CN210922656U - 一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道及其监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道及其监测系统，防腐燃气管道包括燃气管道，燃气管道的外表面缠绕有金属化光纤传感器，且金属化光纤传感器螺旋状紧贴缠绕在燃气管道上，燃气管道的外表面设置有防腐涂层，金属化光纤传感器位于防腐涂层与燃气管道之间，防腐涂层包括底层、中间层和面层，底层为环氧类粉末层，中间层为胶粘剂层，面层为聚乙烯层，金属化光纤传感器包括金属化区、尾纤和光纤接头，尾纤由金属化区引出。本实用新型采用金属化光纤传感器埋入燃气管道防腐涂层中，成为预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道；单根光纤缠绕在燃气管道上就可完全覆盖管道，同时监测温度、振动和应变，带来更好的使用前景。

Description

一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道及其监测系统

技术领域

本实用新型涉及燃气管道领域，具体为一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道，还包括一种预埋金属化光纤传感器防腐燃气管道的监测系统。

背景技术

天然气管道是城市建设的重要组成部分，现如今管道表面采用加强级3PE防腐技术，预计安全使用寿命可达50年。尽管如此，燃气企业仍然需要重视高压燃气管线的运维安全。随着城市埋地天然气管道的快速发展，各种原因导致的管道泄漏频繁发生。我国埋地天然气管道泄漏事故时有发生，一旦天然气管道发生泄漏等危险情况，不仅会造成挥发性有机物的泄漏引起灾难性的环境污染，还会给全市各行业及日常生活造成巨大的损失。

现有技术中对燃气管道采用光纤监测的方式进行检漏和监控，具体方式有以下三种：

第一种：将管道同沟敷设一根光纤，即在管道边上埋入一根光纤对管道状态进行监测。这种方式虽然布设光纤简单方便，但光纤不贴合管道，不能完全反应管道本身的信息，检测结果易受环境干扰，检测结果不准确。

第二种：将光纤敷设在管道上方，这种方式光纤虽贴合管道，但光纤表面套有保护光纤的铠管，且只敷设在管道上端，无法覆盖整个管道，同时在经过防腐处理的各种涂层钢管表面铺设光纤时，由于防腐材料均采用聚乙烯、聚丙烯、各种树脂等材料，是温度的惰性导体，水分和电的绝缘体。这样就导致管道受外界影响或内部腐蚀泄漏引起的应力应变、振动、温度变化等信息不能及时准确的传递到光纤上，不能准确表达管道信息，监测结果不准确。

第三种：将光纤埋入管道中，这种方式需要在管道制作过程中就将光纤埋入，然而管道通常是金属，制作过程中需要较高的温度，光纤能承受的温度通常不高于150℃，埋入工艺困难，且光纤容易损坏断裂，一旦光纤损坏，将无法维修。或是在管道上开槽将光纤埋入后填补。此种方式工艺复杂，且损伤管道，影响管道的强度。

综上所述，传统的测漏或测腐蚀的方法普遍存在预报不及时、定位精度差、费用高及误报率高等缺点。而大多数管道分布式光纤传感器虽能克服传统方法所具有的很多缺点，但它不能完全贴合管道，准确反应管道信息，检测结果易受环境干扰，检测结果不准确，且传统光纤容易老化断裂，维修复杂。为此，我们提出一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道及其监测系统。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道及其监测系统，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道，包括燃气管道，所述燃气管道的外表面缠绕有金属化光纤传感器，且所述金属化光纤传感器螺旋状紧贴缠绕在燃气管道上，所述燃气管道的外表面设置有防腐涂层，所述金属化光纤传感器位于防腐涂层与燃气管道之间。

优选的，所述防腐涂层包括底层、中间层和面层，所述底层为环氧类粉末层，所述中间层为胶粘剂层，所述面层为聚乙烯层。

优选的，所述金属化光纤传感器包括金属化区、尾纤和光纤接头，所述尾纤由金属化区引出，所述尾纤的端部连接有光纤接头。

优选的，所述金属化区包括两组金属化子层，所述第一金属化子层通过化学方法沉积在光纤表面，第二金属化子层通过电镀方法镀覆于第一金属化子层表面。

优选的，所述金属化区的直径为0.4-1.2mm。

一种预埋金属化光纤传感器防腐燃气管道的监测系统，包含如上所述的一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道。

优选的，还包括光开关、BOTDA布里渊光时域分析仪、DAS分布式声音分析仪、DTS分布式光纤测温仪。

优选的，所述金属化光纤传感器的输出端通过光开关分别与BOTDA布里渊光时域分析仪、DAS分布式声音分析仪、DTS分布式光纤测温仪连接。

与现有技术相比，本实用新型所述的一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道以及预埋金属化光纤传感器防腐燃气管道的监测系统，具有以下有益效果：

1、采用金属化光纤传感器埋入管道防腐涂层，普通光纤表面的酯类涂覆层被金属替代、强度高、耐腐蚀、不易老化，提升监测的稳定性和使用寿命。

2、将金属化光纤传感器以一定的螺距螺旋紧贴缠绕在燃气管道上，光纤覆盖燃气管道的各个方向，螺距大小通过计算和试验，保证燃气管道在任意位置产生事件光纤都能捕捉到，提升传感的精度。

3、金属化光纤传感器位于防腐涂层与燃气管道之间，光纤能紧贴燃气管道，燃气管道上产生的温度、振动、应变等物理量能直接传递到光纤上，然后由监测系统通过三个设备的布里渊效应、拉曼效应和瑞利效应，分析光信号便可给出管线沿途的应变、温度和振动数据，并精确定位事件发生的位置，保证监测的准确性。

4、传统的管道光纤监测需要埋入多根光纤才能保证全方位的覆盖管道，本实用新型的监测方式只需一根光纤就可同时监测燃气管道的温度、振动、应变等多个参量，节约了成本。

附图说明

图1为本实用新型的一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道结构图；

图2为本实用新型的一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道的监测系统原理图。

图中：1、燃气管道；2、防腐涂层；3、金属化光纤传感器。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本实施例的一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道，如图1所示，包括燃气管道 1，所述燃气管道1的外表面缠绕有金属化光纤传感器3，且所述金属化光纤传感器3螺旋状紧贴缠绕在燃气管道1上，所述燃气管道1的外表面设置有防腐涂层2，所述防腐涂层 2包括底层、中间层和面层，所述底层为环氧类粉末层，所述中间层为胶粘剂层，所述面层为聚乙烯层，所述金属化光纤传感器3位于防腐涂层2与燃气管道1之间，所述金属化光纤传感器3包括金属化区、尾纤和光纤接头，所述尾纤由金属化区引出，所述尾纤的端部连接有光纤接头，所述金属化区包括两组金属化子层，所述第一金属化子层通过化学方法沉积在光纤表面，第二金属化子层通过电镀方法镀覆于第一金属化子层表面，所述金属化区的直径为0.4-1.2mm。

采用金属化光纤传感器3埋入防腐涂层2，普通光纤表面的酯类涂覆层被金属替代，强度高，耐腐蚀，不易老化；将金属化光纤传感器3以一定的螺距紧贴缠绕在燃气管道1上，光纤覆盖燃气管道1的各个方向，螺距大小通过计算和试验，保证燃气管道1在任意位置产生事件光纤都能捕捉到，提升传感的精度；金属化光纤传感器3位于防腐涂层2与燃气管道1之间，光纤能紧贴燃气管道1，燃气管道1上产生的温度、振动、应变等物理量能直接传递到金属化光纤传感器3上，保证监测的准确性；一组燃气管道1只需一根光纤就可同时监测燃气管道1的温度、振动、应变等多个参量，节约了成本。

本实施例的一种预埋金属化光纤传感器防腐燃气管道的监测系统，如图2所示，包含如上所述的一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道。

还包括光开关、用于测量燃气管道1应变的BOTDA布里渊光时域分析仪、用于测量燃气管道1振动的DAS分布式声音分析仪、用于测量燃气管道1温度的DTS分布式光纤测温仪。

BOTDA布里渊光时域分析仪基于受激布里渊散射效应，它利用两个超窄线宽的激光光源，分别为泵浦光pump(脉冲光信号)和探测光probe(连续光信号)，在传感光纤中分别注入，在传感光纤的脉冲光端测量探测光信号，并进行高速数据采集与处理。当泵浦光与探测光的频率差与光纤中某个区间的布里渊频移相等时，该区域就会发生受激布里渊放大效应，两束光之间发生能量转移。通过扫描探测光频率，可获得光纤沿线任一点的布里渊频谱，从而得到分布式应变测量。

DAS分布式声音分析仪利用光纤对声音(振动)敏感的特性，当外界振动作用于传感光纤上时，由于弹光效应，光纤的折射率、长度将产生微小的变化，从而导致光纤内传输信号的相位变化，使得光强发生变化。通过监测振动前后的瑞利散射光信号的强度变化，即可实现振动事件的探测，并具备多振动事件同时精确定位。

DTS分布式光纤测温仪进行温度测量，基于自发拉曼Raman散射效应。大功率窄脉宽激光脉冲LD入射到传感光纤后，激光与光纤分子相互作用，产生极其微弱的背向散射光，其中anti-stokes温度敏感，为信号光；stokes温度不敏感，为参考光，根据两者的光强比值可计算出温度。

若燃气管道1发生破坏，则燃气管道1会产生应变变化；若燃气管道1发生泄漏，则泄漏处的温度会发生变化；若燃气管道1产生腐蚀，燃气管道1壁的厚度发生变化，通过燃气管道1的高压气体会使得管道产生振动。

将各个预埋金属化光纤传感器3的防腐燃气管道1通过光纤接头串联连接后，为了使得燃气管道1中的一根金属化光纤同时连接三个设备分别测应变、振动和温度，将最后一个燃气管道1上的光纤接头通过光开关分别与BOTDA布里渊光时域分析仪、DAS分布式声音分析仪、DTS分布式光纤测温仪连接，该设备包括BOTDA布里渊光时域分析仪(测应变)、 DAS分布式声音分析仪(测振动)、DTS分布式光纤测温仪(测温度)，三个设备中的光信号通过连接光开关交替进入埋入防腐涂层2的金属化光纤传感器3中，若燃气管道1的管线沿途发生了破坏、泄漏或腐蚀，通过三个设备的布里渊效应、拉曼效应和瑞利效应，分析光信号便可给出管线沿途的应变、温度和振动数据，并精确定位事件发生的位置。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道，包括燃气管道(1)，其特征在于：所述燃气管道(1)的外表面缠绕有金属化光纤传感器(3)，且所述金属化光纤传感器(3)螺旋状紧贴缠绕在燃气管道(1)上，所述燃气管道(1)的外表面设置有防腐涂层(2)，所述金属化光纤传感器(3)位于防腐涂层(2)与燃气管道(1)之间。

2.根据权利要求1所述的一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道，其特征在于：所述防腐涂层(2)包括底层、中间层和面层，所述底层为环氧类粉末层，所述中间层为胶粘剂层，所述面层为聚乙烯层。

3.根据权利要求1所述的一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道，其特征在于：所述金属化光纤传感器(3)包括金属化区、尾纤和光纤接头，所述尾纤由金属化区引出，所述尾纤的端部连接有光纤接头。

4.根据权利要求3所述的一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道，其特征在于：所述金属化区包括两组金属化子层，所述第一金属化子层通过化学方法沉积在光纤表面，第二金属化子层通过电镀方法镀覆于第一金属化子层表面。

5.根据权利要求4所述的一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道，其特征在于：所述金属化区的直径为0.4-1.2mm。

6.一种预埋金属化光纤传感器防腐燃气管道的监测系统，其特征在于：包含如权利要求1至5中任意一项所述的一种预埋金属化光纤传感器的防腐燃气管道。

7.根据权利要求6所述的一种预埋金属化光纤传感器防腐燃气管道的监测系统，其特征在于：还包括光开关、BOTDA布里渊光时域分析仪、DAS分布式声音分析仪、DTS分布式光纤测温仪。

8.根据权利要求7所述的一种预埋金属化光纤传感器防腐燃气管道的监测系统，其特征在于：所述金属化光纤传感器(3)的输出端通过光开关分别与BOTDA布里渊光时域分析仪、DAS分布式声音分析仪、DTS分布式光纤测温仪连接。

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