Sistem pemantauan kebocoran pipa gas alam-INNO

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. Pipeline transportation is the most commonly used way of natural gas transportation, with the advantages of safety, keandalan, konsumsi energi yang rendah, pollution-free, dan pada dasarnya tidak terpengaruh oleh iklim. Jaringan pipa gas alam jarak jauh sering kali melintasi daerah medan yang kompleks seperti sungai, pegunungan, dan area goaf, membuat mereka rentan terhadap kerusakan pihak ketiga yang menyebabkan kebocoran pipa. Jika pipa yang terbuka atau bocor tidak dapat dideteksi secara tepat waktu dan tindakan terkait tidak dapat diambil, hal tersebut pasti akan menimbulkan kerugian ekonomi tertentu pada unit pengoperasian pipa, dan dalam kasus yang parah, hal ini dapat menyebabkan kecelakaan besar seperti korban jiwa. Deteksi pipa gas alam yang terbuka atau bocor secara tepat waktu dan akurat sangat penting untuk memastikan pengoperasian pipa yang aman dan keselamatan jiwa serta harta benda orang-orang di sepanjang jalur tersebut..

Teknologi pemantauan kebocoran pada jaringan pipa transmisi gas bumi jarak jauh dapat dibagi menjadi dua kategori:

① Metode pemeriksaan internal berdasarkan fluks magnet, arus pusaran, kamera, dll.;

② Metode deteksi eksternal berdasarkan parameter fisik tekanan pipa, suhu, laju aliran, suara, dan getaran. Ide untuk menggunakan sistem penginderaan suhu serat optik untuk mendeteksi kebocoran pipa gas alam telah diusulkan, dan sebuah serat optik terdistribusi Sistem pengukuran suhu hamburan Raman telah dikembangkan. Berdasarkan penangkapan perubahan suhu selama kebocoran pipa, pemantauan kebocoran pipa gas telah tercapai. Metode pemantauan suhu serat optik terdistribusi berdasarkan R-OTDR digunakan untuk pemantauan keamanan pipa.

Penerapan teknologi penginderaan serat optik terdistribusi dalam pemantauan pipa bawah tanah sedang dilakukan. Keuntungan analisis domain waktu hamburan Brillouin (BOTDA) termasuk teknologi: pengukuran ujung ganda dengan rentang dinamis besar, waktu pengujian singkat dan akurasi tinggi, suhu absolut dan regangan dapat diukur, resolusi spasial dapat tercapai 0.1 M, dan jarak pengujian yang jauh (hingga 25 km). Penelitian tentang serat optik terdistribusi pemantauan kebocoran pipa gas alam berdasarkan teknologi pengukuran suhu serat optik BOTDA dan verifikasi di lokasi pada jaringan pipa gas alam.

Prinsip Teknologi Serat Optik Terdistribusi
1. Prinsip pengukuran suhu serat optik terdistribusi

“Penginderaan terdistribusi” mengacu pada penggunaan serat optik sebagai sensor linier untuk memberikan informasi pengukuran selama proses serat optik. Berdasarkan hasil analisis hamburan balik cahaya yang dihasilkan oleh pulsa laser yang merambat sepanjang serat optik, satu serat optik dapat digunakan untuk menggantikan ribuan sensor titik tunggal, yang dapat menghemat banyak instalasi, kalibrasi, dan biaya pemeliharaan. Ketika cahaya merambat pada bahan serat optik, Hamburan brillouin terjadi. Hamburan brillouin adalah hamburan yang disebabkan oleh interaksi antara gelombang cahaya dan gelombang suara (dihasilkan oleh gerak Brown molekul bahan serat) ketika merambat dalam serat optik. Frekuensi cahaya yang tersebar digeser oleh frekuensi Brillouin relatif terhadap cahaya datang. Pengukuran suhu dan regangan dapat dicapai dengan mengukur pergeseran frekuensi cahaya berdenyut Brillouin yang tersebar balik. Ada dua jenis utama teknologi pengukuran suhu dan regangan berdasarkan prinsip hamburan Brillouin: teknologi penginderaan serat optik terdistribusi berdasarkan refleksi domain waktu optik (BOTDR) dan teknologi penginderaan serat optik terdistribusi berdasarkan analisis domain waktu optik (BOTDA). Untuk meningkatkan kekuatan sinyal, Teknologi penginderaan serat optik terdistribusi BOTDA menggunakan dua lampu yang ditransmisikan berlawanan untuk meningkatkan hamburan Brillouin, menghasilkan akurasi pengukuran suhu dan regangan yang lebih tinggi serta jarak pengukuran yang lebih besar.

Prinsip penurunan suhu pada titik kebocoran

Ketika pipa gas alam bocor, gas meluap dan mengembang volumenya. Menurut efek Joule Thomson, suhu lokal di sekitar titik kebocoran pipa akan menurun dengan cepat, dan gradien suhu akan terbentuk di tanah di sekitar pipa. Ketika suhu dalam formasi di dekat titik kebocoran berubah, serat optik yang diletakkan di dekat pipa dapat memantau perubahan ini secara real time dan mengirimkannya ke sistem pemantauan untuk menentukan lokasi titik kebocoran. Merancang eksperimen dengan berbagai faktor dapat membangun hubungan yang sesuai antara kondisi kebocoran yang berbeda, jumlah kebocoran, dan penurunan suhu, memberikan data umpan balik yang lebih berharga untuk kebocoran pipa gas alam jarak jauh.

Serat optik terdistribusi berdasarkan BOTDA sensitif terhadap suhu, dan setiap peningkatan atau penurunan suhu lokal serat dapat menyebabkan pergeseran frekuensi Brillouin, dan variabel suhu mempunyai hubungan linier dengan besarnya pergeseran frekuensi Brillouin.

Prinsip Penentuan Suhu Titik Kebocoran

Ketika pulsa laser dimasukkan ke dalam serat pada sudut tertentu, hamburan terjadi. Waktu untuk pulsa laser merambat di dalam serat dapat dihitung untuk menemukan titik perubahan suhu:

Pembangunan sistem pengukuran dan pemantauan suhu serat optik
Gambaran Umum Lokasi Pemantauan Pipa Gas Bumi

Total panjang jalur utama proyek pipa gas alam adalah sekitar 715 km, dengan diameter 1422 mm, tekanan desain sebesar 12 MPa, dan kapasitas transmisi desain sebesar 380 × 108 m3/a; Titik awal jalur cabang adalah stasiun distribusi Changling jalur utama, dan titik akhirnya adalah stasiun distribusi dan pembersihan Changchun. Panjang keseluruhannya adalah 109 km, dengan diameter pipa sebesar 1016 mm, tekanan desain sebesar 10 MPa, dan kapasitas desain sebesar 114 × 108 m3/a. Sesuai dengan dokumen desain, Pipa yang dipantau kali ini dibagi menjadi dua bagian. Di area konsekuensi tinggi di area tingkat ketiga, jangkauan pemantauan jalur utama adalah 10 km hilir dari titik awal ruang katup HC25, dan jangkauan pemantauan jalur cabang adalah 35 km hilir dari titik awal stasiun transmisi.

Pembangunan Sistem Pemantauan Kebocoran Gas Bumi

Sistem pemantauan suhu terdiri dari 2 host pengukuran suhu serat optik, 1 server (termasuk tampilan), 1 mengalihkan, perangkat lunak pemrosesan dan analisis sinyal, dll.. Itu 2 host pengukuran suhu serat optik masing-masing diatur di ruang katup dan stasiun distribusi, dan server dan switch diatur di stasiun distribusi. Menggunakan serat optik 2 inti dari kabel optik komunikasi yang sudah diletakkan di parit yang sama untuk membentuk loop pengukuran, penginderaan perubahan suhu secara real-time di sekitar serat optik dan mengirimkannya ke host pengukuran suhu serat optik; Host pengukuran suhu serat optik menerima dan memproses sinyal optik di sepanjang pipa untuk demodulasi langsung, dan mengunggah data yang didemodulasi ke server. Setelah pemrosesan sinyal dan perhitungan perangkat lunak analisis, jika suhu melebihi ambang batas alarm, alarm suhu dan posisi akan ditampilkan.

Instalasi dan debugging sistem pemantauan suhu akan dimulai. Berdasarkan data koordinat sambungan las selama masa konstruksi dan data konstruksi kabel optik komunikasi, semua panjang kabel di dalam lubang kabel dan panjang masuk kabel akan dikurangi. Jarak tempuh kabel akan diselaraskan dengan jarak tempuh pipa untuk memastikan kesalahan minimum