光纤光栅传感技术在监测管道泄漏应用上的研究

作为世界第二大经济体，我国目前正处于快速发展阶段，经济的高速发展以及城市化进程的不断加快，使得我国对石油、天燃气以及水的需求量越来越大，这极大地促进了管道运输业的蓬勃发展。 我国现有70％的石油和99％的天然气通过管道运输，全国油气管道总长度达8万公里。“十二五”期间，我国新建管道长度预计达6．4万公里，至2015年，中国的油气管道总长度预计达到14万公里，将会建成跨越地区的石油天燃气供应管网，有力的保障经济发达地区的油气供应，将对我国的经济发展起到重要作用。 我国有很大一部分管道已经达到或者超过设计使用年限，对管道安全运营产生重大隐患，而由于种种原因，使得我国对于管道健康监测的研究以及实际应用方面进展有限。另外，由于油气管道的特殊性，大部分管道埋设在人烟稀少的地区，所以在管道运营管理方面存在不少问题，加上利益驱使，导致偷油事件经常发生，这都使得管道的安全运行面临诸多挑战b1。因此，加强管道健康监测技术的研究和应用，减少经济损失和环境污染，具有重大意义。

管道泄漏检测技术的国内外研究现状

由于管道事故的不断增多，人们也越来越重视管道的安全运行状况，伴随着科技的进步，管道检测技术也蓬勃发展。由于管道检测技术所基于的原理不同，所以检测方法差异较大，从基于流体特性的流量压力平衡法到基于磁通，超声波的管内探测球法，从人工沿管线巡视到飞机携红外线仪器探测法，检测方法种类繁多。管道检测技术分类方式有多种，根据检测原理的不同，可分为直接检测法和间接检测法。 直接检测法是基于涡流、磁通、摄像、超生等技术发展起来的，相应的设备如爬机和管内探测球。例如：管内爬机检测 ，管内探测球法，红外检测法... 间接检测方法是基于因泄漏而引起的流量、压力、声音物理参数发生变化的检测方法。该方法是目前经常使用的，主要有如下几种：流量／压力突变法，量或体积平衡法，统计检漏法，实时模型法，声学方法.

方案具体实现方法

光纤光栅应变传感器应用在了燃气管道泄漏监测实验中。通过实验得到这种基于环向应变测量的管道监测方法切实可行。

该方法以不破坏管道、不影响管道正常运营为前提，通过安装在管道外壁的应变传感器测量管道外壁环向变形，从而得到管道的泄漏信息。这种测量方法不会对管道结构产生损伤问题，而且当采用具有长期稳定性好、耐久性强和传输距离远等优点的光纤光栅传感器时，可实现对管道结构进行在线实时泄漏状况监测，从而能够预测埋地管道的剩余寿命，定位泄漏位置。

管道在运营时，内部存在较大压力。在内压作用下，环向应变如公式所示：

yz

y(2.1)

E

其中， y 为管道外壁环向应变，v为管道泊松比， y 为管道外壁环向应力， z 为管道外壁轴向应力，E为管道弹性模量。

假定管道为无限长，则管道内部压力导致的管道外壁轴向应变  y ，可忽略不 计，即 z =0；同时， y =pR／h，其中p为管道内部压力，R为管道内径，h 为管道壁厚。将  z 的值带入公式(2.1)，得到管道壁厚与管道外壁环向应变的关系式为： y 和

pR(2.2) y hE当管内压力变化时，管道外壁的环向应变也会随之变化，两者成正比例关系。这一特点给我们很大启发。当管道发生泄漏时，在管道内会形成负压波。负压波在沿管道传播的过程中将导致管道压力瞬间减小。管道泄漏是短时间事件，在泄漏发生时刻可认为管道壁厚h保持不变。管道内部的压力变化将导致管道外壁的环向应变变化。通过光纤光栅应变传感器测量管道外壁的环向应变变化情况，可以获得管道内部由于泄漏引起的压力波信号。因此可以通过监测管道的环向应变的变化情况监测管道是否泄漏。