Sistema di monitoraggio delle perdite di gas naturale

Sensore di temperatura in fibra ottica, Intelligent monitoring system, Distributed fiber optic manufacturer in China

La necessità di un sistema di monitoraggio delle perdite di gasdotti

Dal 21° secolo, con il rapido sviluppo dell'economia cinese, La domanda di consumo di gas naturale è aumentata rapidamente, e la velocità di costruzione di oleodotti e gasdotti è in continua accelerazione. Alla fine del 2019, la lunghezza totale dei gasdotti cinesi a lunga distanza ha raggiunto 7.26 × 104km, formando un modello di approvvigionamento di gas di “Trasporto del gas Ovest Est, Migrazione verso sud del gas settentrionale, Sbarco di gas di mare, Interconnessione backbone, e Networking Locale”. Secondo i piani pertinenti, la lunghezza totale della rete di oleodotti e gasdotti della Cina supererà 24 × 104 km 2025. Il trasporto tramite gasdotto è il modo più comunemente utilizzato per il trasporto del gas naturale, con i vantaggi della sicurezza, affidabilità, basso consumo energetico, non inquinante, e fondamentalmente non influenzato dal clima. I gasdotti a lunga distanza attraversano spesso aree complesse come i fiumi, Montagne, e zone di cappotto, rendendoli vulnerabili ai danni di terzi che portano a perdite dalle condutture. In caso di esposizione o perdite, le tubazioni non possono essere rilevate in modo tempestivo e non è possibile adottare le misure corrispondenti, Causerà inevitabilmente alcune perdite economiche all'unità operativa del gasdotto, e nei casi più gravi, Può causare incidenti gravi come vittime. Il rilevamento tempestivo e accurato dei gasdotti di gas naturale esposti o che perdono è di grande importanza per garantire il funzionamento sicuro dei gasdotti e la sicurezza della vita e dei beni delle persone lungo il percorso.

La tecnologia di monitoraggio delle perdite per i gasdotti di trasporto di gas naturale a lunga distanza può essere suddivisa in due categorie:

(1) Metodi di ispezione interna basati sul flusso magnetico, correnti parassite, macchina fotografica, and so on;

(2) Metodo di rilevamento esterno basato su parametri fisici della pressione della tubazione, temperatura, portata, suono, e vibrazione. È stata proposta l'idea di utilizzare un sistema di rilevamento della temperatura in fibra ottica per rilevare le perdite dei gasdotti, ed è stato sviluppato un sistema di misurazione della temperatura di scattering Raman in fibra ottica distribuita. In base all'acquisizione delle variazioni di temperatura durante le perdite delle tubazioni, monitoraggio delle perdite dei gasdotti. Il metodo di monitoraggio della temperatura in fibra ottica distribuito basato su R-OTDR viene utilizzato per il monitoraggio della sicurezza delle tubazioni.

È in corso l'applicazione della tecnologia di rilevamento in fibra ottica distribuita nel monitoraggio delle condotte sotterranee. I vantaggi dell'analisi nel dominio del tempo di scattering di Brillouin (BOTDA) la tecnologia include: Misurazione a doppia estremità con ampia gamma dinamica, Breve tempo di prova e alta precisione, È possibile misurare la temperatura assoluta e la deformazione, la risoluzione spaziale può raggiungere 0.1 m, e lunga distanza di prova (fino a 25 chilometro). Ricerca sul monitoraggio distribuito delle perdite di gas naturale in fibra ottica basata sulla tecnologia di misurazione della temperatura in fibra ottica BOTDA e verifica in loco su gasdotti di gas naturale.

Principi della tecnologia in fibra ottica distribuita
1. Il principio della misurazione distribuita della temperatura in fibra ottica

“Rilevamento distribuito” si riferisce all'utilizzo di fibre ottiche come sensori lineari per fornire informazioni di misurazione durante l'intero processo di fibra ottica. Sulla base dei risultati dell'analisi della luce retrodiffusa generata da impulsi laser che si propagano lungo la fibra ottica, Una singola fibra ottica può essere utilizzata per sostituire migliaia di sensori a punto singolo, che può risparmiare un sacco di installazione, taratura, e costi di manutenzione. Quando la luce si propaga nei materiali in fibra ottica, Si verifica lo scattering di Brillouin. Lo scattering di Brillouin è lo scattering causato dall'interazione tra le onde luminose e le onde sonore (generato dal moto browniano delle molecole di materiale fibroso) durante la propagazione in fibre ottiche. La frequenza della luce diffusa è spostata dalla frequenza di Brillouin rispetto alla luce incidente. Le misurazioni della temperatura e della deformazione possono essere ottenute misurando lo spostamento di frequenza della luce di Brillouin retrodiffusa della luce pulsata. Esistono due tipi principali di tecnologie di misurazione della temperatura e della deformazione basate sul principio di scattering di Brillouin: Tecnologia di rilevamento in fibra ottica distribuita basata sulla riflessione ottica nel dominio del tempo (BOTDR) e tecnologia di rilevamento in fibra ottica distribuita basata sull'analisi ottica nel dominio del tempo (BOTDA). Per migliorare la potenza del segnale, La tecnologia di rilevamento in fibra ottica distribuita BOTDA utilizza due luci trasmesse opposte per migliorare la diffusione di Brillouin, con conseguente maggiore precisione di misurazione della temperatura e della deformazione e maggiore distanza di misura.

Principio di riduzione della temperatura nei punti di perdita

Quando un gasdotto perde, il gas trabocca e si espande di volume. Secondo l'effetto Joule Thomson, La temperatura locale intorno al punto di perdita della tubazione diminuirà rapidamente, e si formerà un gradiente di temperatura nel terreno intorno alla tubazione. Quando la temperatura nella formazione vicino al punto di perdita cambia, La fibra ottica posata vicino alla tubazione può monitorare questo cambiamento in tempo reale e trasmetterlo al sistema di monitoraggio per determinare la posizione del punto di perdita. La progettazione di esperimenti con fattori diversi può stabilire relazioni corrispondenti tra diverse condizioni di perdita, Quantità di perdite, e riduzioni di temperatura, Fornire dati di feedback più preziosi per le perdite di gasdotti a lunga distanza.

Le fibre ottiche distribuite basate su BOTDA sono sensibili alla temperatura, e qualsiasi aumento o diminuzione della temperatura locale della fibra può causare lo spostamento della frequenza di Brillouin, e la variabile di temperatura ha una relazione lineare con la quantità di spostamento di frequenza di Brillouin.

Principio del posizionamento della temperatura del punto di perdita

Quando un impulso laser viene inserito in una fibra con una certa angolazione, si verifica la dispersione. È possibile calcolare il tempo necessario affinché l'impulso laser si propaghi all'interno della fibra per individuare il punto di variazione della temperatura:

Realizzazione di un sistema di misurazione e monitoraggio della temperatura in fibra ottica
Panoramica del sito di monitoraggio dei gasdotti

La lunghezza totale della linea principale del progetto del gasdotto è di circa 715 chilometro, con un diametro di 1422 millimetro, una pressione di progetto di 12 Mpa, e una capacità di trasmissione di progetto di 380 × 108 m3/a; Il punto di partenza della diramazione è la stazione di distribuzione Changling della linea principale, e il punto di arrivo è la stazione di distribuzione e pulizia di Changchun. La lunghezza totale è 109 chilometro, con un diametro del tubo di 1016 millimetro, una pressione di progetto di 10 Mpa, e una capacità progettuale di 114 × 108 m3/a. Secondo i documenti di progettazione, Il gasdotto monitorato questa volta è diviso in due sezioni. Nell'area ad alta conseguenza dell'area di terzo livello, Il campo di monitoraggio della linea principale è 10 km a valle del punto di partenza della camera della valvola HC25, e il campo di monitoraggio della linea di diramazione è 35 km a valle del punto di partenza della stazione di trasmissione.

Costruzione di un sistema di monitoraggio delle perdite di gas naturale

Il sistema di monitoraggio della temperatura è composto da 2 host per la misurazione della temperatura in fibra ottica, 1 server (compreso il display), 1 interruttore, software di elaborazione e analisi dei segnali, and so on. Le 2 Gli host per la misurazione della temperatura in fibra ottica sono disposti rispettivamente nella sala valvole e nella stazione di distribuzione, e il server e lo switch sono disposti nella stazione di distribuzione. Utilizzo di fibre ottiche a 2 conduttori da cavi ottici di comunicazione già posati nella stessa trincea per formare un anello di misura, Rilevamento in tempo reale delle variazioni di temperatura intorno alle fibre ottiche e trasmissione all'host di misurazione della temperatura in fibra ottica; L'host di misurazione della temperatura in fibra ottica riceve ed elabora segnali ottici lungo la tubazione per la demodulazione diretta, e carica i dati demodulati sul server. Dopo l'elaborazione del segnale e il calcolo del software di analisi, se la temperatura supera la soglia di allarme, Verranno visualizzati l'allarme di temperatura e la posizione.

Inizierà l'installazione e il debug del sistema di monitoraggio della temperatura. Sulla base dei dati delle coordinate dei giunti di saldatura durante il periodo di costruzione e dei dati costruttivi dei cavi ottici di comunicazione, Tutte le lunghezze dei cavi nel pozzetto e le lunghezze di ingresso dei cavi verranno detratte. Il chilometraggio del cavo sarà allineato con il chilometraggio della tubazione per garantire il minimo errore