[发明专利]一种光纤安全预警传感器安装方法

说明书

本发明是2006年6月30日申请、申请号200610090595X、发明名称为“光 纤安全预警传感器安装方法”的分案申请。

技术领域

本发明是一种埋地管道、构筑物或地面构筑物、设施安全保护预警的光纤安 全预警传感器安装方法。涉及机械振动的测量、冲击的测量和管道系统技术领域。

背景技术

对于石油、天然气、成品油、煤浆以及水等物质来说，管道输送是一种安全、 经济以及高效的运输方式，在全球运输行业中发挥着越来越重要的作用，尤其在 石油、成品油和天然气这些具有易燃易爆和交易价值极高的能源物质运输中占有 极为重要的位置，在我们国家，每年至少新建几千公里的管道，可以说，管道是 能源运输的大动脉。管道输送的石油、成品油和天然气既有极高的交易价值也有 易燃易爆这一特性，管道一旦泄漏，泄漏区域极易发生燃烧爆炸，不仅影响管道 行业的安全生产，造成巨大的经济损失，而且也严重威胁着周边沿线人民群众的 财产与生命安全。另外，管道泄露对周边生态环境造成的危害更是无法估量。

自从有了管道，也就有了来自外界的破坏。尤其是近些年来，油价上涨，在 利益的驱动下，不法分子利欲熏心，在管道上打孔盗油、盗气；基础建设大量上 马，管道沿线施工工地随处可见；此外，滑坡、泥石流等自然灾害频频发生，这 些都时刻威胁着管道的生产安全，其中打孔盗油和非法施工成为威胁管道安全生 产的首要因素。

据不完全统计，仅我国每年因外界破坏而造成的管道泄漏或爆炸上千余次， 直接经济损失达几亿元，环境破坏和社会影响等间接损失更是无法估量。为防止 外界对管道的破坏，管道运输行业每年投入了大量的人力物力，但是仍然无法有 效地预防和阻止破坏。管道运输行业的安全生产形式非常严峻，寻找确保管道运 输安全生产的手段和方法已迫在眉睫。

随着管道运输行业的发展，各种管道运输安全监测技术也在不断发展，目前 已有的管道安全生产监测技术主要有两类。其一：管道泄漏事件发生后的监测技 术，这种技术主要有“管内流体力学状态检测技术和分布式光纤温度和应力监测 技术”。管内流体力学状态检测技术是实时采集管线中流体的流量、温度和压力 等信号，进行管道泄漏检测和定位，这种技术受到管道内的流体特性、输送工艺 以及测试仪器的性能等因素限制，对管道泄漏监测的灵敏度和定位精度较低，这 类技术包括：压力梯度法、负压力波法、流量平衡法。分布式光纤温度和应力监 测技术是利用光纤的非线性特性(拉曼效应和布里渊效应)实时采集管道泄漏的 介质对光纤的温度影响和冲击应力来确定泄漏点的位置，这种技术受到光缆的结 构和光缆与泄漏点的距离限制而影响监测效果。其二，管道破坏事件发生前的预 防监测技术，也就是管道破坏预警技术，目前已有的该类技术主要是“声波技术 监测”，该技术是利用声波沿管道传输原理，在每隔1公里左右安装一个有源传感 器，拾取管道沿线的声音信号加以分析，确定事件性质，进而对破坏管道的事件 提前发现，但是每一个传感器件必须配备一套供电装置和通信装置，不仅增加设 备的投资和维护成本，且这些设施本身也容易遭到破坏，使装置不能正常运行。

针对现有的管道及类似设施安全监测技术存在的问题，有澳大利亚专利提出 基于马赫-曾德(Mach-Zehnder)光纤干涉仪原理的监测技术，但该专利由于不稳 定，在技术上并不成熟。而光纤传感器的安装方法也并未涉及。

光纤安全预警系统对土壤振动信号的检测具有很高的灵敏度，可以有效检测 光缆附近3米以内的土壤振动信号；但是土壤振动信号的强度越大或者振动发生位 置离传感光缆越近，系统对振动事件的定位精度就越高，信号识别就越准确。与 管道同沟敷设的传感光缆在管道沟中的位置影响光纤安全预警系统对管道的有效 保护能力，所以，传感光缆在管道沟中的安装位置与方法是光纤安全预警系统的 关键技术之一。

目前，与管道同沟敷设光缆只是为了满足通信传输需要，光缆在管道沟的位 置是管道的顶部以下的管道一侧，这样是为了利用管道来保护光缆。而光缆作为 传感器时，因其感知灵敏范围是以光缆为中心的范围，而保护对像则是要以管道 为中心的范围。当管道在光缆感知范围内，则能检测到可能危害管道的破坏事件 的土壤振动信号。所以，现有的管道同沟敷设光缆的安装方法对于口径较大的管 道和没有光纤的管道另一侧的保护的有效性将大大降低，可以看出，这种方法利 用光缆对于作为传感器来保护管道存在许多缺陷和不足。