光纤传感技术在海底管道泄漏监测方面的应用

　　光纤传感技术在海底管道泄漏监测方面的应用

　　崔占明 海洋石油工程股份有限公司 300450

　　摘要：海底管道是一种极为重要的运输通道，不管是对于城市发展，还是对于海上贸易都有着巨大作用，一直以来都得到人们的重视。海底管道在用于运输时因为各种原因，增加了油气泄漏的几率，如果处理不当，不但会造成巨大的经济损失，还会造成严重的环境污染。光纤传感技术是现时代较为先进的一种的油气泄漏监测技术，能够监测到海底管道的腐蚀情况、第三方破坏情况等，进而监测出管道泄漏问题，并对做出一定的预防。对此，本文作者根据自己对光纤传感技术的了解，详细分析了海底管道泄漏监测中光纤传感技术的应用。

　　关键词：海底管道；光纤传感技术；泄漏监测

　　海底管道对于海上石油运输及天然气运输等都是非常重要的，也是最为经济的一种运输方式选择，能够有效推动我国石油茶产业及运输行业的发展，最终推动我国社会经济发展。尽管海底管道质量很好，但随着应用时间的延长和其他因素的长期影响，海底管道会受到海水的侵蚀而腐坏、会受到第三方破坏增加管道损伤面积，故需要进行及时监测，以预防管道泄漏事件的发生。光纤传感技术是监测海底管道泄漏的重要技术，已经得到广泛应用，所以下文先简单分析了光纤传感技术的种类及特点，然后详细分析光纤传感技术在海底管道泄漏监测方面的应用。

　　1光纤温度传感技术

　　1.1 准分布式光纤传感技术

　　准分布式光纤传感技术：指的是通过光纤来完成多个光学传感器，以串联、并联的形式相结合，然后再借助频分复用、时分复用等方式让多个传感器的信息利用一条光纤输送到检测终端的一项传感技术。这种传感技术可以在同时监测多个点位环境的温度、压力、微应变等信息。所谓准分布式光纤温度传感系统说的就是借助波分复用技术，把中心波长各异的FBG 传感器，采用串联的方式连在一条光纤中，从而达到对多点温度的检测[1]。

　　1.2全分布式光纤传感技术

　　全分布式光纤传感技术：采用一根光纤当做是监测的敏感元件，确保在光纤上的任何一段都要是敏感单元，以及其他敏感单元的信息输送途径，这种方式可以有效解决传统传感器一直难解的传感“盲区”，这一技术真正让单点测量限制有了突破，这种技术适用于海底管道的检测[2]。

　　2海底管道泄漏监测原理

　　监测中使用到的主要机械设备是激光器，其监测的主要原理在于利用激光器发出光，射入光纤发生拉曼散射，然后实现背向拉曼散射中不同分子间的相互转换，主要转换成反斯托克斯光，最终利用该频率光监测管道泄漏。反斯托克斯光的强度与温度有着密切的关系，即可以随着温度的变化而发生变化，但就斯托克斯散射光本身而言，与温度是没有关系的，所以在海底管道泄漏只能通过测量反斯托克斯光强度来监测，其原理是通过强度测量可以获取温度信息，然后通过温度来判断管道泄漏程度[2-3]。

　　如果海底管道出现泄漏问题，在高温高压下管道内的液体会因高压差向外泄漏，从而提高泄漏点附近的温度，增加反斯托克斯光强度。而光纤传感分布式监测技术能够监测到管道泄漏时的温度变化，从而确定发生泄漏位置，所以利用光纤传感技术来监测海底管道泄漏是可行的。

　　3 海底管道安全光纤传感监测系统

　　与准分布式FBG 传感系统的最大不同就在于，这个系统是全分布式系统，在这里光纤是传光元件与传感器的结合体。这套系统也是国内第一个真正实现光纤传感技术运用于海底管道安全监测的系统。这套系统有四部分构成：监测主机、传感光缆、监测软件和显示器[3]。

　　第一，监测主机的特点是：多通道光电转换功能、插损小、易扩展等，它还有多种报警指示灯，能更好的掌握系统运行状况；它还主管数据的实时采集，为之后的软件分析提供基础。监测主机的内容主要是激光器、电光调制器及其电驱动器、光耦合器等部件构成。

　　第二，传感光缆:就是上文所说的铺设在海底管道的光缆，这套光缆利用了铠装结构和力学，具有很强的热传导性能；优势是：响应快、衰减小，它能提高整个系统的测量精度与范围，在信息采集、传输方面优势很高。

　　第三，监测软件主要是负责监测现场线路全程分区图及其温度、振动分布曲线，增加定位的准确性，这套系统可以分为128个分区，各个分区都支持独立报警，对于定位很有帮助，它的优势在于操作简单、升级方便。

　　第四，采用高清液晶显示器，显示监测的结果与监测曲线的变化。这套监测系统真正让海底管道泄漏安全起到监测的目的，即使出现泄漏事件，也可以在最快时间找出问题，进行解决，这就为海洋油气田的安全提供了强有力的保护，是一次重大的社会与经济价值的突破[4]。

　　4实践应用分析

　　目前，该系统已经在部分海洋平台中的海底输油管道得到了应用，选取某2个海底管道系统作为测温实验对象。该实验将局部光缆放入热水中，然后由监测人员对光缆加热时的温度变化进行观察，如图1-a所示。

　　a b

　　图1光缆加热和加热后的测温结果示意图

　　为进一步观察，可进行温度曲线绘制，见图1-b，显示了前500m光缆测温结果，图中白色曲线为温度曲线。观察了解到光缆加热后，圆圈所示位置明显出现1 个峰值，此处正是光缆加热的位置。因为前200 多m光缆高于海面，所以其余光缆均被布置在海面以下，从图中了解到海面以上的光缆温度明显高于海面以下光缆温度，实验是在夏天进行的，所以符合实际。

　　结语

　　众所周知，随着社会经济及科学技术的发展，数字技术、信息技术及网络技术已经被广泛应用于各大领域，海底管道作为海上石油主要运输通道也同样应用到了这些高科技技术，主要体现在海底管道泄漏监测应用到了光纤传感技术。将光纤传感技术应用于海底管道泄漏监测，能够有效提高泄漏监测效果，并能实现对海底管道运输全过程的监测，从而实现海底管道泄漏全方位和实时性监测，为海底管道使用寿命延长、运输安全性提供了重要保障。故在海底管道泄漏监测中应用光纤传感技术是十分必要和重要的。、

　　参考文献

　　[1]张庆所,胡江. 光纤传感技术在海底管道泄漏监测方面的应用[J]. 天津科技,2016,43(03):45-47+50.

　　[2]戴国华,张庆所,胡江,马志卫. 海底管道光纤传感安全监测系统设计与应用[J]. 中国海上油气,2016,28(03):137-143.

　　[3]武瑞娟,竺柏康,涂勤昌. 光纤传感技术在海底管道运行监测的应用[J]. 中国水运(下半月),2017,17(05):303-306.

　　[4]姜楠,衣文索. 基于OTDR分布式光纤的海底管道安全检测[J]. 光电技术应用,2014,29(06):73-76.