光纤泄漏监测系统定位优化换算方法及辅助定位校准系统

邱华伟，李广山，胡春峰，王帅，邱晓霞，邱秀娟

光纤泄漏监测系统定位优化换算方法及辅助定位校准系统

邱华伟，李广山，胡春峰，王帅，邱晓霞，邱秀娟

（唐山兴邦管道工程设备有限公司，河北 唐山 064106）

通过定位精度计算方法能够有效提高光纤监测系统的实际监测精度，为光纤监测系统的维稳运行提供相应理论支持，光纤辅助定位校准系统能够有效提高光纤监测系统在施工过程中的安装精度，为光纤泄漏监测系统精准定位泄漏源头提供可靠技术支持。

供热管网；管道运行监测系统；光纤管道泄漏监测系统；泄漏监测

1 前言

管道运输作为一种安全、方便的运输方式已在现代社会中得到广泛的应用，尤其是在长距离输送油气、供水、供热等领域占据了主导地位，为人们的生产、生活带来了极大的便利。但是，管道运输方式会受各种不良因素（包括管道老化、管道铺设地的地质条件等）的影响，极易出现管道泄漏现象，为了解决这一问题，保证管道的正常运行，高效精密的管道监测技术也在不断发展进步中。

管道泄漏监测技术的发展是管道运输工程中的一个重要环节，因为管道泄漏会带来许多严重的不良影响，包括能源浪费和环境污染，甚至造成重大的经济损失。

2 国内管道泄漏监测系统实施运行现状

目前国内对于保温管道泄漏监测的相关标准已经陆续在颁布或实施或在编等，但是中国国内热力管网大部分都属于老旧管网，二次开挖维护管网安全运行经费开销巨大，不容易实现管网泄漏监测系统的安装。因此管道泄漏监测设备主要应用于新管网的配套安装与实施当中，但受限于管道泄漏监测设备技术不完善，很多新建管道泄漏监测设备在实际运行监测管网过程中困难重重，因管道泄漏监测设备技术不成熟或监测设备报警不准确，为用户带来的问题比比皆是，但管网运行实际上是一个长久的过程，管道泄漏所造成的经济损失以及社会影响往往是巨大的，长远来看，适合中国国情的成熟可靠的管道泄漏监测设备是市场的迫切需要，也是提升中国热力管网综合装备技术的需要。

3 供热管网安全运行监测系统的选择

目前国内监测保温管道泄漏的装置种类繁多，如热能探测管道泄漏装置、声呐探测管道泄漏装置、振动探测管道泄漏装置等，这类管道泄漏监测局限性较高，实时在线监测这方面功能不够完善，多适合在特定的条件下使用。

目前，市场上实时管道泄漏在线监测系统主要有两种：①报警线预制在保温层里面，通过检测报警线阻值变化来实时在线监测管道泄漏情况的产品，但这种产品对补口工艺要求很高，产品的环境适应能力弱，雨雪天气无法有效保证补口处报警线对接质量，影响施工进度，因此市场推广度也不高；②外置于保温管道外壁的光纤管道泄漏监测系统，测温光纤通过测量管道泄漏时四周温度的变化而进行报警提示，同时光纤铺设普遍适用于各种工况环境，光纤管道泄漏监测系统具有监测范围广，监测灵敏度高，温度分辨率高，随管道铺设安装方便等优点，是适用于中国国情下的管道泄漏监测产品。

4 光纤管道泄漏监测系统简介

4.1 技术优势

本系统采用全光纤传感技术实现供热管网的泄漏监测及定位、井室的水位及瓦斯浓度监测和管网关键位置处的应力应变监测。对比于传统的检测方法，光纤传感监测系统有远程传输、多参数、大容量、实时在线、抗干扰、本质安全等优点。

对于供热管网泄漏监测来说，一根光纤可测量超过 15 km的供热管道外表面的温度分布，并给出温度数据对应的空间位置，一台同时具备多通道测量的分布式光纤温度传感主机能够测量多条管线组成的管网的温度，在光纤敷设范围内的管道发生泄漏时，能够根据光缆感受的温度、温升以及温度扩散范围、速度等参数及时准确定位管道泄漏的位置和趋势。

4.2 系统架构

分布式光纤主要功能系统架构如图1所示。

5 光纤管道泄漏监测系统实施方案

光纤管道泄漏监测系统主要分为两个部分：①测温光纤主机，主要对光纤反馈回来的光反射信号进行收集、分析、处理，再通过一定程序的运算方法得到相应光纤位置的温度；②随保温管道铺设的光纤监测线，主要铺设于管道水平面以下，多以捆扎带进行固定，同时光纤监测线的数量也可根据实际情况进行调整，原则上监测光纤线环绕外护管铺设越密集，光纤监测效果越好。

图1 系统架构图

光纤监测线在紧贴保温管道外壁安装过程中，由于本身材质影响，不可避免会出现松弛现象，进而造成光纤监测线的实际位置与管道位置不能达到一一对应的问题，如果管道发生泄漏，光纤监测线并不能准确反映泄漏的位置，这样也会浪费管道维修人员的时间、精力。为此，研发了一种光纤定位精度优化的运算方法。

6 光纤定位精度优化的运算方法

对一种光纤管道泄漏监测系统定位精度优化计算的方法进行如下具体介绍。

由于光纤长距离绑缚在管道外护管外侧管壁上，光纤会有一定的松弛度，如图2所示，所以管道起点A到终点B的光纤长度与管道长度不完全一致，大于的长度。那么起点A到C点泄漏点的光纤感温点的长度，也大于起点A到C管道泄漏点的距离的长度。

图2 管道泄漏点位置距离

管道泄漏监测系统要把显示给用户的管道泄漏点C的位置由光纤线映射给管道泄漏监测系统，使用公式=×/，泄漏点光纤的位置距离转化为管道泄漏点位置距离。

在管道泄漏监测系统光纤线安装过程中，需要掌握管网的设计规划图纸以及管道距离分布图，另外需要记录在光纤铺设过程中对应管段光纤线的实际使用距离。

整条管道总长与光纤线总长之间的相关系数=管道总长/对应光纤总长。当管道发生泄漏时，管道泄漏监测系统把显示给用户的管道泄漏点的位置由光纤线映射给管道泄漏监测系统，使用公式=×/，泄漏点光纤线的监测位置转化为管道泄漏点的实际位置。

管道泄漏位置经过软件计算导出，然后通过软件平台，在客户端显示具体泄漏位置。

7 光纤管道泄漏监测辅助校准系统

针对光纤管道泄漏监测系统，在光纤敷设施工中由于施工误差及光纤本身应力影响光纤的敷设长度不能准确对应实际管网位置这一问题，提供了一种辅助校准系统。

光纤管道泄漏监测辅助校准系统由传感器、便携式电源、加热单元、定位模块、4G网络模块、云端服务器等组成，所述光纤管道泄漏监测辅助定位校准统（以下简称“辅助校准系统”）通过云服务器实施可远程控制与光纤管道泄漏系统组成联网系统。

在施工过程中将辅助校准系统通过捆扎带夹紧在待测定光纤的上，辅助校准系统中的定位模块对当前管线位置进行定位校准工作，并将采集的定位信息发送至云端服务器；云端服务器接收到定位信息后，光纤管道泄漏监测系统开始扫描整根光纤，并持续记录整根光纤温度、距离变化曲线图；光纤管道泄漏监测系统扫描的同时，辅助校准系统加热单元开始进行加热升温，当温度升高至一定温度时，加热单元保持预设温度恒定发热；传感器进行温度采集读取后，将温度信息通过4G网络模块上传至云端服务器；云端服务器将接收到的光纤管道泄漏监测系统温度曲线与辅助校准系统位置及温度信息通过分析单元进行数据处理；云端服务器上的校准分析单元进行多组数据分析对比，与辅助校准系统上传的GPS定位信号匹配绑定，在地图上自动标点实际管道温度、位置信息。

一种用于管道测温光缆敷设施工测温定位校准系统具有操作简便、测量精度高、受地域影响小、升温快等特点，是一种与光纤管道泄漏监测系统相匹配较理想的辅助校准系统。随着管道测温光纤的敷设具有广阔的市场前景。辅助校准系统与光纤管道泄漏监测系统运行原理如图3所示。

综上，通过光纤管道泄漏监测辅助校准系统以及光纤定位精度优化换算方法两大技术层面上的支持，使得光纤管道泄漏监测系统在实际应用中拥有更为可靠的技术支撑，弥补了光纤管道泄漏监测系统的不足，使得光纤管道泄漏监测系统的功能更加精准化、实用化。同时助力光纤管道泄漏监测系统在中国供热管网监测领域的市场推广，为中国热力管网的综合质量提供可靠技术支持。

图3 辅助校准系统与光纤管道泄漏监测系统运行原理示意图

［1］周抗冰，贾丽华，孙蕾，等.CJJ/T 254—2016 城镇供热直埋热水管道泄漏监测系统技术规程［S］.北京：中国建筑工业出版社，2016.

［2］城市建设研究院，北京市煤气热力工程设计院有限公司，中国市政工程华北设计研究院，等.CJJ/T 81—2013城镇供热管网设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2013.

TU995.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.18.002

2095－6835（2020）18－0004－02

邱华伟（1979—），男，专科，高级工程师，唐山兴邦管道工程设备有限公司董事长，研究方向为设备工程。

〔编辑：严丽琴〕