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　　石油、煤炭等化石能源帶來的環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，作為清潔化石能源的天然氣越來越受到重視。因此天然氣重要的輸送手段--管道輸送日益得到關(guān)注。如何保證天然氣管道高效安全運(yùn)行是目前所需要研究的重要課題。泄漏檢測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用對(duì)天然氣管道安全運(yùn)行起著重要的作用,目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了大量研究,提出了較多天然氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù),可大致分為基于硬件和基于軟件的兩類方法,顧名思義,基于硬件的檢測(cè)方法主要是將特殊的探測(cè)傳感器應(yīng)用于氣體的泄漏檢測(cè)當(dāng)中,而基于軟件的檢測(cè)方法則主要是通過壓力、溫度、流速等系列管道參數(shù)的監(jiān)測(cè),利用一定算法確定管道的泄漏情況。兩類方法具有代表性的技術(shù)分別為光纖傳感檢測(cè)技術(shù)、聲波檢測(cè)技術(shù)。下面分別對(duì)兩類方法進(jìn)行介紹,并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析,為輸氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的選擇提供借鑒。

       1光纖傳感檢測(cè)技術(shù)

       目前，已有多種光纖傳感檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到管道泄漏檢測(cè)當(dāng)中，包括基于光纖布拉光柵的管道泄漏檢測(cè)技術(shù)，基于散射的管道泄漏檢測(cè)技術(shù)、基于干涉的光纖檢測(cè)技術(shù)等。

       1.1基于布拉格光柵的管道泄漏檢測(cè)技術(shù)

　　布拉格光柵也稱光纖光柵,具有體積小、插入損耗低、與光學(xué)系統(tǒng)兼容性好等特點(diǎn)。同時(shí),光纖纖芯折射率可周期性變化,利用這一特點(diǎn)將其應(yīng)用于管道泄漏檢測(cè)當(dāng)中。當(dāng)環(huán)境因素導(dǎo)致有效折射率和柵距變化時(shí),可導(dǎo)致反射光譜波長(zhǎng)發(fā)生變化。通過波長(zhǎng)位移變化量即可推算出外辦環(huán)境因素變化情況,確定管道泄漏情況。

　　目前,墨西哥、印度、日本等均開發(fā)了相應(yīng)光纖光柵管道泄漏檢測(cè)技術(shù)。該檢測(cè)技術(shù)具有較強(qiáng)的抗干擾能力,信噪比相對(duì)較高,因此,在單點(diǎn)和多點(diǎn)檢測(cè)方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。

　　1.2基于散射的管道泄漏檢測(cè)技術(shù)

　　光學(xué)散射類型主要包括Raman散射、Brillouin散射及Rayleigh散射等?；诖巳惿⑸?目前已開發(fā)出相應(yīng)的泄漏檢測(cè)設(shè)備及技術(shù)。

　　Raman散射探測(cè)系統(tǒng)主要是利用分布式光纖溫度傳感器對(duì)輸送介質(zhì)溫度進(jìn)行檢測(cè),從而判斷輸送介質(zhì)是否泄漏。由于焦耳—湯姆遜效應(yīng),氣體泄漏時(shí)將使得泄漏點(diǎn)處管道溫度發(fā)生變化,通過光纖探測(cè)到的溫度變化(Raman散射探測(cè)系統(tǒng)能夠可探測(cè)出0.01攝氏度的溫度變化)即可判斷管道泄漏情況。

　　Brillouin散射探測(cè)系統(tǒng)可以通過溫度變化的探測(cè)來分析管道泄漏情況,但由于該散射對(duì)于應(yīng)力的變化更為敏感,因此,Brillouin散射探測(cè)系統(tǒng)常通過應(yīng)力數(shù)據(jù)的變化來判定管道的泄露情況。

　　Rayleigh反向散射探測(cè)系統(tǒng)中,當(dāng)向光纖發(fā)射信號(hào)時(shí),將有少量的光信號(hào)沿著光纖反射回來(如圖4所示)。結(jié)合其他分布式光纖探測(cè)方法,當(dāng)光纖中發(fā)生擾動(dòng)時(shí)將改變反射光情況,通過接收器可偵測(cè)到信號(hào)的變化,據(jù)此判斷管道的泄露情況。

　　雖然基于散射的光纖檢測(cè)技術(shù)對(duì)光源穩(wěn)定性的要求較高,但由于其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,國(guó)內(nèi)外目前已開展了較多的相應(yīng)研究及應(yīng)用。

　　1.3基于干涉的光纖檢測(cè)技術(shù)

　　該檢測(cè)技術(shù)主要包括基于Sagnac干涉的光纖檢測(cè)技術(shù)及基于Mach-Zehnder光纖檢測(cè)技術(shù)。

　　基于Sagnac干涉的光纖檢測(cè)系統(tǒng)示意圖見圖5所示。光源信號(hào)分光后將向兩個(gè)相反方向傳輸,當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí),將對(duì)光纖中光的傳播產(chǎn)生擾動(dòng),使得兩束傳播光源相位發(fā)生變化,通過相位差的分析可確定泄漏點(diǎn)情況。該方法對(duì)于光源的穩(wěn)定性要求較低,但同時(shí)靈敏度較高。同時(shí),溫度等變化同樣會(huì)導(dǎo)致傳播光源相位發(fā)生變化,因此需要利用溫度補(bǔ)償手段,消除溫度對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響。

　　基于Mach-Zehnder光纖檢測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)示意圖見圖6所示。該技術(shù)中需要利用3根并排鋪設(shè)光纖進(jìn)行工作,其中2條被稱作光纖測(cè)量臂,另外一條用于信號(hào)的傳輸工作。光源信號(hào)經(jīng)過分光后分別在2條測(cè)量臂內(nèi)傳輸,當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)將導(dǎo)致2條泄漏臂內(nèi)光源信號(hào)相位差的變化,在光纖末端產(chǎn)生干涉信號(hào)。通過第3條光纖將干涉信號(hào)返回至探測(cè)系統(tǒng)內(nèi),即可確定泄漏點(diǎn)情況。該方法較基于Sagnac干涉的光纖檢測(cè)系統(tǒng)更為復(fù)雜,同時(shí)也需進(jìn)行溫度補(bǔ)償。

      2 聲波檢測(cè)技術(shù)由于聲波法具有定位精度高，靈敏度較好等優(yōu)點(diǎn)，近年來受到越來越多的關(guān)注，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都展開了較多的相應(yīng)研究工作。該方法主要是通過探測(cè)管道泄漏時(shí)所產(chǎn)生聲波來確定管道的泄漏情況。管道由于腐蝕穿孔、第三方破壞等情況發(fā)生破裂泄漏時(shí)由于物體間的相互碰撞將產(chǎn)生聲波，所產(chǎn)生的聲波將向管道上下游進(jìn)行傳播，通過將所傳播聲波進(jìn)行收集、比對(duì)，可確定泄漏地點(diǎn)及泄漏量的相關(guān)泄漏特征參數(shù)。該方法可檢測(cè)到較小的泄漏量，因此具有較高的靈敏度，同時(shí)可以連續(xù)的在線監(jiān)測(cè)，適應(yīng)性較好。

       3 兩種方法對(duì)比分析

       目前，針對(duì)管道泄漏檢測(cè)的光纖法與聲波法國(guó)內(nèi)外均已開展了較多的相關(guān)研究工作，技術(shù)都較為成熟，適應(yīng)性都較強(qiáng)，但相對(duì)于光纖法，聲波法仍具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

       (1)聲波法檢測(cè)所用的時(shí)間較光纖法更短；

        (2)從目前國(guó)外應(yīng)用情況分析，聲波法定位精度及靈敏度均更高；

        (3)同時(shí)發(fā)現(xiàn)，聲波法的誤報(bào)率更?。?/p>

        (4)聲波法所需要費(fèi)用較光纖法更少。綜上分析可知，聲波法較光纖法更具有優(yōu)勢(shì)，更具有應(yīng)用前景。

       4 結(jié)論

       (1)天然氣管道泄漏檢測(cè)技術(shù)可大致分為基于硬件和基于軟件的兩類,基于硬件的檢測(cè)方法主要是將特殊的探測(cè)傳感器應(yīng)用于氣體的泄漏檢測(cè)當(dāng)中,而基于軟件的檢測(cè)方法則主要是通過壓力、溫度、流速等系列管道參數(shù)的監(jiān)測(cè),利用一定算法確定管道的泄漏情況。

　　(2)基于布拉格光柵的管道泄漏檢測(cè)技術(shù)具有較強(qiáng)的抗干擾能力,信噪比相對(duì)較高,因此,在單點(diǎn)和多點(diǎn)檢測(cè)方面具有一定的優(yōu)勢(shì);基于散射的管道泄漏檢測(cè)技術(shù)雖對(duì)光源穩(wěn)定性的要求較高,但其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單;基于干涉的光纖檢測(cè)技術(shù)對(duì)于光源的穩(wěn)定性要求較低,但同時(shí)靈敏度較高,同時(shí)應(yīng)注意溫度等變化同樣會(huì)導(dǎo)致傳播光源相位發(fā)生變化,因此需要利用溫度補(bǔ)償手段,消除溫度對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響。

　　(3)相對(duì)于光纖法,聲波法具有檢測(cè)所用時(shí)間較光纖法更短、聲波法定位精度及靈敏度均更高、誤報(bào)率更小、所需費(fèi)用更少等優(yōu)點(diǎn),更具發(fā)展應(yīng)用前景。