基于布里渊散射的分布式光纤监测系统在管道安全监测中的应用

汪 涛，陆 昊，白 宇，李晓可

1中国石油管道局工程有限公司设计分公司，河北 廊坊

2中国石油管道局工程有限公司国际事业部，河北 廊坊

1.引言

管道的安全监测主要包括管道变形监测和管道泄漏监测。管道变形监测的方法有应变片法、超声波法、管道智能清理器法、布拉格光纤光栅法和分布式光纤传感技术等[1][2][3][4]。管道泄漏的监测方法有超声波检测法、漏磁通检测法和分布式光纤传感技术等[5][6]。分布式光纤传感技术是以普通光纤作为传感器，在光纤任意位置都可以进行温度和应变测量，相较于其他传统管道变形监测技术具有分布式、连续式和实时在线监测等优点。笔者利用基于布里渊散射原理的DiTeSt 分布式光纤监测系统，在高海拔长距离的管道运输项目中实现了连续、在线、可靠的管道变形和管道泄漏监测，提高了管道安全运营管理水平和效率。

2.分布式光纤监测系统监测原理

光在光纤中传播会产生散射，主要有瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射。布里渊散射是光子与光纤中的声子相互作用产生的，布里渊散射光同时对应变和温度敏感，应变和温度产生变化时，背向布里渊散射光将会产生频移，通过测量测定脉冲光的背向布里渊散射频移量可以实现分布式应变、温度测量。

目前基于布里渊散射的应变、温度传感技术有基于光时域反射的分布式光纤传感技术(BOTDR)和基于光时域分析的分布式光纤传感技术(BOTDA)[7][8]。BOTDA 技术根据脉冲光和连续光之间的相互作用，使得布里渊频谱受激放大，因此可获得比BOTDR 技术更高的空间分辨率和精度。DiTeSt 分布式光纤监测系统是基于受激布里渊散射(SBS)原理的BOTDA技术。

DiTeSt 分布式光纤监测系统可用于管道变形、管周土体移动、管道泄漏和侵蚀等管道安全的监测。管道受地质构造及地质灾害等因素的影响时会产生变形，在管道或管周土体中铺设光缆，当管道发生变形或管周土体移动时测量光纤也会产生应变，通过光纤应变即可监测到管道变形和土体的移动变形。当油气管道产生泄漏或侵蚀等不良影响时，管道周围的温度场会产生较大变化。通过监测布设在管道上的温度光纤传感器即可监测到管道泄漏、管道周围土体侵蚀等灾害。

3.应用案例

跨安第斯山脉管道监测是目前世界上海拔最高的管道检测项目，监测管道连通着高压液化天然气管道和天然气管道，延伸至408km 外的海岸，管道沿途海拔高度近5000m。基于布里渊散射原理研发的DiTeSt分布式光纤监测系统能够监测地层移动和水位变化，可以精确监测和定位经过安第斯山脉的60 km管线的应变和温度信息，能够监测管道沿线的地层移动和水位变化。泄漏监测由沿着管道连续进行的温度监测提供数据和信息。

在一次岩石坠落事故中，系统显示了一处应变突然增加的预警，对警报位置实地调查发现，该地区的岩石已经掉落，光纤传感器位置发生移动。岩崩是由于斜坡上的一个张力裂缝增加造成的。为了确保管道的安全，运营商对该区域进行了加固。在另一次土体移动事故中，DiTeSt 分布式光纤监测系统对事故进行了应变事件预警，经检查，是渗透导致管道沟渠部分坍塌，使得监测系统中出现应变突增，运营商及时对沟渠进行修复防止管道受到进一步损害。在该管道运营过程中，DiTeSt 分布式光纤监测系统给出了大量事件的预警，全部通过实地巡逻验证，使得运营商能够在必要时加固管道，避免经济损失。

4.结语

基于布里渊散射原理的DiTeSt 分布式光纤监测系统能够满足实时、连续管道监测的要求，可用于管道变形、管周土体移动、管道泄漏和侵蚀等管道安全监测。该系统在高海拔长距离的管道安全监测项目中得到了很好的应用，能及时高效地对灾害事件进行预警，提高管道安全监测效率，保证管线正常安全运营，减少运营商的经济损失。