سیستم پایش نشت خط لوله گاز طبیعی

The necessity of natural gas pipeline leakage monitoring system

Since the 21st century, with the rapid development of China’s economy, the demand for natural gas consumption has increased rapidly, and the construction speed of oil and gas pipelines has been continuously accelerating. As of the end of 2019, the total length of China’s natural gas long-distance pipelines has reached 7.26 × 104km, forming a gas supply pattern of “West East Gas Transmission, North Gas Southward Migration, Sea Gas Landing, Backbone Interconnection, and Local Networking”. According to relevant plans, the total length of China’s oil and gas pipeline network will exceed 24 × 104km by 2025. حمل و نقل خط لوله متداول ترین روش حمل و نقل گاز طبیعی است, با مزایای ایمنی, قابلیت اطمینان, مصرف انرژی پایین, بدون آلودگی, و اساساً تحت تأثیر آب و هوا نیست. خطوط لوله گاز طبیعی مسافت طولانی اغلب از مناطق پیچیده زمین مانند رودخانه ها عبور می کنند, کوه ها, و مناطق گوف, آنها را در برابر آسیب های شخص ثالث که منجر به نشت خط لوله می شود آسیب پذیر می کند. اگر خطوط لوله در معرض یا نشتی را نتوان به موقع تشخیص داد و اقدامات مربوطه را نمی توان انجام داد, به طور اجتناب ناپذیری خسارت اقتصادی خاصی به واحد عملیات خط لوله وارد می کند, و در موارد شدید, ممکن است باعث تصادفات بزرگ مانند تلفات شود. تشخیص به موقع و دقیق خطوط لوله گاز طبیعی در معرض یا نشتی برای اطمینان از عملکرد ایمن خطوط لوله و ایمنی جان و مال مردم در طول مسیر اهمیت زیادی دارد..

فناوری پایش نشت برای خطوط لوله انتقال گاز طبیعی در مسافت های طولانی را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

① روش های بازرسی داخلی بر اساس شار مغناطیسی, جریان گردابی, دوربین, غیره;

② روش تشخیص خارجی بر اساس پارامترهای فیزیکی فشار خط لوله, درجه حرارت, نرخ جریان, صدا, و ارتعاش. ایده استفاده از یک سیستم سنجش دمای فیبر نوری برای تشخیص نشت خط لوله گاز طبیعی پیشنهاد شده است, و الف فیبر نوری توزیع شده سیستم اندازه گیری دمای پراکندگی رامان توسعه داده شده است. بر اساس ثبت تغییرات دما در طول نشت خط لوله, نظارت بر نشت خط لوله گاز انجام شده است. روش نظارت بر دمای فیبر نوری توزیع شده بر اساس R-OTDR برای نظارت بر ایمنی خط لوله استفاده می شود.

استفاده از فناوری سنجش فیبر نوری توزیع شده در پایش خطوط لوله زیرزمینی در حال انجام است. مزایای تجزیه و تحلیل دامنه زمانی پراکندگی بریلوین (بوتدا) تکنولوژی شامل: اندازه گیری انتهای دوگانه با محدوده دینامیکی بزرگ, زمان تست کوتاه و دقت بالا, دما و کرنش مطلق را می توان اندازه گیری کرد, وضوح فضایی می تواند برسد 0.1 m, و مسافت طولانی تست (تا 25 کیلومتر). تحقیق در مورد فیبر نوری توزیع شده پایش نشت خط لوله گاز طبیعی بر اساس فن آوری اندازه گیری دمای فیبر نوری BOTDA و تأیید در محل در خطوط لوله گاز طبیعی.

اصول فناوری فیبر نوری توزیع شده
1. اصل اندازه گیری دمای فیبر نوری توزیع شده

“سنجش توزیع شده” به استفاده از فیبرهای نوری به عنوان حسگرهای خطی برای ارائه اطلاعات اندازه گیری در سراسر فرآیند فیبر نوری اشاره دارد. بر اساس نتایج تجزیه و تحلیل نور پس پراکنده تولید شده توسط پالس های لیزری منتشر شده در طول فیبر نوری, می توان از یک فیبر نوری برای جایگزینی هزاران سنسور تک نقطه ای استفاده کرد, که می تواند تا حد زیادی در نصب صرفه جویی کند, کالیبراسیون, و هزینه های نگهداری. هنگامی که نور در مواد فیبر نوری منتشر می شود, پراکندگی بریلوین رخ می دهد. پراکندگی بریلوین پراکندگی ناشی از تعامل بین امواج نور و امواج صوتی است. (ایجاد شده توسط حرکت براونی مولکول های مواد فیبر) هنگام انتشار در فیبرهای نوری. فرکانس نور پراکنده توسط فرکانس بریلوین نسبت به نور فرودی جابجا می شود. اندازه‌گیری دما و کرنش را می‌توان با اندازه‌گیری تغییر فرکانس نور بریلوین پراکنده عقب نور پالسی به دست آورد.. دو نوع اصلی از فناوری های اندازه گیری دما و کرنش بر اساس اصل پراکندگی بریلوین وجود دارد: فناوری سنجش فیبر نوری بر اساس بازتاب نوری دامنه زمان (BOTDR) و فناوری سنجش فیبر نوری را بر اساس تجزیه و تحلیل دامنه زمان نوری توزیع کرد (بوتدا). برای افزایش قدرت سیگنال, فناوری سنجش فیبر نوری توزیع شده BOTDA از دو نور عبوری مخالف برای افزایش پراکندگی بریلوین استفاده می کند., منجر به دقت اندازه گیری دما و کرنش و فاصله اندازه گیری بیشتر می شود.

اصل کاهش دما در نقاط نشتی

هنگامی که یک خط لوله گاز طبیعی نشت می کند, گاز سرریز می شود و حجم آن افزایش می یابد. با توجه به اثر ژول تامسون, دمای محلی در اطراف نقطه نشتی خط لوله به سرعت کاهش می یابد, و یک گرادیان دما در خاک اطراف خط لوله ایجاد می شود. هنگامی که دما در سازند نزدیک نقطه نشتی تغییر می کند, فیبر نوری نصب شده در نزدیکی خط لوله می تواند این تغییر را در زمان واقعی نظارت کند و آن را به سیستم مانیتورینگ منتقل کند تا مکان نقطه نشتی را تعیین کند.. طراحی آزمایش‌ها با عوامل مختلف می‌تواند روابط متناظری را بین شرایط مختلف نشت ایجاد کند, مقادیر نشت, و کاهش دما, ارائه اطلاعات بازخورد ارزشمندتر برای نشت خطوط لوله گاز طبیعی در مسافت های طولانی.

فیبرهای نوری توزیع شده بر اساس BOTDA حساس به دما هستند, و هر افزایش یا کاهش در دمای محلی فیبر می تواند باعث تغییر فرکانس بریلوین شود, و متغیر دما با مقدار جابجایی فرکانس بریلوئن رابطه خطی دارد.

اصل موقعیت یابی دمای نقطه نشتی

هنگامی که یک پالس لیزر در یک فیبر در یک زاویه خاص قرار می گیرد, پراکندگی رخ می دهد. زمان انتشار پالس لیزر در فیبر را می توان برای تعیین نقطه تغییر دما محاسبه کرد.:

ساخت سیستم اندازه گیری و مانیتورینگ دمای فیبر نوری
نمای کلی سایت پایش خط لوله گاز طبیعی

طول کل خط تنه پروژه خط لوله گاز طبیعی حدودا می باشد 715 کیلومتر, با قطر 1422 میلی متر, یک فشار طراحی از 12 MPa, و ظرفیت انتقال طراحی از 380 × 108 m3/a; نقطه شروع خط انشعاب ایستگاه توزیع چانگلینگ خط اصلی است, و نقطه پایانی ایستگاه توزیع و نظافت چانگچون است. طول کل است 109 کیلومتر, با قطر لوله از 1016 میلی متر, یک فشار طراحی از 10 MPa, و ظرفیت طراحی از 114 × 108 m3/a. طبق اسناد طراحی, خط لوله تحت نظارت این بار به دو بخش تقسیم می شود. در منطقه پیامد بالا منطقه سطح سوم, the monitoring range of the main line is 10 km downstream from the starting point of HC25 valve chamber, and the monitoring range of the branch line is 35 km downstream from the starting point of the transmission station.

Construction of Natural Gas Leakage Monitoring System

The temperature monitoring system consists of 2 fiber optic temperature measurement hosts, 1 سرور (including display), 1 سوئیچ, signal processing and analysis software, غیره. این 2 fiber optic temperature measurement hosts are respectively arranged in the valve room and distribution station, and the server and switch are arranged in the distribution station. Using 2-core optical fibers from communication optical cables already laid in the same trench to form a measurement loop, سنجش لحظه ای تغییرات دما در اطراف فیبرهای نوری و انتقال آنها به میزبان اندازه گیری دمای فیبر نوری; میزبان اندازه گیری دمای فیبر نوری سیگنال های نوری را در طول خط لوله برای دمودولاسیون مستقیم دریافت و پردازش می کند., و داده های دمودوله شده را روی سرور آپلود می کند. پس از پردازش سیگنال و آنالیز محاسبه نرم افزار, اگر دما از آستانه هشدار بیشتر شود, هشدار دما و موقعیت نمایش داده می شود.

نصب و رفع اشکال سیستم مانیتورینگ دما آغاز خواهد شد. بر اساس داده های مختصات اتصالات جوش در طول دوره ساخت و داده های ساخت کابل های نوری ارتباطی, تمام طول کابل در چاه کابل و طول ورودی کابل کسر خواهد شد. مسافت پیموده شده کابل با مسافت پیموده شده خط لوله همراستا خواهد شد تا از حداقل خطا اطمینان حاصل شود

سنسور دمای فیبر نوری, سیستم مانیتورینگ هوشمند, تولید کننده فیبر نوری توزیع شده در چین