專利名稱：一種用于長距離油氣管道安全檢測的傳感光纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號檢測和分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種傳感光纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計，特別涉及一種用于油氣管道安全檢測的傳感光纜。
背景技術(shù)：
目前，用于油氣管道泄漏的檢測方法很多，主要有基于磁通、渦流、攝像等投球技術(shù)的管內(nèi)檢測法，也稱管道爬行機；基于管道壓力、溫度、流量、振動等運行參數(shù)的外部檢測法，包括流量差、壓力差、負壓波以及聲波法。管內(nèi)檢測法的優(yōu)點是定位精度高，缺點是不能在線檢測，容易發(fā)生堵塞、停運等事故，對管道要求苛刻。外部檢測法的優(yōu)點是可以連續(xù)實時在線檢測且費用低，缺點是定位精度低，漏報和誤報率高，不能對可能危及管道安全的外部事件進行監(jiān)測和預(yù)報泄漏隱患。
例如負壓波法通過對管道兩端的壓力信號的監(jiān)測來判斷油氣管道是否發(fā)生泄漏及其位置。當(dāng)發(fā)生泄漏時，由于管道內(nèi)外的壓力差，泄漏部位的壓力迅速下降，產(chǎn)生分別向上下游傳播的瞬態(tài)負壓波，根據(jù)負壓波的傳播速度和到達兩端的時間差來確定泄漏的位置。由于瞬態(tài)負壓波傳播的損耗特別大，傳播距離有限，加上壓力傳感器靈敏度的限制，這種方法適合于泄漏量較大的情形，且存在定位精度低，不能預(yù)報泄漏隱患等缺點。因此，對于量小，時間長的泄漏和滴漏，即使在管道兩端使用高靈敏度的壓力傳感器和流量計也不能對泄露進行有效檢測。
基于分布式光纖傳感技術(shù)的油氣管道泄漏檢測技術(shù)已成為油氣管道泄漏檢測技術(shù)研究的熱點。英國的Alistair MacLeana、德國的J.Buerck、墨西哥的Antonio Carrillo以及R.M.López等人在其論文中分別提出了類似的基于光纖彎曲損耗的傳感光纜的結(jié)構(gòu)，它由一根螺旋纏繞的金屬絲將一根光纖包覆后固定在一條由聚合物(polymer)制成的圓柱體上。聚合物吸收泄漏的油氣發(fā)生膨脹，導(dǎo)致光纖彎曲，出現(xiàn)損耗。通過OTDR(Optical Time DomainReflectometry)實現(xiàn)泄漏的定位。該結(jié)構(gòu)的光纜不能對管道泄漏造成的管道附近壓力和振動信號的大小(與泄漏強度有關(guān))進行檢測，也不能對可能危及管道安全的外部事件(如地殼沉降、受壓過大、管道附近的大型機械施工和人為破壞等)進行有效檢測。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于，提出一種用于長距離油氣管道安全檢測的傳感光纜。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)思路是，在油氣管道附近并行鋪設(shè)一條傳感光纜，該傳感光纜用于拾取管道周圍的壓力和振動信號以及檢測管道的油氣泄漏。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，一種用于油氣管道安全檢測的傳感光纜，包括一橡膠繩，橡膠繩內(nèi)徑上的中心直徑兩邊有與橡膠繩偏心設(shè)置的第一圓孔和第二圓孔；其特征在于，第一圓孔內(nèi)安裝有緊套管和與緊套管平行放置的一束用于提供抗拉伸強度的高強度芳綸紗線，彈性模量周期性變化的緊套管內(nèi)裝有傳感光纖；第二圓孔內(nèi)安裝有松套管和與松套管平行放置的另一束用于提供抗拉伸強度的高強度芳綸紗線，松套管內(nèi)有多根用于管道控制站點之間通信的光纖；橡膠繩的第二圓孔一側(cè)設(shè)置有一層大于1/2橡膠繩圓周的網(wǎng)布，且網(wǎng)布被螺旋金屬絲纏繞固定，與橡膠繩形成等直徑的圓周，在該直徑的圓周上依次包履有螺旋金屬絲和外層。
本發(fā)明的另一特點是所述傳感光纖和用于控制站點之間通信的光纖是單模光纖或多模光纖。
當(dāng)沿管道鋪設(shè)采用本發(fā)明的長距離油氣管道安全檢測傳感光纜，在管道中的油氣發(fā)生泄漏或可能危及管道安全的外部事件發(fā)生時，產(chǎn)生的外力將改變傳感光纜中傳感光纖的特性和損耗；在管道發(fā)生油氣泄漏或滲漏(滴漏)時，傳感光纜的包裝材料遇油發(fā)生膨脹，傳感光纖發(fā)生彎曲，出現(xiàn)損耗。通過對傳感光纖的背向散射光功率的測量，完成光纖上各點的靜態(tài)損耗的測量和定位；通過對傳感光纖的輸出光功率的測量，完成傳感光纖總損耗動態(tài)變化的測量和故障類型的判定。油氣管道發(fā)生泄漏、地殼沉降、受壓過大、管道附近的機械施工和人為破壞等事件使傳感光纖產(chǎn)生的損耗具有不同的幅頻特征，通過對數(shù)據(jù)進行分析和融合，判斷并準(zhǔn)確定位油氣泄漏等事件的發(fā)生。


圖1是本發(fā)明的油氣管道安全檢測的傳感光纜的截面結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的油氣管道安全檢測的傳感光纜的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是傳感光纜的傳感光纖及其緊套管的結(jié)構(gòu)實例圖；圖4是傳感光纜的填充材料橡膠在汽油中的膨脹曲線；圖5是傳感光纜在汽油中填充材料橡膠膨脹時輸出光功率變化的曲線。
下面結(jié)合附圖和發(fā)明人依技術(shù)方案所完成的具體實施例，對本發(fā)明的原理作進一步的詳細描述。
具體實施例方式
參見圖1、圖2和圖3，該油氣管道安全檢測的傳感光纜包括一橡膠繩140，橡膠繩140內(nèi)徑上的中心直徑兩邊有與橡膠繩140偏心設(shè)置的第一圓孔114和第二圓孔155；第一圓孔114內(nèi)安裝有緊套管120和與緊套管120平行放置的一束用于提供抗拉伸強度的高強度芳綸紗線113，緊套管120的中心圓孔123內(nèi)裝有傳感光纖110；第二圓孔155內(nèi)有松套管153和另一束用于提供抗拉伸強度的高強度芳綸紗線152，松套管153內(nèi)有多根用于管道控制站點之間通信的光纖151；橡膠繩140的第二圓孔155的一側(cè)設(shè)置有一層大于1/2橡膠繩140圓周的網(wǎng)布131，且網(wǎng)布131被螺旋纏繞的金屬絲133固定，與橡膠繩140形成等直徑的圓周，在該直徑的圓周上依次包履有螺旋金屬絲133和外層134。
傳感光纜中的傳感光纖110可以是單模光纖，也可以是多模光纖。傳感光纖110被裝在彈性模量周期性變化的緊套管120的中心圓孔123內(nèi)。內(nèi)裝傳感光纖110的緊套管120和一束用于提供抗拉伸強度的高強度芳綸紗線113平行放置在橡膠繩中偏離中心接近外表面的圓孔114內(nèi)。在圓孔114和緊套管120之間的間隙充滿著膠體狀材料116，以防傳感光纖110由于水分侵入而被破壞。高強度芳綸紗線113用于提供抗拉伸強度防止傳感光纖110被過分拉伸。
用于控制站點之間通信的光纖151可以是單模光纖，也可以是多模光纖。松套管153內(nèi)裝有多根通信光纖151。內(nèi)裝通信光纖151的松套管153和一束用于提供抗拉伸強度的高強度芳綸紗線152被放置在橡膠繩中偏離中心接近外表面的圓孔155內(nèi)。在圓孔155和松套管153之間的間隙充滿著膠體狀材料156，以防通信光纖151由于水分侵入而被破壞。高強度芳綸紗線152用于提供抗拉伸強度防止通信光纖151被過分拉伸。
外層134是一保護層，涂敷在網(wǎng)布131和螺旋纏繞的金屬絲133的外表面上，以保護傳感光纜的內(nèi)部零件。
制作橡膠繩140的材料選用天然橡膠或丁基橡膠，用它們制作的橡膠繩140觸到油氣或汽油等石油制品時體積會發(fā)生膨脹。外層134的制作材料也是天然橡膠或丁基橡膠，并加入一些輔料，加入的輔料以提高橡膠的耐酸耐堿和抗老化等特性，從而可以提高橡膠材料制作的傳感光纜的使用壽命。
橡膠繩140的通信光纖151的一側(cè)被網(wǎng)布131包裹，且網(wǎng)布131被螺旋纏繞的金屬絲133固定在橡膠繩140上。網(wǎng)布131內(nèi)嵌入一組金屬絲132。網(wǎng)布131一方面可以防止橡膠繩140被過分拉伸，同時它與螺旋金屬絲133一起使橡膠材料遇油時向傳感光纖110一側(cè)膨脹。膨脹使傳感光纖110彎曲，產(chǎn)生損耗。
光纜彎曲時，通信光纖151一側(cè)有網(wǎng)布131和金屬絲132保護，不易伸縮，彎曲主要發(fā)生在傳感光纖110一側(cè)。圖3是傳感光纖110及緊套管120的結(jié)構(gòu)實例圖。當(dāng)內(nèi)裝傳感光纖110的緊套管120彎曲時，套管120彈性模量高的部分121不易彎曲而低的部分122容易彎曲，從而套管內(nèi)傳感光纖110局部彎曲的曲率半徑減小，損耗增大。
制作橡膠繩140的材料選用天然橡膠或丁基橡膠。例如用天然橡膠制作成10mm×10mm×0.5mm的橡膠測片，圖4是14層橡膠測片疊加后在汽油中高度方向的膨脹曲線(ΔH)，測試裝置在上面形成70g的壓力，因此它能在很短時間內(nèi)形成相當(dāng)?shù)呐蛎浟Α?br> 當(dāng)輸出為P0時，把其中一段3.6m長，外徑6mm的纜浸入到汽油中，圖5是光纖輸出光功率隨時間的變化圖。從圖5中可以看出，當(dāng)t＝1min時，光纖的輸出光功率P0下降到0.2。因此它能在很短的時間內(nèi)檢測出油的泄漏。
當(dāng)沿管道鋪設(shè)采用本發(fā)明的長距離油氣管道安全檢測傳感光纜，在管道中的油氣發(fā)生泄漏或在管道附近有可能會危及管道安全的外部事件發(fā)生時，產(chǎn)生的外力將改變傳感光纜內(nèi)傳感光纖的特性和損耗；當(dāng)管道發(fā)生油氣泄漏或滲漏(滴漏)時，傳感光纜的包裝材料遇油氣發(fā)生膨脹，膨脹使傳感光纖發(fā)生彎曲，產(chǎn)生損耗。通過對傳感光纜內(nèi)傳感光纖背向散射光功率的測量，完成光纖上各點的靜態(tài)損耗的測量和定位；通過對傳感光纖的輸出光功率的測量，完成傳感光纖總損耗動態(tài)變化的測量和故障類型的判定。油氣管道發(fā)生泄漏、地殼沉降、受壓過大、管道附近的機械施工和人為破壞等事件使傳感光纖產(chǎn)生的損耗具有不同的幅頻特征，通過對數(shù)據(jù)進行分析和融合，判斷并準(zhǔn)確定位油氣泄漏等事件的發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種用于長距離油氣管道安全檢測的傳感光纜，包括一橡膠繩(140)，橡膠繩(140)內(nèi)徑上的中心直徑兩邊有與橡膠繩(140)偏心設(shè)置的第一圓孔(114)和第二圓孔(155)；其特征在于，第一圓孔(114)內(nèi)安裝有緊套管(120)和與緊套管(120)平行放置的一束用于提供抗拉伸強度的高強度芳綸紗線(113)，彈性模量周期性變化的緊套管(120)內(nèi)裝有傳感光纖(110)；第二圓孔(155)內(nèi)有松套管(153)和與松套管(153)平行放置的另一束用于提供抗拉伸強度的高強度芳綸紗線(152)，松套管(153)內(nèi)有多根用于管道控制站點之間通信的光纖(151)；橡膠繩(140)的第二圓孔(155)的一側(cè)設(shè)置有一層大于1/2橡膠繩(140)圓周的網(wǎng)布(131)，且網(wǎng)布(131)被金屬絲(133)螺旋纏繞固定，與橡膠繩(140)形成等直徑的圓周，在該直徑的圓周上依次包履有螺旋金屬絲(133)和外層(134)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于長距離油氣管道安全檢測的傳感光纜，其特征在于，所述傳感光纖(110)和用于控制站點之間通信的光纖(151)是單模光纖或多模光纖。
3.如權(quán)利要求1所述的用于長距離油氣管道安全檢測的傳感光纜，其特征在于，所述制作橡膠繩140和外層134的材料選用天然橡膠或丁基橡膠，它們觸到油氣或汽油等石油制品時體積發(fā)生膨脹，膨脹使傳感光纖發(fā)生彎曲而產(chǎn)生損耗。
4.如權(quán)利要求1所述的用于長距離油氣管道安全檢測的傳感光纜，其特征在于，所述內(nèi)裝有傳感光纖(110)的緊套管(120)的彈性模量為周期性變化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于長距離油氣管道安全檢測的傳感光纜，包括一橡膠繩，橡膠繩內(nèi)徑上的中心直徑兩邊有與橡膠繩偏心設(shè)置的第一、第二圓孔；第一圓孔內(nèi)安裝有緊套管和與緊套管平行放置的一束抗拉伸芳綸紗線，彈性模量周期性變化的緊套管內(nèi)裝有傳感光纖；第二圓孔內(nèi)安裝有松套管和與松套管平行放置的另一束抗拉伸芳綸紗線，松套管內(nèi)有多根用于控制站之間通信的光纖；橡膠繩的第二圓孔一側(cè)設(shè)置有一層大于1/2橡膠繩圓周的網(wǎng)布，且網(wǎng)布被金屬絲螺旋纏繞固定，與橡膠繩形成等直徑，在該直徑的圓周上依次包履有螺旋金屬絲和外層。通過對沿管道鋪設(shè)的傳感光纜中傳感光纖背向散射光功率的測量，準(zhǔn)確定位油氣管道泄漏和可能危及管道安全的外部事件的位置。
文檔編號G01D5/26GK1587945SQ20041007307
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月13日
發(fā)明者蔣莊德, 王延年, 趙玉龍 申請人:西安交通大學(xué)