高晨彤，冯维一，方玄，杨璇，苏武，赵霞

（1.江苏法尔胜光电科技有限公司，2.江苏法尔胜新型管业有限公司）

1 引言

管道是输送危险气体及液体的安全有效方式。随着运营时间的延长，管道老化变形等问题日益突出，人们越来越重视管道的安全运行问题。根据国内外管道事故统计资料，管道的事故的高发期是投入运行的初期和后期，尤其是后期，管道因腐蚀破坏而造成的泄漏事故常有发生。在我国，很多管道都已连续工作20a，正处于事故的高发期，及时、迅速地发现管道泄漏情况并判定泄漏点位置成为管线平稳安全运行的重要保证。

从80年代开始，相关的研发人员也开始进行管道泄漏监测的研制开发工作，并取得了一些成果[1,4]。付道明[5]等对国内外近十年中管道泄漏检测技术的研究状况做了跟踪分析，简要分析了各种检测技术的检测原理和优缺点。周琰等[6]提出了一种基于Mach-Zehnder光纤干涉仪原理的新型分布式光纤管道泄漏测试技术。张晓威[7]在分布式光纤泄漏监测技术原理的基础上，通过模型试验对方法的可行性进行了研究。黄悦[8]以水下油气管道作为检测对象，对分布式光纤水下管道泄漏检测定位技术及数据分析方法进行了研究。

几十年来对于管道泄漏监测的研究发展迅速，但对基于分布式光纤的常温管道泄漏监测的研究依然缺乏实际工程中的案例。一种基于特种分布式感温光缆的常温液体管道泄漏监测方法，在工程上的应用有较好的效果。

2 监测原理

2.1 分布式光纤传感

分布式光纤传感技术是一种新兴的传感技术，它可以直接将通讯光缆作为传感器，并与工业废水管道同沟敷设，充分利用光纤空间连续分布的特点，“传”、“感”合一。可实现空间结构上沿光纤分布任一点的物理参量（温度、压力、应变）的监测，具有测量信息丰富、可精确定位等特点。此外，由于光纤传感技术是以光波为载体，光纤为媒质，具有测量精度高、抗电磁干扰能力强、本质安全、小巧轻柔、适合远程传输等优点。

2.2 特种感温光缆结构

对于常温液体管道的泄漏监测，其难点在于管道内部的液体与环境温度温度差较小，一般在泄漏点难以产生较大的温度变化，所以基于感温光缆对常温液体管道泄漏的监测也变得十分困难。对于这种问题，采用一种自加热特种感温光缆，其结构如图1所示。在特种光缆的内部，包含两条加热电缆线和一条感温光缆，通过升高感温光缆的温度，使得泄漏点产生一定的温度差，从而判断泄漏点的位置。

图1 自加热特种光缆组成结构

3 监测系统组成

智能管道泄漏监测系统组成如图2所示，布设在通水管道外壁的特种光缆通过通信光缆与解调仪连接，远程控制主机通过集成软件接收分布式光缆的温度信息、控制加热电缆温度、控制阀门开关、获取泄漏报警信息及向客户端发送实时信息等。

通水管道长度共在90 m，由三个部分组成，架空上层段为30 m，地下层二段分别为30 m，阀门控制排水，自加热型感温光缆敷设在管道外壁，实时监测管道温度。

在此基础上，编写一套集成软件系统，通过这一系统，可以使工作人员远程控制泄漏点位置，实时获得温度曲线与报警信息。软件系统可以实现实时温度曲线显示、GIS地图显示、报警联动、历史数据查询及系统参数设置等功能。

4 数据分析和验证

为验证系统的可靠性，选取不同季节，不同温度下的几种情况分别对管道泄漏情况进行监测。图3、图4、图5、图6为2018年12月5日上午、下午与2019年6月20日上午、下午监测管道段的测温曲线。

图2 分布式监测系统示意图

图3 2018年12月5日9:00测温曲线

图4 2018年12月5日15:00测温曲线

图5 2019年6月20日9:00测温曲线

图6 2018年6月20日15:00测温曲线

从图中可以看出，不同季节、不同时段的泄漏监测均能测得明显的温度变化，三个监测点均能正常工作。其中夏季的降温效果最不明显，但泄漏前后仍有至少8℃的温度差，大于软件中设置的报警临界值5℃。且除了三个泄漏点，其它各点的温度浮动均未超过2℃，说明系统的误报概率很低。此外，升温前曲线与监测当天的温度情况相一致，说明此系统有一定的测温准确性。两次泄漏监测时间相隔9个月，测得的泄漏点位置未发生左右漂移，说明这一测温系统有着较高的定位精度。

5 结语

本文所提出的自加热感温特种光缆在实际工程中有较好的应用，可以用于监测常温液体管道泄漏。对于不同天气，不同时段对管道泄漏的监测均能满足要求，测得的数据与实际情况相符，基本不存在漏报与误报的情况。集成系统在泄漏点的控制、数据获取、报警信息的接收及后期处理等方面都能达到预期的效果。说明这种自加热特种感温光缆控制报警系统在常温液体管道泄漏监测工作中有着重要的借鉴意义。