基于光纤传感技术的液化石油气运输槽罐泄漏检测关键技术研究

摘要

工业的蓬勃发展使得我国对各种化工物品的需求也日益增加，危化品的运输量也快速增长。道路运输中，危化品运输槽罐可视为一个“流动炸弹”。近年来，在新闻报道中屡见危化品运输槽罐事故，给社会经济、工业生产和人民生活带来巨大损失和危害，给社会公共安全带来了严峻的考验。在已有的事故统计中，泄漏及由于泄漏而引起的燃烧、爆炸等次生灾害是事故产生的主要原因。因此如何确保此类槽罐在运输过程中的安全，在事故发生前预警甚至在事故发生时对灾害程度进行评估，成为目前我国各界非常关心和密切关注的研究课题。
　　液化石油气(LPG)是一种重要石油化工原料和能源燃料，已广泛用于工业、商业和民用燃料。液化石油气运输是道路危化品运输中的典型代表。因此，对液化石油气运输槽罐在运输过程中槽罐的安全状态，特别是出现交通事故后，其是否存在泄漏，泄漏程度大小等安全指标的判断至关重要，有着重要的科学研究价值和社会价值。本文拟以液化石油气运输槽罐为研究对象，研究其泄漏产生的原因、泄漏发生时引起的物理效应，并基于光纤传感技术设计了两类光纤干涉式超声波传感探头，分别在理论和实验上对探头与泄漏面的超声耦合方法、检测灵敏度、稳定性等进行了研究。具体如下:
　　首先介绍液化石油气运输槽罐泄漏检测的意义及常用的泄漏检测方法，分析运输槽罐在泄漏时引发的声发射现象及其原理和特征，并重点讨论声发射对光纤所产生的影响和声发射信号的传输耦合问题;然后，利用单模光纤设计一种基于马赫-曾德尔(M-Z)光纤干涉仪的声发射传感探头、利用保偏光纤设计一种基于正交偏振模干涉的白光声发射传感探头，并对两种探头的检测灵敏度、响应带宽等关键参数进行了实验研究，并分析了两种探头的稳定性问题;最后我们完成了声发射传感探头在液化石油气运输槽罐泄漏模拟模型的实验研究。
　　对危化品槽罐运输过程中安全状态的检测在提高我国危化品槽罐运输效力、降低事故后次生灾害带来的损失等方面都有重要意义，是公共安全领域科技发展的需求，有着重要的学术意义和社会价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 液化石油气运输槽罐的泄漏检测背景及意义

1．3 泄漏检测现状及技术分析

1．3．1 常规泄漏检测方法及分析

1．3．2 光纤声发射传感器原理分析及其国内外研究现状

1．4 本文的主要工作

第二章 光纤声发射传感理论分析

2．1 压力容器泄漏背景下声发射的特征

2．1．1 声发射产生机理

2．1．2 压力容器泄漏背景下声发射特征

2．2 光纤声发射传感原理

2．2．1 光纤的传感原理

2．2．2 声发射信号与光纤的作用分析

2．3 声发射信号与光纤的耦合作用

2．3．1 光纤被覆层的影响

2．3．2 传感探头与光纤的作用

2．3．3 典型耦合方式的实验研究

2．4 声发射探头耦合方式选型研究

2．5 本章小结

第三章 光纤传感器的声发射实验方法研究

3．1 声发射探头的结构分析

3．1．1 声发射探头的结构

3．1．2 探头制作及封装方式

3．2 基于M-Z结构的光纤声发射探头设计

3．2．1 基于M-Z结构的声发射探头传感原理

3．2．2 基于M-Z结构的声发射探头实验研究

3．3 基于保偏光纤的白光声发射探头设计

3．3．1 基于保偏光纤的白光声发射探头传感原理

3．3．2 基于PMF的白光声发射探头的实验研究

3．4 两种探头的关键参数对比研究

3．4．1 两种探头的关键性能分析

3．4．2 两种探头关键性能的实验研究

3．5 本章小结

第四章 基于光纤干涉传感结构的液化石油气槽罐泄漏检测系统构成和研究

4．1 泄漏模型研究

4．1．1 平板式泄漏模型

4-．1．2 压力容器式泄漏模型

4．2 液化石油气槽罐泄漏模型系统搭建

4．2．1 系统组成

4．2．2 关键技术分析

4．3 实验测试

4．4 泄漏预警系统的构建

4．4．1 泄漏检测预警系统的设计思路

4．4．2 泄漏检测系统的软件实现及实验分析

4．5 总结

第五章 总结和展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢