[发明专利]油气管道的安全监测系统、方法及分布式远程监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种油气管道的安全监测系统、方法及分布式远程监控系统。

背景技术

管道运输具有一次性投资少、运输成本低、安全性高、利于环保等独特优势，尤其适合长距离运输易燃易爆的石油和天然气。近年来，随着世界经济的稳步增长以及世界各国对能源需求能力的提升，全球油气管道的建设步伐也在加快，建设规模和建设水平都有很大程度的提高。随着大庆、胜利、四川、华北、中原、青海、塔里木和吐哈等油气田的相继开发建设，我国油气管道建设事业也取得了令人瞩目的成就，已初步形成了“北油南运”、“西油东进”、“西气东输”、“海气登陆”的油气输送格局。

但是，管道本身的缺陷、腐蚀、自然老化以及第三方破坏，都会造成油气产品的流失、环境污染和人员伤害。随着管道运输业的不断发展，为了维护管道的安全运行，防止管道泄漏，作为管道监测核心的安全监测和预警技术一直备受各国的关注和重视。

目前，国内外已有多种管道安全和泄漏的检测技术和方法，主要有声波检测法、负压波检测法、应力检测法等，存在灵敏度低、响应慢、定位精度差等缺点，在实际应用中难以满足快速、准确定位管道安全与泄漏的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的油气管道的安全监测方法灵敏度低、响应慢、定位精度差，在实际应用中难以快速监测到油气管道异常并准确定位发生异常状况如泄漏等的管道位置的缺陷，提出一种油气管道的安全监测系统、方法及分布式远程监控系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种油气管道的安全监测系统，其特点在于，包括一激光脉冲模块、紧贴油气管道敷设的至少一探测光缆、一光信号接收模块和一处理模块；

该激光脉冲模块，用于向该至少一探测光缆中发射激光脉冲信号；

该光信号接收模块，用于接收反射光信号并获取相应的拉曼频移量、背向反斯托克斯光功率和背向斯托克斯光功率，其中反射光信号为拉曼散射效应产生的背向散射光，该至少一探测光缆中的不同位置对应于不同的反射光信号；

该处理模块，用于根据拉曼频移量、背向反斯托克斯光功率和背向斯托克斯光功率判断相应的反射光信号所对应的该至少一探测光缆中的一第一位置处的温度是否和一正常温度相同，并在判断结果为否时生成一第一异常信息，该第一异常信息包括该第一位置的信息。

本领域技术人员应当理解，当光照射到物质上时会发生散射，散射光中除了与激发光波长相同的弹性成分外，还有比激发光的波长长的stokes光即斯托克斯光和比激发光的波长短的anti-stokes光即反斯托克斯光。由分子振动、固体中的光学声子等元激发与激发光相互作用产生的非弹性散射称为拉曼散射，所激发的光即为斯托克斯拉曼散射光和反斯托克斯拉曼散射光。在该至少一探测光缆中，该激光脉冲信号即激发光，在光缆中的任何位置都在发生拉曼散射，而光缆中的不同位置和激发光光源（即该激光脉冲模块）之间的距离是不同的，因而不同位置的反射光信号可以通过接收的时间区分。可以通过公式S=Vt/2计算光缆中的位置，公式中S为和反射光对应的发生拉曼散射的位置到激发光光源的距离，V为泵浦光在光缆中的传播速度，t为泵浦光在光缆中的传输往返时间。并且容易理解的，当油气管道中某处发生泄漏时，由于管道中的油气和管道外的环境温度是不同的，泄漏会造成该至少一探测光缆的某一位置的温度发生变化，而温度变化会影响到该位置的拉曼散射，从而能够通过相应的反射光信号检测到温度的变化。

由物理学原理可知，拉曼效应的机制和荧光现象不同，并不吸收激发光，因此不能用实际的上能级来解释，而是可以采用虚的上能级概念来说明拉曼散射效应。假设散射物分子原来处于电子基态，当受到入射光照射时，激发光与此分子的作用引起极化可以看作虚的吸收，表述为电子跃迁到虚态，虚能级上的电子立即跃迁到下能级而发光，即为散射光。散射光中既有与入射光频率相同的谱线，也有与入射光频率不同的谱线，前者称为瑞利谱线，后者称为拉曼谱线。在拉曼谱线中，又把频率小于入射光频率的谱线称为斯托克斯谱线，而把频率大于入射光频率的谱线称为反斯托克斯谱线。该背向反斯托克斯光功率和该背向斯托克斯光功率即分别对应于该反斯托克斯谱线和该斯托克斯谱线。该拉曼频移量即散射光频与激发光频之差。

较佳地，该处理模块根据以下公式计算该第一位置处的温度：