Lecküberwachungssystem für Erdgasleitungen

Die Notwendigkeit eines Lecküberwachungssystems für Erdgasleitungen

Seit dem 21. Jahrhundert, mit der rasanten Entwicklung der chinesischen Wirtschaft, Die Nachfrage nach Erdgas ist rasant gestiegen, und die Baugeschwindigkeit von Öl- und Gaspipelines hat sich kontinuierlich beschleunigt. Zum Ende von 2019, Die Gesamtlänge der chinesischen Erdgas-Fernpipelines hat erreicht 7.26 × 104 km, Bildung eines Gasversorgungsmusters von “West-Ost-Gastransport, Nordgas-Südmigration, Seegaslandung, Backbone-Verbindung, und lokale Vernetzung”. Nach entsprechenden Plänen, Die Gesamtlänge des chinesischen Öl- und Gaspipelinenetzes wird mehr als betragen 24 × 104 km 2025. Der Pipelinetransport ist die am häufigsten genutzte Art des Erdgastransports, mit den Vorteilen der Sicherheit, Zuverlässigkeit, geringer Energieverbrauch, schadstofffrei, und grundsätzlich unabhängig vom Klima. Langstrecken-Erdgaspipelines durchqueren häufig komplexe Geländegebiete wie Flüsse, Gebirge, und Goaf-Bereiche, Dies macht sie anfällig für Schäden durch Dritte, die zu Pipeline-Lecks führen können. Wenn freiliegende oder undichte Rohrleitungen nicht rechtzeitig erkannt werden und entsprechende Maßnahmen nicht ergriffen werden können, Dies wird unweigerlich zu gewissen wirtschaftlichen Verlusten für die Pipeline-Betriebseinheit führen, und in schweren Fällen, Es kann zu schweren Unfällen und Todesopfern kommen. Die rechtzeitige und genaue Erkennung von freigelegten oder undichten Erdgaspipelines ist von großer Bedeutung für den sicheren Betrieb von Pipelines und die Sicherheit von Leben und Eigentum von Menschen entlang der Route.

Die Leckageüberwachungstechnik für Erdgas-Ferntransportleitungen lässt sich in zwei Kategorien einteilen:

① Interne Inspektionsmethoden basierend auf dem magnetischen Fluss, Wirbelstrom, Kamera, etc;

② Externe Erkennungsmethode basierend auf physikalischen Parametern des Rohrleitungsdrucks, Temperatur, Durchflussmenge, Ton, und Vibration. Es wurde die Idee vorgeschlagen, ein faseroptisches Temperaturerfassungssystem zur Erkennung von Lecks in Erdgasleitungen zu verwenden, und a verteilte Glasfaser Es wurde ein Temperaturmesssystem für Raman-Streuung entwickelt. Basierend auf der Erfassung von Temperaturänderungen bei Pipeline-Lecks, Die Überwachung von Gaspipeline-Lecks wurde erreicht. Die auf R-OTDR basierende verteilte faseroptische Temperaturüberwachungsmethode wird zur Überwachung der Pipeline-Sicherheit verwendet.

Der Einsatz verteilter faseroptischer Sensortechnologie bei der Überwachung unterirdischer Rohrleitungen wird durchgeführt. Die Vorteile der Zeitbereichsanalyse der Brillouin-Streuung (BOTDA) Technologie umfassen: Dual-End-Messung mit großem Dynamikbereich, kurze Prüfzeit und hohe Genauigkeit, absolute Temperatur und Dehnung können gemessen werden, räumliche Auflösung erreichen kann 0.1 m, und große Prüfdistanz (bis 25 Kilometer). Forschung zu verteilter Glasfaser Lecküberwachung von Erdgasleitungen basierend auf der faseroptischen Temperaturmesstechnologie von BOTDA und der Vor-Ort-Verifizierung an Erdgaspipelines.

Prinzipien der verteilten Glasfasertechnologie
1. Das Prinzip der verteilten faseroptischen Temperaturmessung

“Verteilte Erfassung” bezieht sich auf die Verwendung optischer Fasern als lineare Sensoren zur Bereitstellung von Messinformationen während des gesamten faseroptischen Prozesses. Basierend auf den Analyseergebnissen von rückgestreutem Licht, das durch Laserimpulse erzeugt wird, die sich entlang der Faseroptik ausbreiten, Eine einzige Glasfaser kann verwendet werden, um Tausende von Einzelpunktsensoren zu ersetzen, was viel Installationsaufwand sparen kann, Kalibrierung, und Wartungskosten. Wenn sich Licht in Glasfasermaterialien ausbreitet, Es kommt zur Brillouin-Streuung. Brillouin-Streuung ist die Streuung, die durch die Wechselwirkung zwischen Lichtwellen und Schallwellen verursacht wird (erzeugt durch die Brownsche Bewegung von Fasermaterialmolekülen) bei der Ausbreitung in optischen Fasern. Die Frequenz des Streulichts ist gegenüber dem einfallenden Licht um die Brillouin-Frequenz verschoben. Temperatur- und Dehnungsmessungen können durch Messung der Frequenzverschiebung des rückgestreuten Brillouin-Lichts von gepulstem Licht durchgeführt werden. Es gibt zwei Haupttypen von Temperatur- und Dehnungsmesstechnologien, die auf dem Brillouin-Streuungsprinzip basieren: verteilte faseroptische Sensortechnologie basierend auf optischer Zeitbereichsreflexion (BOTDR) und verteilte faseroptische Sensortechnologie basierend auf optischer Zeitbereichsanalyse (BOTDA). Zur Verbesserung der Signalstärke, Die verteilte faseroptische Sensortechnologie von BOTDA nutzt zwei entgegengesetzte Durchlichtlichter, um die Brillouin-Streuung zu verbessern, Dies führt zu einer höheren Temperatur- und Dehnungsmessgenauigkeit und einem größeren Messabstand.

Prinzip der Temperaturreduzierung an Leckstellen

Wenn eine Erdgasleitung undicht ist, Das Gas strömt über und vergrößert sein Volumen. Nach dem Joule-Thomson-Effekt, Die lokale Temperatur um die Leckagestelle der Rohrleitung wird schnell sinken, und im Boden rund um die Rohrleitung bildet sich ein Temperaturgradient. Wenn sich die Temperatur in der Formation in der Nähe der Leckstelle ändert, Die in der Nähe der Pipeline verlegte Glasfaser kann diese Änderung in Echtzeit überwachen und an das Überwachungssystem übermitteln, um den Ort der Leckagestelle zu bestimmen. Durch die Gestaltung von Experimenten mit verschiedenen Faktoren können entsprechende Beziehungen zwischen verschiedenen Leckagebedingungen hergestellt werden, Leckmengen, und Temperatursenkungen, Bereitstellung wertvollerer Rückmeldungsdaten für Lecks in Ferngasleitungen.

Auf BOTDA basierende verteilte optische Fasern sind temperaturempfindlich, und jeder Anstieg oder Abfall der lokalen Temperatur der Faser kann zu einer Verschiebung der Brillouin-Frequenz führen, und die Temperaturvariable hat eine lineare Beziehung zum Ausmaß der Brillouin-Frequenzverschiebung.

Prinzip der Leckpunkttemperaturpositionierung

Wenn ein Laserimpuls in einem bestimmten Winkel in eine Faser eingeführt wird, es kommt zur Streuung. Die Zeit, die der Laserpuls benötigt, um sich innerhalb der Faser auszubreiten, kann berechnet werden, um den Temperaturänderungspunkt zu lokalisieren:

Bau eines faseroptischen Temperaturmess- und Überwachungssystems
Übersicht über die Überwachungsstelle für Erdgaspipelines

Die Gesamtlänge der Hauptleitung des Erdgaspipeline-Projekts beträgt ca 715 Kilometer, mit einem Durchmesser von 1422 Mm, ein Auslegungsdruck von 12 MPa, und eine Auslegungsübertragungskapazität von 380 × 108 m3/a; Ausgangspunkt der Nebenstrecke ist die Verteilerstation Changling der Hauptstrecke, und der Endpunkt ist die Changchun-Verteilungs- und Reinigungsstation. Die Gesamtlänge beträgt 109 Kilometer, mit einem Rohrdurchmesser von 1016 Mm, ein Auslegungsdruck von 10 MPa, und eine Designkapazität von 114 × 108 m3/a. Laut Konstruktionsunterlagen, Die überwachte Pipeline ist dieses Mal in zwei Abschnitte unterteilt. Im Bereich mit hoher Konsequenz des Bereichs der dritten Ebene, Der Überwachungsbereich der Hauptleitung beträgt 10 km flussabwärts vom Startpunkt der HC25-Ventilkammer, und der Überwachungsbereich der Abzweigleitung beträgt 35 km flussabwärts vom Ausgangspunkt der Übertragungsstation.

Bau eines Systems zur Überwachung von Erdgaslecks

Das Temperaturüberwachungssystem besteht aus 2 Hosts für faseroptische Temperaturmessungen, 1 Server (inklusive Anzeige), 1 schalten, Signalverarbeitungs- und Analysesoftware, etc. Das 2 Glasfaser-Temperaturmesshosts sind jeweils im Ventilraum und in der Verteilerstation angeordnet, und der Server und der Switch sind in der Verteilerstation angeordnet. Verwendung von 2-adrigen Lichtwellenleitern aus bereits im selben Graben verlegten optischen Kommunikationskabeln zur Bildung einer Messschleife, Echtzeit-Erfassung von Temperaturänderungen rund um die optischen Fasern und deren Übertragung an den Host für die faseroptische Temperaturmessung; Der faseroptische Temperaturmess-Host empfängt und verarbeitet optische Signale entlang der Pipeline zur direkten Demodulation, und lädt die demodulierten Daten auf den Server hoch. Nach der Berechnung der Signalverarbeitungs- und Analysesoftware, wenn die Temperatur die Alarmschwelle überschreitet, Der Temperaturalarm und die Position werden angezeigt.

Die Installation und Fehlerbehebung des Temperaturüberwachungssystems wird beginnen. Basierend auf den Koordinatendaten der Schweißverbindungen während der Bauzeit und den Baudaten von optischen Kommunikationskabeln, Alle Kabellängen im Kabelschacht und Kabeleinführungslängen werden abgezogen. Die Kabellänge wird an die Pipelinelänge angepasst, um den minimalen Fehler sicherzustellen