感溫光纖測溫法在供能管道監測技術的應用研究

郭泊遠　李濱　郭連江

【摘 要】供能管網埋設于地下，無法常規檢測，一旦泄漏將直接影響城市用能安全和數萬市民工作生活。因此，尋找一套科學的管道監測方法用來實時遠程自動掌握管網的運行情況顯得尤為重要。利用感溫光纖測溫法用于上海西虹橋能源管道的壓強、流量、溫度等實時數據的采集， 再通過軟件分析得出地下管道的保溫狀態、泄漏位置等相關數據，大大提高了系統穩定性和經濟性， 減少了事故風險。

【關鍵詞】應用研究；監測；能源管道；感溫光纖測溫法

中圖分類號： TD752.1 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）17-0042-002

Application of Temperature - sensing Optical Fiber Temperature Measurement Technology in Energy Supply Pipeline Monitoring Technology

GUO Bo-yuan1 LI Bin2 GUO Lian-jiang3

（1.Second Affiliated Middle School，East China Normal University，Shanghai 201203，China；

2.Shanghai Municipal Engineering Design and Research Institute （Group） Co.，Ltd.，Shanghai 200092，China；

3.Shanghai Xihongqiao Business Development Co.，Ltd.，Shanghai 201702，China）

【Abstract】Energy supply pipe network buried in the ground，can not be routine testing，once the leakage will directly affect the city with energy security and tens of thousands of people working life.Therefore，it is very important to find a scientific method of pipeline monitoring for real-time remote control of the operation of the pipe network. The temperature，flow rate and other real-time data are collected by the temperature-sensing optical fiber temperature measurement method in Shanghai Xihongqiao energy pipeline，and then the relevant data of underground pipe insulation and leakage location are obtained through software analysis，which greatly improves the system stability And economy， reducing the risk of accidents.

【Key words】Applied research；Monitoring；Energy pipelines；Thermal optical fiber measurement

0 引言

城市地下供能管道是城市的生命線，它埋于地下，易受到周邊建設、地面外力、土體沉降、溫度應力等因素影響，產生變形、破壞、泄漏等，案例不勝枚舉，監測供能管道的運行狀況，常規的方法主要有：人工監測、分段試壓檢測、人工聽音識別等，這些方法費時、費力、不能實時，傳統的供能管道監測手段已遠遠不能適應現在自動化監測的需要，因此對供能管道監測進行創新性，開拓性研究，具有重要的意義。如何尋求一種實時遠程自動監測供能管道安危的方法就顯得尤為重要。

本文以上海西虹橋商務區地下供能管道為例，采用感溫光纖測溫法對能源管道的自動實時監測技術進行了應用研究，取得了滿意的初步應用成果，對進一步研究奠定了堅實的基礎。

1 工程概況

上海虹橋商務區應用水源熱泵系統、能源回收和錯峰蓄能等技術，采用集中式的區域供冷供熱模式，替代傳統建筑的獨立式的中央空調系統解決方案，實現降低城市電網壓力、節能減排和提高能效、集約、高效和節能的目的。目前已是應用此項技術的最大的商務開發區。

能源管線直接埋在地面以下3-5米處，易受到地面外力、土體沉降、管道和焊接質量、腐蝕、溫度應力等因素影響，產生泄漏。其外層由防水和保溫層包裹，造成尋找漏點困難，維修時間長、費用高。漏水降低管網保溫層的熱絕緣性能，同時流失管網系統的能量；加速管道腐蝕；引發的水土流失及路面塌陷，產生交通傷害事故、供能中斷等城市災害。

因此，如何實時監測虹橋商務區供能管道的安全運行、保障市民正常工作生活是至關重要的。

2 常規監測方法概述及分析

國內外為監測供能管道的安全運行已有一些應對方法，具體有：分段試壓檢測技術；人工聽音識別法；報警銅線技術；壓力波檢測技術；管道內專業機器檢測技術；測徑器檢測法；閉路電視管道檢測法；超聲波檢測法；漏磁檢測法等。但存在要求安裝技術條件高、受地下水、電磁等環境因素影響大的情況，造成系統的效率低、局限性強，誤報率高、效果差。

感溫光纖測溫法尚無在能源管網上實踐的先例。endprint

3 能源管道感溫光纖測溫法實時遠程自動監測技術

3.1 感溫光纖測溫法簡述

感溫光纖測溫法是基于光纖拉曼散射效應和光時域反射測量技術來獲取空間溫度分布信息。通過在管道表面鋪設感溫光纖，采集和分析光脈沖在感溫光纖內傳播時產生的拉曼背向反射光的時間和強度信息得到相應的位置和溫度信息，在得知每一點的溫度和位置信息后，就可以得到一個關于整根光纖不同位置的溫度曲線。測量距離可達30公里，空間定位達到米的數量級，能夠進行不間斷的自動測量，特別適宜于需要長距離大范圍多點測量應用場合。

目前該技術在隧道內、油庫、危險品庫、軍火庫、工礦企業的生產車間的溫度檢測和火災報警報警系統及電力的電纜過載溫度監測上應用廣泛。

3.2 感溫光纖測溫法在能源管網監測應用的可行性分析

1）可行性理論分析：當管道發生泄漏滲水時，管道內的水的能量會傳導到感溫光纖上，我們在軟件中便可以實時觀察到泄漏點處溫度及變化， 再通過光時域反射技術測量到泄漏點的物理位置， 從而實現管道泄漏判斷及定位。

具體情況分析：監測時光纖對套管外部的地下滲水的測溫變化幅度和速率反應不大，但對內部壓力能源漏水的變化幅度和速率高。主要原因是日常土壤環境溫度干擾區別于管網能量泄漏的干擾特征。土壤環境溫度是緩慢變化的，與氣象信息保持一致，并且是全局的整個管道區域的同時變化；而能量泄漏恰好相反。感溫光纖可以貼在外套管的內表面敷設，與地下環境溫度相似；發生外部滲漏時，地下水是由管道外向外滲入到保溫層，剛開始光纖的溫度幾乎沒有變化，后期造成保溫層絕緣能力下降，引發光纖的溫度和發生的區域緩慢變化；而發生管道內部泄漏時，情況則相反，反應迅速。

2）光纖布線方式的研究：能源管外部由防水和隔熱材料包裹，無論泄漏發生部位和方式如何，水都會因重力作用往管道下方的移動后再液位上升，引發溫度場產生變化，故測溫光纜宜在管道兩側的中下方布設。

3.3 本次采用的技術方案

1）方案的技術原則概述：系統應具備如下功能：（1）實現遠程的集中監測和管理；（2）實現管道泄漏監測報警與定位；（3）較小的誤報率和較高的準確度，實現警訊多參量交叉確認；（4）可以日常運行數據采集， 便于檢修， 具備較好的經濟性；（5）檢測方法和儀器到要具備防潮防水的性能。（6）具備識別功能、高可靠性。

2）技術方案：本次創新的利用光纖測溫技術，在國內供能管網工程中首次運用。監測系統主要由感溫光纖、測溫主機、工控機及監測軟件組成，感溫光纖既作為泄漏點溫度采集傳感器，同時也是信號傳輸的光纜。測溫主機通過安裝在工控機內的溫度監測軟件，可以實時監測整根管道溫度分布情況，根據預先設置的報警閥值，發出報警信號。本次預選用光纖測溫的精度在1℃左右，而最小分辨率達到0.1℃；位置分辨率達到0.5米。通過安裝在工控機上的監測軟件計算處理，便可對管道進行泄漏判斷與定位。使用的光纖分布式（DTS）測溫產品是公安部專屬“3C認證”的消防產品，國內眾多工程中使用過。

3）光纖布置及安裝方法：在供能管道保溫層內部沿保溫層外壁在橫截面的4點鐘和8點鐘位置處各鋪設一根鍍鋅保護管，然后將感溫光纖沿保護管穿入，鋪設于整根供能管道內部。多芯光纜鋪設至能源站的監控中心機柜內。

3.4 現場測試

2016年12月，由業主方組織設計、施工和相關產品供應廠商單位對一期已完成的（800米長、直徑為1.2米）能源管網工程開展測試和研究。由于現場條件限制，采用明敷光纖的泄漏模擬測試?，F場利用管網上的排氣閥進行放水，模擬泄漏情況，實地在能源管道上進行了的布線方式、溫度傳導等工況的測驗，對分布式光纖測溫和其他檢測方式的進行了有效性的模擬研究，感溫光纖的使用不僅可以檢測泄漏點，還可通過設置軟件收集整條管線上各點的溫度實時工況，實時遠程自動掌握管網的運行情況，實現自動監測，取得了滿意的初步應用成果，對進一步研究奠定了堅實的基礎。

4 結語

感溫光纖測溫法可以在能源管網系統上使用，提高了預測的可靠性、精準性和穩定性；

感溫光纖的使用不僅可以檢測泄漏點，還可通過設置軟件收集整條管線上各點的溫度實時工況，實現遠程自動監測，借此提高日常的運維水平，減少了能耗；

感溫光纖測溫法和其他檢測方式的進行了有效性的模擬應用研究，取得了滿意的初步應用成果，對進一步研究奠定了堅實的基礎；

感溫光纖測溫法在能源管網監測應用對類似管道的遠程自動監具借鑒意義、前景廣闊、意義重大。

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