本實用新型專利技術涉及海底油氣管道泄漏監測技術領域，所要解決的技術問題是提供一種適用于長距離海管泄漏監測的傳感器，在長距離海管的各個泄漏監測點上均設置振動傳感光纖干涉儀，干端信號處理設備通過主干光纜向各個監測點的振動傳感光纖干涉儀輸入光信號；輸入光信號經過各個監測點的振動傳感光纖干涉儀后，輸出干涉光，并通過主干光纜輸出至干端信號處理設備；干端信號處理設備從各個監測點的振動傳感光纖干涉儀輸出的干涉光的光強的變化中解調出振動敏感線圈中光相位的變化，獲得引起光相位變化的振動信號的大??；通過信號的分析和處理，將振動信號超過預警值的振動傳感光纖干涉儀識別出來，對泄漏點的位置進行定位。對泄漏點的位置進行定位。對泄漏點的位置進行定位。
【技術實現步驟摘要】
一種適用于長距離海管泄漏監測的傳感器
[0001]本技術涉及海底油氣管道泄漏監測
，具體涉及一種適用于長距離海底油氣管道泄漏監測的傳感器。
技術介紹
[0002]海底管道是海上石油、天然氣運輸方式中最為經濟合理的選擇。截至2015年底，我國共建設海底管道336條，累計長度約6307km，擔負著海洋原油、天然氣等重要能源的輸送任務。然而，隨著海底管道的不斷建造以及服役時間的不斷增長，海水腐蝕和第三方破壞等對海底管道造成損傷的潛在風險也在不斷累積，造成海底油氣管道泄漏事故的不斷發生。據統計，我國近年來共發生38起海底管道事故：其中第三方破壞15起，占39.5％；內腐蝕11起，占比28.9％；外腐蝕3起，占比7.9％。海底管道一旦發生泄漏，如未能及時察覺并采取相應的處理措施，勢必造成巨大的經濟損失和社會問題。
[0003]經過國內外相關研究機構多年的研究和實踐，目前管道泄漏監測方法大致可以分為內部監測法和外部監測法兩大類。其中內部監測法主要有壓力梯度法、壓力點分析法、負壓波法、流量平衡法、次聲波法等；外部監測法主要有光纖監測法、氣體成像法、氣體監測法等。其中，光纖傳感技術因為具有探測跨度大、環境適應性好、水下電無源、靈敏度高等特點，近年來已經逐漸取代一些傳統的監測技術，成為管道泄漏監測的主流技術之一。目前適用長距離管道泄漏監測的光纖傳感技術主要分為分布式溫度/振動傳感技術和準分布式振動傳感技術。
[0004]分布式溫度傳感技術將傳感光纜和油氣管道相鄰并排安裝，并采用分布式光纖測溫技術測量傳感光纜上的溫度分布。當油氣管道發生泄漏后，高壓液體/氣體由于內外壓差向外泄漏，會導致泄漏點附近溫度發生變化。通過管道相鄰的傳感光纜測量泄漏時的溫度變化就可以識別泄漏的發生并進行定位。
[0005]分布式振動傳感技術將傳感光纜和油氣管道相鄰并排安裝，采用干涉原理或者后向散射原理測量傳感光纜沿途的振動信號。當油氣管道發生泄漏時會產生管壁異常振動聲波。通過管道相鄰的傳感光纜測量泄漏時發出的振動信號來識別泄漏的發生并進行定位。分布式傳感技術的優點在于傳感端結構相對簡單，并且能夠實現長距離的連續測量。但由于其利用光纖中的弱反射信號進行探測，信號分辨能力較弱，所以虛警率比較高。同時，較長的探測距離也限制了其探測的頻率響應范圍。
[0006]專利名稱為《一種基于光纖傳感的天然氣管道泄漏監測方法》CN102997063A的專利文本公開了一種準分布式管道泄漏監測系統。該系統在管道上隔一定距離安裝一個光纖振動傳感器，并采用頻分/空分復用的方式組成準分布式傳感陣列，監測管道上泄漏產生的振動信號，通過信號的分析處理，識別泄漏的發生并定位。其中光纖振動傳感器由彈性結構及光纖干涉儀所構成。上述監測系統具有比分布式傳感系統更高的靈敏度。但其機械結構比較復雜，并且由于不同的傳感單元需要采用不同的光程差，光路結構相對復雜。
[0007]以上技術都有在陸上油氣管道監測的相關報道，而海洋環境的特殊性以及鋪管工
藝流程的制約，使得這些適用于陸上油氣管道泄漏監測的光纖傳感技術并不完全適用于海管的泄漏監測。
[0008]海水的熱容大，管道泄漏帶來的海水溫度變化較小。海管通常為雙層管結構，內層為輸油氣的鋼管，外層為水泥配重保護層。由于配重保護層的存在，大幅降低了管外測溫/測振的靈敏度和信噪比。另外，為了方便運輸，海管在工廠加工成十幾米至幾十米的一段。在船上鋪管前，分段的海管需要經過焊接，配重包裹等工序形成連續長距離管道，并下放到海里。若為了提高監測靈敏度，將傳感主干光纜直接埋設于配重保護層中，那么每段海管之間的光路連接只能通過現場熔接或是水密連接器來實現。在長距離情況下，傳感主干光纜上龐大的連接點數量會導致主干光路損耗逐點累積，無法實現傳感信號的有效傳輸。假設海管總長度為100km，單根海管長度為12m，那么傳感光纜上將存在8000多個連接點。假設連接點的光學損耗為0.05dB，那么 100km往返的光學損耗將超過800dB。
[0009]上述原因使得現有的分布式光纖溫度/振動傳感技術并不適合長距離海管的泄漏監測。而上述專利CN102997063A所提出的準分布式管道泄漏監測系統由于傳感器體積比較大，不適合埋入海管的配重保護層中；并且泄漏的振動信號需要通過管道和傳感器彈性結構間的耦合才能作用到傳感光纖上，存在一定的能量損失，限制了探測靈敏度的進一步提高。
[0010]所以，急需研究開發適用于長距離海管泄漏監測的傳感器。
技術實現思路
[0011]本技術所要解決的技術問題是克服現有技術存在的問題，提供一種適用于長距離海管泄漏監測的傳感器。
[0012]為解決以上技術問題，本技術采用以下技術方案：
[0013]一種適用于長距離海管泄漏監測的傳感器，其特征在于：在長距離海管的各個泄漏監測點上均設置振動傳感光纖干涉儀，所述振動傳感光纖干涉儀包括第一振動敏感線圈23、第一法拉第反射鏡24、第一光纖耦合器33、第二光纖水密連接器37；所述第一振動敏感線圈23是在監測點的單根海管內部的鋼管21上直接纏繞一端連接有一個第一法拉第反射鏡24的傳感光纖構成，第一振動敏感線圈23的另一端引出配重保護層22，并安裝一個第一光纖水密連接器25；對應第一振動敏感線圈23的安裝位置設置有接駁盒32，所述第一光纖耦合器33、第一法拉第反射鏡24安裝在接駁盒32 中；第一振動敏感線圈23通過第一光纖水密連接器25與接駁盒32中的第一光纖耦合器33連接，各個接駁盒32設置在海管上的主干光纜31上，主干光纜31中的光纖 38用于連接接駁盒32中第一光纖耦合器33的光信號輸入端和光信號輸出端；主干光纜31的一端被引至水上與干端信號處理設備相連接。
[0014]進一步的，所述干端信號處理設備包括光源45、第一光電轉換設備46以及信號處理端機47。
[0015]進一步的，所述接駁盒32的外形設計成與主干光纜31外形一致，設置有接駁盒 32的主干光纜31采用外部鎧裝結構。
[0016]進一步的，主干光纜31通過子母管卡53與海管快速固定在一起，并伴隨海管一同布放下海。
[0017]本技術對比現有技術有如下的有益效果：
[0018]1、靈敏度高：本技術將敏感光纖/光纜直接繞在被測海管上，直接傳感海管上的振動信息，不存在中間環節的能量傳遞，也有效避免了能量的損失；同時由于單根海管的長度長達幾十米，可纏繞的敏感光纖/光纜長度可達幾百甚至上千米，所以可以實現很高的傳感靈敏度。
[0019]2、傳輸損耗低：在該方案中，使用水密連接器的位置僅有振動敏感線圈和主干光纜上的接駁盒之間的連接，各個水密連接器的連接損耗不會累積；主干光纜的光路采用光纖焊接的方式進行連接，各點的連接損耗可降至0.01dB。在制作主干光纜時，通過配置時分光路上光纖耦合器的分光比以及各個空分光路上的光信號放大幅度，可以使得每個傳感器的信號光強度大致相當，有利于陣列信號的精確解調。
[0020]3、施工方便：采用水密連本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種適用于長距離海管泄漏監測的傳感器，其特征在于：在長距離海管的各個泄漏監測點上均設置振動傳感光纖干涉儀，所述振動傳感光纖干涉儀包括第一振動敏感線圈(23)、第一法拉第反射鏡(24)、第一光纖耦合器(33)、第二光纖水密連接器(37)；所述第一振動敏感線圈(23)是在監測點的單根海管內部的鋼管(21)上直接纏繞一端連接有一個第一法拉第反射鏡(24)的傳感光纖構成，第一振動敏感線圈(23)的另一端引出配重保護層(22)，并安裝一個第一光纖水密連接器(25)；對應第一振動敏感線圈(23)的安裝位置設置有接駁盒(32)，所述第一光纖耦合器(33)、第一法拉第反射鏡(24)安裝在接駁盒(32)中；第一振動敏感線圈(23)通過第一光纖水密連接器(25)與接駁盒(32)中的第一光纖耦合器(33)連接，各個接駁盒(32)...
【專利技術屬性】
技術研發人員：高侃，陳緒興，吳昺炎，
申請(專利權)人：上海傳輸線研究所中國電子科技集團公司第二十三研究所，
類型：新型
國別省市：
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