一种基于分布式光纤测温技术的管道泄漏监测试验装置及试验方法

摘要

本发明公开了一种基于分布式光纤测温技术的管道泄漏监测试验装置及试验方法，试验装置包括储罐、测温光纤、测温主机、供给总管、回流总管、增压泵及多个测试管道，多个测试管道并联在供给总管和回流总管之间，增压泵抽取储罐内的流体介质加压后通过供给总管从多个测试管道一端进入，另一端流出，最后经过回流总管回到储罐，实现流体介质循环，所述测试管道上根据试验需要开设有相同或者不同尺寸的渗漏孔，测温光纤缠绕在测试管道表面后与测试主机相连。通过测温光纤检测测试管道表面温度变化与泄漏量的对应关系，即可判断漏点。本发明成本低廉，实现了全方位自动检测，大大降低了管道维护成本。

说明书

技术领域

本发明属于管廊管道渗漏监测技术领域，具体为一种基于分布式光纤测温技术的管道泄 漏监测试验装置及试验方法。

背景技术

管廊管道是指将电力、通信、燃气、给排水、热力等市政公用管线集中布设在同一地下 建造的隧道空间内，进行综合开发利用，以节约城市建设用地，便于统一规划管理，美化城 市的景观。管廊管道对公用管线统一规划，有效减少管线事故道路频繁开挖对路面质量及环 境的影响，同时缩短施工工期、提高空间利用率，其综合技术经济效益远高于所增加的初期 建设投资。

由于管廊管道内部整合了维持城市功能的自来水、煤气、电力、通信管线，在人口较为 密集的现代城市的地下空间中分布着大量天然气、暖气等高压输气管道，存在火灾的危险性。 如电力电缆短路、过载，油气管道渗漏等。加之管廊内敷设类型不一、数量众多的管道，一 种管道发生渗漏，会对众多管道的运输产生影响。

现有市场上的管道渗漏监测方法主要有探测球法，负压波法，热红外成像技术，以及分 布式光纤传感技术。探测球法其原理就是利用探测球跟随流体一起运动的过程中，在管道内 采集大量的数据，分析判断管道是否发生了泄漏，精度高，但是造价也极高，不适用于大范 围管道渗漏监测。负压波法原理比较简单，它是根据压力信号的突变和泄漏产生的负压波传 播到上下游的时间差，实现泄漏检测与定位。但是负压波法由于不具备相应的噪声过滤系统， 通常需要增加阈值以区别管线是否真正泄漏还是由于噪声所以引起的误报，增加阈值的结果 是要么产生了大量的误报，要么就是明显降低了系统的灵敏度，影响检测性能。热红外成像 技术的原理为，管道泄漏时，周围土壤温度会由于液体的泄漏而发生温度的变化，此时，通 过热红外成像技术感知到这种异常的变化，将其与事先记录的土壤温度分布图进行对比，从 而检测液体管道的泄漏。该方法实时性较差，不能进行连续监测，管道埋深严重影响其检测 结果。

以光纤为传感元件及传光介质的新型传感技术，包括光纤振动传感法、光纤声波传感法 和光纤应变传感法等。光纤振动传感法的特点是反应快，对破坏可以预警，但主要目的不是 监测泄漏且必须有随管道的光缆。光纤声波传感系统检测管道泄漏的方法，是通过分析光纤 对管道泄漏的声音的响应情况判断和定位管道泄漏点，声波传感法主要是根据漏点处声波特 点来监测泄漏。光纤应变传感法，主要用于监测管道的变形情况，也可间接通过管道的变形 过大处、异常处判断管道是否发生泄漏。这些方法在一定程度上均能监测管道泄漏情况，但 易受干扰，存在误报的可能，定位精度稍差。

管道发生泄漏时，渗漏点液体的流出会与周围介质产生对流和传导，对流是指流体中温 度不同的各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递的过程。传导是指依靠物体内部的温 度差或两个不同物体直接接触，在不产生相对运动，仅靠物体内部微粒的热运动传递了热量。 地埋式管道周围有土壤，土壤本身就有温度，渗漏液体与土壤产生热传导，温度变化不明显。 区别于地埋式管道，管廊管道周围没有固体介质。流体的热导率很小，通过热传导传递的热 量很少，对流是流体的主要传热方式，温度变化更明显。因此，本发明提出一种基于分布式 光纤测温技术的管廊管道监测物理模型试验装置，以解决现有原位试验中的试验场地不足， 参数、环境不好控制等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于分布式光纤测温技术的管道泄漏监测试验装置及试验方 法，为推广在实际管道渗漏监测中制定合理布线方式服务。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于分布式光纤测温技术的管道泄漏监测试验装置，其特征在于：包括储罐、测温 光纤、测温主机、供给总管、回流总管、增压泵及多个测试管道，多个测试管道并联在供给 总管和回流总管之间，供给总管与增压泵出口相连，增压泵入口通过进水管与储罐相连，所 述回流总管出口与储罐相连，增压泵抽取储罐内的流体介质加压后通过供给总管从多个测试 管道一端进入，另一端流出，最后经过回流总管回到储罐，实现流体介质循环，所述测试管 道上根据试验需要开设有相同或者不同尺寸的渗漏孔，所述测温光纤缠绕在测试管道表面后 与测试主机相连。

进一步地，所述回流总管通过软管与储罐相连，所述总结总管通过软管增压泵出口相连。

进一步地，所述测试管道两端通过支撑管托支撑在地面或者实验平台上，所述测试管道 水平方向设置。

进一步地，所述支撑管托由两个带耳孔的半圆环通过螺栓相连组成。

进一步地，每个所述测试管道上均设有一个将测温光纤包裹在内的防护罩。

进一步地，所述防护罩截面为大于180度的弧形，防护罩本身采用便于卡合在测试管道 表面的弹性材料制成。

进一步地，所述测温光纤在测试管道表面来回折型分布。

进一步地，每个测试管道上开设渗漏孔的尺寸相同，不同测试管道上渗漏孔的尺寸不同。

进一步地，每个测试管道分别在两端和中部各开设一个渗漏孔。

一种基于上述管道泄漏监测试验装置的管道泄漏监测试验方法，其特征在于，包括以下 步骤：

步骤1、将多个测试管平行设置，并通过支撑管托支撑在地面上；

步骤2、将多个测试管的一端通过供给总管与增压泵的出口相连，另一端通过回流总管 与储罐相连，将增压泵入口通过进水管与储罐相连；

步骤3、将测温光纤缠绕在测试管道表面后与测试主机相连；

步骤4、启动测温主机对测试管道进行分布式光纤测温，实施监控测试管道表面温度；

步骤5、启动增压泵，给测试管道加压，通过测温光纤监测测试管道表面温度变化；

步骤6、通过改变增压泵的压力或者渗漏孔的孔径来改变泄漏速度，监测不同泄漏速度 下温度变化值，建立泄漏速度和温度变化的对应关系，完成管道泄漏监测实验。

本发明监测原理是该基于分布式光纤测温技术的管道渗漏监测方法，水源在测试管道的 内部进行移动的过程中，输送的液体一般都会与外界环境中产生一定的温度差，液体在管道 的内部出现渗漏的时候，其渗漏液体的温度与外界的时温度是不同的，随着渗漏液体与周边 介质发生热传递和渗漏液体自身的扩散，这样一种耦合情况的产生，周边的温度场将会发生 变化，另外管道内流体介质压力一般大于外界压力，当发生泄漏时，流体由于泄漏二发生节 流膨胀效应，也会导致泄漏点处温度降低，从而产生温度场变化。基于拉曼测温原理在管道 不同位置埋设几条传感光纤就可通过分布式光纤测温系统实现对整个管道周围温度场变化进 行长期、分布式的实时在线监测，由此保证整个装置在进行使用的是，可以对渗漏检测的位 置进行实时的检测，进而达到可以及时止损的效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过该模型试验装置可以模拟不同的管廊管道渗漏监测的实际工况，解决分布式光纤 温度传感器在管廊管道监测中存在的问题，为不同工况的管廊管道渗漏监测提供思路。

2、此装置成本较低，可以重复利用，人工操作简单，可操作性强。

3、本发明监测精度高，利用测温光纤的特点可以实现对管道全方位监测，特别是针对巡 检人员不能去的环境，尤其适用，本发明无遗漏，监测后定位准确，大大降低了管道维护成 本。

附图说明

图1为本发明管道泄漏监测试验装置俯视结构示意图。

图2为本发明测试管道与防护罩横向剖视示意图。

图3为本发明测试管道上测试光纤分布示意图。

图4为本发明支撑管托主视结构示意图。

图5为本发明储罐主视示意图。

图中：1-储罐，2-进水管，3-增压泵，4-增压泵出口，5-第一软管，6-供给总管，7-三通， 8-第一测试管道，9-第二测试管道，10-回流总管，11-第二软管，12-测温光纤，13-测温主机， 14-支撑管托，15-渗漏孔，16-防护罩，17-半圆环，18-储罐出水口，19-储罐回水口，20-耳孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明 中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

本发明以水作为流体介质，两个测试管道（塑料管）为例进行说明，请参阅图1-5，本发明提供一种基于分布式光纤测温技术的管道泄漏监测试验装置，包括包括储罐1、测温光纤12、测温主机13、供给总管6、回流总管10、增压泵3及两个测试管道，所述储罐1上高低处分别设有储罐回水口19和储罐出水口18，储罐出水口18通过进水管2与增压泵3入口相连，增压泵出口4通过第一软管5与供给总管6相连，供给总管6通过三通7分别与两个测试管道的一端相连，两个测试管道分别为第一测试管道8和第二测试管道9，两个测试管道另一端与回流总管10相连，回流总管10通过第二软管11与储罐回水口19相连。

两个测试管道相互平行且水平方向设置，测试管道两端通过支撑管托14支撑在地面上， 述支撑管托14由两个带耳孔20的半圆环17通过螺栓可拆卸相连组成，底部的半圆环17设 有支座，使得侧测试管道便于更换。

两个测试管道直径可以相同也可以不同，本实施例中，第一测试管道8和第二测试管道 9的直径大小分别为50mm和75mm，且第一测试管道8和第二测试管道9上渗漏孔15均设置有3个，第一测试管道8上3个渗漏孔15的位置分别为距离其一端2m、5m、7.5m，第二 测试管道9上3组渗漏孔15的位置分别为距离其一端1m、3.5m、6m，通过在多个位置进行 监测，可以保证后续监测结果的准确性。三个渗漏孔15依次为左端、中部、右端。

所述测温光纤12缠绕在测试管道表面后与测试主机相连，所述测试主机为DTS主机， 本实施例中，所述测温光纤12在测试管道表面来回折型分布，形成在测试管道表面的多根相 互平行的测线，有利于扩大监测面。

每个所述测试管道上均设有一个将测温光纤12包裹在内的防护罩16，所述防护罩16截 面为大于180度的弧形，如图2所示，防护罩16本身采用便于卡合在测试管道表面的弹性材 料制成，这样可以将防护罩16轻轻掰开，开合在测试管道上，既可以使得光纤牢固附着在测 试管道表面，又便于安装和拆卸。

将本发明系统搭建后，即可开始进行管道泄漏监测实验，启动增压泵3，给测试管道加 压，通过测温光纤12监测测试管道表面温度变化；

通过改变增压泵3的压力或者渗漏孔15的孔径来改变泄漏速度，监测不同泄漏速度下温 度变化值，建立泄漏速度和温度变化的对应关系，获得这种对应关系即可对象现场管道泄漏 监测。

本实施例的工作原理：在使用该基于分布式光纤测温技术的管廊管道监测物理模型试验 装置时，将温水倒入到储罐1的内部，然后，将第一测试管道8和第二测试管道9之间通过 三通7相连后与供给总管6相连，然后在第一测试管道8上的2m、5m、7.5m处以及第二测试管道9上的1m、3.5m、6m处分别开设好渗漏孔15，然后通过外界的防水胶带对渗漏孔15 的大小进行调节，之后，将测温光纤12(本发明采用多模光纤)缠绕在第一测试管道8和第 二测试管道9的外部，之后，再将防护罩16与第一测试管道8和第二测试管道9之间进行卡 合，便可以达到将测温光纤12的位置进行固定限位，固定完成后，将供给总管6与增压泵出 口4相连，进水管2两端分别与储罐1和增压泵3的入口相连，最后，通过支撑管托14对第 一测试管道8和第二测试管道9的位置进行固定，由此增压泵3将水源压入到总供给管的内 部，然后分别进入到第一测试管道8和第二测试管道9的内部，进入到第一测试管道8和第 二测试管道9的水源会在不同的渗漏孔15的位置渗漏出来，配合测温光纤12上管内光纤测 温仪的设置，便可以及时的将数据输入到显示屏的上方，由此也就可以及时的达到对渗漏孔 15的位置进行实时的监控，同时在检测完成后，工作人员还可以对防护罩16进行拆卸，控 制防水胶带对渗漏孔15的孔径大小进行遮挡，达到对孔径大小进行调节，然后，重复上述工 作，便达到可以进行多组监测试验的效果。

需要说明的是，本发明以水为测试介质进行举例说明，实际上不限于水，各种有机液体、 液化气、天然气等都可以，对于挥发性液体效果更好，挥发性液体渗漏点温度变化更大，更 利于检测定位，本发明测试管道的数量也不限于两个，可以为3个或者4个。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换， 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。