邱华伟，李广山，胡春峰，王梓涵，邱晓霞，邱秀娟

（唐山兴邦管道工程设备有限公司，河北 唐山064100）

近些年城镇集中供热供冷预制保温管道在中国飞速发展，得到广泛的应用，管道泄漏检测显然是维护活动的重要组成部分，且一直是一项艰巨的任务。大多数情况下，需要对管道进行现场检查，发现泄漏点。

在过去的几年里，使用光纤的分布式温度监测技术已经证明是检测和定位管道泄漏的有效方法，通过使用光时域反射测量（OTDR）的技术进行定位。

光缆作为温度传感的媒介，如何合理地布放施工，针对各个特殊地形地段如何更好更有效地敷设，保证布放施工质量是光纤测温精度的基础，也是后期高效使用的重中之重，并且该项目已经获得国家重点研发计划资助——“科技助力经济2020”重点专项（编号：SQ2020YFF0422268）。

1 分布式光纤泄漏监测系统原理

DTS 光纤分布式管道监测系统采用光纤作为传感器，通过监测管道外部的温度变化，实现对管道泄漏点的发现。

DTS 光纤分布式管道监测系统主要应用的原理是拉曼效应。拉曼散射光是由热影响的分子振动引起的，背散射光携带关于散射发生的局部温度的信息。事实上，拉曼背散射光有2个频移分量：斯托克斯分量和反斯托克斯分量。反斯托克斯分量的振幅与温度密切相关，而斯托克斯分量的振幅则不是。

2 系统构成

系统结构可分为DTS 分布式光纤测温系统及监测云服务器系统两部分，如图1 所示。

监测云服务器系统：采用阿里云云服务器系统，通过4G 无线通讯把数据传送到平台，并进行解析、组态，从而得到相关数据。

DTS 分布式光纤测温系统：该系统主要由分布式光纤温度解调仪、测温光缆组成。分布式光纤温度解调仪是一款连续分布式测温光纤所处环境温度的解调系统（Distributed Temperature Sensing System，DTS），它采用先进的OTDR技术和Raman 散射光对温度敏感的特性，探测出沿着光纤不同位置的温度变化，实现真正分布式的温度测量及定位。作为一种成熟的光纤分布式测温手段，该设备具有测量距离远、测量精度高、响应速度快、抗电磁干扰、便携等优点，可广泛应用于供热管网的泄漏监测。

图1 系统结构示意图

3 DTS 检测系统主要优势

DTS 检测系统主要优势包括：①测温介质采用铠装光缆，无需外接电源，施工便捷，无需后期维护；②对管网全方位无死角监控，24 h 实时在线，能实现多个漏点同时定位，定位精度高可在1 m 以内；③平台软件通过大数据积累，智能分析，能得出管道保温效果的变化趋势。

4 监测系统的施工建设

对于施工而言DTS 分布式光纤测温系统的主机位置、内部结构需要我们综合考虑设计，测温光缆的敷设、续接尤为重要。

4.1 整体工程方案设计

分析管网图纸：标定管网长度、走向，画出分支，预标记井室、安放手井位置，计算分段光纤长度。

设计监测方案：依据管网长度和走向，拟定监测主机的位置和测试通道数，考察监测主机实际地理位置，确定供电方式，选定主机和测温光纤。

按设计方案施工：准备相关辅料工具，米标与实际地理位置绑定，涉及临时管网设计变更的要及时与设计监测方案复核，并做出相应的调整。

测温光缆：光纤采用5.5 mm 黑色两芯多模光纤，具有防水、防震、外径小、结构简单、热渗透快、测温响应快特点；采用不锈钢管保护光纤，使光缆有很强的抗压扁力等特点。耐高温管道泄漏监测传感光缆有很好的防水、防震性能；套管外面采用不锈钢丝绞合加强，使光缆有很强的抗拉力；最外层采用特氟龙+PE 护套防护，具有防水、防晒、抗老化、耐腐蚀、良好的电气绝缘性能。传感光纤为满足国际标准的多模光纤芯，有很好的拉曼散射特性。

纤接续盒：续接盒属于机械压力密封接头系统，是相邻光缆间提供光学、密封和机械强度连续性的接续保护装置，主要适用于各种结构光缆的架空、管道、直埋等敷设方式连接。盒体采用进口增强塑料，强度高，耐腐蚀，终端盒适用于结构光缆的终端机房内的接续，结构成熟，密封可靠，施工方便。

4.2 光缆的铺设

DTS 监测系统有诸多优势和较高的性价比。想要达到良好的测量效果、精准的定位，一定需要在施工中合理地绑缚、接续等。光纤从管网监测起点开始沿管道向一个方向连续铺设光缆至监测的管网终点，测温光纤（以下简称光纤）布置在管道水平线下方1/3 处，紧贴外护管，如图2 所示。光纤布置在供回水管道中间，尽量避免管沟塌方或石块跌落砸断光纤。

图2 光缆敷设示意图

4.3 光纤的接续

涉及光纤续接的接头或预留的光纤尾纤接头在施工过程中要更加注意，如果接头不加保护会影响续接工作，给后期运行留下重大隐患，而续接质量不好、损耗过大，则会直接影响到DTS 的监测长度。

管道建设施工中几乎不可能全局从始至终的施工，更多的是分段施工，难免涉及到光缆续接。

光缆接头的衰减：单个接头熔接损耗小于0.03 dB，光缆应尽量做到整盘敷设，以减少中间接头；每1.5 km 长度光缆接头不宜超过1个。光缆接续前应核对光缆接头位置，并根据接头预留长度的要求留足光缆；光纤接续宜连续作业，以确保接续质量，不得让光缆接续处受潮。连接操作中应防止损伤和折断光纤，连接后应对光纤进行复测。

4.4 设备主机及配电柜布局

设备主机采用无风自散热片模式，柜子无需额外配置散热风扇增加电量负荷，节约内部空间，缩小箱体体积。柜子内部配置联网系统与云端服务器实时互联进行指令互换，实现远程操控调节；柜子内各个单元区域分工明确，统一由一个供电口供电，排线清晰简单明了；柜体整体成型带有密封，顶部配有防雨帽沿，侧方设有防沙空气流通孔，能有效防止阴雨潮湿天气对电器元件的腐蚀和沙土对光信号接头的磨损。

设备主机电源配置需求如下。

标准市电接入：给DTS 设备主机接入稳定的220 V 电源即可。

太阳能电力系统：DTS 设备需要有持续性电源供电才能做到24 h 在线监控，但往往长距离管网受地理条件的制约，一般不具备持续稳定的市电供给。随着近些年光伏科技的进步和发展，为我们提供了很好的解决方案。一台DTS 主机功率在10 W 左右，加上检测柜内的其他耗电设备总功率大约在20 W 左右。一块额定300 W 的太阳能光伏板实际功率在270 W 左右，按年平均每天有效发电4 h 计算，一天发电量为1.08 kW；一台主机设备一天消耗电量为0.48 kW；夜间使用蓄电池供电，白天光伏板为设备供电同时为蓄电池充电，蓄电池为12 V，100 A·h。如此遇到阴、雨天等天气也能保障其完整运行。详细配置如表1 所示。

表1 300 W 太阳能系统配置

4.5 监测平台展示及功能

通过4G 无线通讯把数据传送到阿里云云服务器的管理平台，并进行解析、组态，从而生成直观、简明的监控画面及查询检索功能窗、管道温度数据汇总、报警汇总、历史曲线等界面。

可实现通过监控软件实时监测各管道分区温度状态、测温报警、高温报警位置定位、实时曲线查询、历史曲线查询等功能，实现管路泄漏第一时间进行预警，并在实景地图中进行位置定位。全光纤热力管道安全监测系统如图3 所示。

5 结语

随着科学技术的发展和市场竞争得需要，施工的质量越来越被人们所重视，在工程建设中质量是工程建设的关键，任何一个环节或部位出现问题，都会给整个工程带来严重的后果，直接影响到工程的使用，甚至造成返工，进而造成经济损失。工程质量的优劣直接影响到建设速度。

图3 全光纤热力管道安全监测系统

布线施工往往是最后的环节，无特殊情况时通常是管道补完口后的最后一道工序，往往容易受到监理或建设方的忽视，补完口后急于回填，光缆敷设质量得不到保证。土建方回填沙不能完全满足回填的技术要求，回填手法粗暴，都会对光缆造成破坏，遭到破坏后二次开挖续接又会对整条检测管网的质量产生影响。

规范完整、有技巧的敷设既可以提高施工效率，减少经济成本，又可以最大限度地避免二次修复减少接头。相关人员要不断总结施工经验教训，为管网高质量的智能监控做好基础。