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摘 要

管道泄漏毋庸置疑是影响管道安全的重要因素之一。因此要保证各类管道正常并安全运行，管道泄漏监测工作则是至关重要的环节。泄漏监测不仅包括监测泄漏是否发生、泄漏发生的路径以及泄漏速度的大小，还包括对泄漏位置具体准确的定位。纵观国内外现状，分布式光纤温度传感器在泄漏监测方面虽刚刚起步，但已出色的展示了其在泄漏监测领域的优势。然而由于分布式光纤温度传感技术监测泄漏的研究大都停留在定性阶段，对于流速大小的监测方面还不成熟，监测所涉及的相关具体问题还有待解决，因此本文从监测的基本原理出发，设计了分布式光纤温度传感系统监测管道泄漏的模型试验，并通过对试验数据的探讨分析得出了一些有用的结论。

关键词：分布式光纤温度传感系统，管道泄漏，模型试验，泄漏速度

Abstract：Pipeline leakage, no doubt is one of the most important factors affecting the safety of pipeline. So to ensure that all kinds of pipe normal and safe operation, pipeline leak monitoring is a vital step. The leakage monitoring includes not only whether the leakages have happened, the paths of the leakage and the leakage flow rate, and locating the leakage zones accurately, and Taking a panoramic view of the domestic and foreign research status, the usage of the distributed optical fiber sensors is just starting. However, its advantages in leakage monitoring are obvious. throughout the most of researches in leakage monitoring which are based on the distributed optical fiber temperature sensing, still stay in the stage of quantitative analysis. That is judging the leakage zones by monitoring the temperature anomaly. The monitoring of leakage speed is still at the experimental stage. There are many problems that required to be solved urgently in monitoring. Due to the research of the distributed optical fiber temperature theory to monitor leakages, On the basis of monitoring theory, we designed the model test of distributed optical fiber temperature sensing system for monitoring pipeline leakage, and by analyzing the experimental data of some useful conclusions are drawn.

Keywords: distributed optical fiber temperature sensing system, pipeline leak,model test,leakage flow rate

目 录

1 引言 3

2 试验模型的设计和试验内容 3

2.1 课题研究主要内容和目的 3

2.2 试验模型的设计 4

2.3 碳纤维光纤耦合技术简介 7

2.4 测温系统 8

2.5 试验过程 8

3不同介质对光纤温度的影响 9

3.1 引言 9

3.2 非饱和状态下介质对光纤温度升降的影响 9

3.3 饱和状态下介质对光纤温度升降的影响 12

3.4 小结 14

4 不同含水率对光纤温度的影响 14

4.1 引言 14

4.2 不同含水率对光纤升温的影响 14

4.3 不同含水率对光纤降温的影响 16

4.4 小结 17

5 不同泄漏流速对光纤温度的影响 18

5.1 引言 18

5.2 不同泄漏流速对光纤升温的影响 18

5.3 不同泄漏流速对光纤降温的影响 21

5.4 小结 23

结论 24

参考文献 25

致谢 26

1 引言

管线铺设距离的不断延长、使用期限的继续增长、运行期间磨损、管道老化、腐蚀以及环境变化和人为损坏等都会导致管道泄漏的发生。我国大多数管道的运行时间都已在30年以上，油田管道穿孔率约为0.66 次/ (km·a) ，大中型城市自来水的损失率约为20 %^[2]。管道一旦发生泄漏则会对管道的正常运输产生较大的影响，尤其是当管道输送的介质为有害、易燃、易爆物体时，人们的生活环境和生存环境都会受到很大威胁，造成较大的经济损失和引起社会恐慌。所以，管道泄漏的监测技术研究具有非常重要的现实意义。

一种前沿的学术思想，开辟了管道的泄漏监测方向新的研究领域—分布式光纤温度传感技术。它具有径细、重量轻、体积小、绝缘、耐腐蚀、耐高温，还可以进行分布式监测等突出的优点；并且不会被电磁等干扰、稳定性较好、监测精度比较高，工程监测的需求完全可以得到满足；同时，分布式光纤监测技术可以进行远程监测，利用光纤进行测量，几乎不会对测量的对象产生额外的干扰，便于安放，工作频带宽，工作安全性较高，动态范围大，可以统计与模拟被测量对象参数^[3]。光纤传感器作为一种新型的监测技术，可借助经验不多，技术应用还不够成熟，还待于更进一步的深入研究。目前，基于分布式光纤温度传感技术都是通过监测温度异常来判断泄漏位置，也就是说监测泄漏的研究大都在定性阶段。由于分布式光纤泄漏监测技术还不够成熟，目前还不知道光纤温度和泄漏速度之间的关系。因此，增加对这一技术理论的研究，进行深入的模型试验。加深对分布式光纤技术定性定量分析，各因素与泄漏参数之间关系的建立显得尤为重要，探索要注重方法和经验，发挥该项技术的应用，所以该课题具有重要的理论和实践意义。

2 试验模型的设计和试验内容

2.1 课题研究主要内容和目的

1. 研究内容

（1）设计了管道泄漏的模拟试验模型，包括：管道模型、泄漏系统、光纤铺设、加热系统以及填料介质。管道模型采用直径50cm的pvc管；泄漏系统采用输液管模拟管道泄漏，便于调节流量，研究流量与光纤温度变化的关系；将光纤尾纤处接上导线，并与电源连接进行加热；参考土体的填料选取了纯砂、含5%高岭土的粗砂、含10%高岭土的粗砂作为管道模型的填料介质；研究了不同含水率的粗砂作为介质时光纤温度变化情况，并给出了详细步骤。

（2）根据所选择的各种影响因素，在相应的试验背景下进行了模型试验，研究了不同介质，不同介质含水量以及不同渗漏速度分别对光纤温度升降的影响。

1. 研究目的

（1）了解不同介质中光纤温度升降的基本规律。不同地域的管道周围土体介质都不一样，不同介质在热量交换过程中的作用原理也不同，所以，为了针对不同情况进行讨论，要研究光纤在不同介质中温升和温降的规律，需要通过对试验数据的分析与归纳得出相关实用性结论。

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