监控室中，将温度调节器（7）通过I/O通讯模块（605）与工控机连接，用于控制电伴热带（101）的工作温度，供电电源为各部件提供工作电压；
步骤三：设备调试，通过操作工控机可以预设信号采集及控制模块（2）的数据信息，如氨气管道（1）的运行温度、报警温度等，并进行实时的调试、运行和控制工作；
步骤四：设备运行，通过工控机发出加温指令，工控机调动温度调节模块（607）启动温度调节器（7）向电伴热带（101）供电，电伴热带（101）对管道进行加热，并且可以调节加热温度，工控机发出实时监测指令，激光器（501）作为激光光源发出激光脉冲传输至探测光纤（103），利用后向拉曼散射效应进行温度测量，拉曼散射的本质就是光子和光纤分子的热振动相互作用发生能量交换，当激光脉冲入射到光纤里，激光脉冲会沿着探测光纤103向前传播，过程中激光脉冲会和探测光纤103内部的分子发生碰撞，进而在这个分子处产生反射，其中的一部分反射光正好和入射光方向相反，称这部分反射光是后向散射光，在发送端得到后向散射光，测温主机5接收后向散射光，将信息转化后输送至工控机并进行分析，后向拉曼散射光的强度与温度成正比，温度越高强度越大，测量散射光强度得到沿探测光纤103分布的温度，从而监控氨气管道1温度，利用光的时域反射OTDR技术确定测温点的位置，通过测温主机5采集测量信号的回波时间，算出测温点的位置，工控机对温度监测器504检测到的实时数据进行进一步分析，出现异常情况后通过光电报警器发出警报，在工控机的显示器上弹出警报窗口。
2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法，其特征在于：所述步骤一测温主机（5）内部的控制机构包括用于提供激光光源的激光器（501）、用于接收散射光的光电探测器（502）、用于接收背向散射光的信号采集器（503）、用于测量温度的温度监测器（504）和用于电路转换的继电器（505）。
3.根据权利要求2所述的一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法，其特征在于：所述步骤二中的温度实时监测系统包括位于中控机中的处理模块（601）、用于预存控制数据信息的数据存储单元（602）、用于对异常情况发出警报的报警模块（603）、用于信息通讯的通讯模块（604）和I/O通讯模块（605）、用于显示数据信息的显示模块（606）和温度调节模块（607），还包括位于测温主机（5）内部且与处理模块（601）电连接的信号采集及控制模块（2）和用于为各部件提供工作电压的供电电源模块。
4.根据权利要求3所述的一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法，其特征在于：所述信号采集及控制模块（2）包括激光发送模块（201）、光电信号探测模块（202）、信号采集模块（203）和温度监测模块（204），所述信号采集及控制模块（2）通过继电器导通电路控制模块（205）与供电源模块电连接。
5.根据权利要求2所述的一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法，其特征在于：所述测温主机（5）与所述探测光纤（103）的发送端电连接，所述激光器（501）作为激光光源发出激光脉冲传输至探测光纤（103），所述探测光纤（103）与所述光电探测器（502）电连接，所述光电探测器（502）与所述信号采集器（503）电连接，所述信号采集器（503）与所述温度监测器（504）电连接，由所述温度监测器（504）进行数据分析。
6.根据权利要求4所述的一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法，其特征在于：用于提供激光光源的所述激光器（501）电连接所述激光发送模块（201）、用于接收散射光的所述光电探测器（502）电连接所述光电信号探测模块（202）、所述信号采集器（503）电连接所述信号采集模块（203）、用于监测温度的所述温度监测器（504）电连接所述温度监测模块（204）。
7.根据权利要求4所述的一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法，其特征在于：所述继电器（505）电连接所述继电器导通电路控制模块（205），所述电伴热带（101）供电端的温度调节器（7）电连接所述温度调节模块（607），所述报警模块（603）与所述光电报警器电连接。
8.根据权利要求2所述的一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法，其特征在于：所述激光器（501）作为激光光源发出激光脉冲传输至所述探测光纤（103），探测光纤（103）与光电探测器（502）电连接，光电探测器（502）与信号采集器（503）电连接、信号采集器（503）与温度监测器（504）电连接。
9.根据权利要求1所述的一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法，其特征在于：所述步骤一中的电伴热带（101）以螺旋状敷设在氨气管道（1）外壁，所述步骤一中的探测光纤（103）至少设置有两根，两根探测光纤（103）对称设于电伴热带（101）外壁的顶端和底端。
10.根据权利要求2所述的一种分布式光纤氨气管道防结晶温度实时监测方法，其特征在于：所述信号采集及控制模块（2）通过所述I/O通讯模块（605）与所述处理模块（601）连接，用于将实时温度数据传送至工控机进行进一步的分析。
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