郭泊远 李滨 郭连江
【摘 要】供能管网埋设于地下，无法常规检测，一旦泄漏将直接影响城市用能安全和数万市民工作生活。因此，寻找一套科学的管道监测方法用来实时远程自动掌握管网的运行情况显得尤为重要。利用感温光纤测温法用于上海西虹桥能源管道的压强、流量、温度等实时数据的采集， 再通过软件分析得出地下管道的保温状态、泄漏位置等相关数据，大大提高了系统稳定性和经济性， 减少了事故风险。
【关键词】应用研究；监测；能源管道；感温光纤测温法
中图分类号： TD752.1 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）17-0042-002
Application of Temperature - sensing Optical Fiber Temperature Measurement Technology in Energy Supply Pipeline Monitoring Technology
GUO Bo-yuan1 LI Bin2 GUO Lian-jiang3
（1.Second Affiliated Middle School，East China Normal University，Shanghai 201203，China；
2.Shanghai Municipal Engineering Design and Research Institute （Group） Co.，Ltd.，Shanghai 200092，China；
3.Shanghai Xihongqiao Business Development Co.，Ltd.，Shanghai 201702，China）
【Abstract】Energy supply pipe network buried in the ground，can not be routine testing，once the leakage will directly affect the city with energy security and tens of thousands of people working life.Therefore，it is very important to find a scientific method of pipeline monitoring for real-time remote control of the operation of the pipe network. The temperature，flow rate and other real-time data are collected by the temperature-sensing optical fiber temperature measurement method in Shanghai Xihongqiao energy pipeline，and then the relevant data of underground pipe insulation and leakage location are obtained through software analysis，which greatly improves the system stability And economy， reducing the risk of accidents.
【Key words】Applied research；Monitoring；Energy pipelines；Thermal optical fiber measurement
0 引言
城市地下供能管道是城市的生命线，它埋于地下，易受到周边建设、地面外力、土体沉降、温度应力等因素影响，产生变形、破坏、泄漏等，案例不胜枚举，监测供能管道的运行状况，常规的方法主要有：人工监测、分段试压检测、人工听音识别等，这些方法费时、费力、不能实时，传统的供能管道监测手段已远远不能适应现在自动化监测的需要，因此对供能管道监测进行创新性，开拓性研究，具有重要的意义。如何寻求一种实时远程自动监测供能管道安危的方法就显得尤为重要。
本文以上海西虹桥商务区地下供能管道为例，采用感温光纤测温法对能源管道的自动实时监测技术进行了应用研究，取得了满意的初步应用成果，对进一步研究奠定了坚实的基础。
1 工程概况
上海虹桥商务区应用水源热泵系统、能源回收和错峰蓄能等技术，采用集中式的区域供冷供热模式，替代传统建筑的独立式的中央空调系统解决方案，实现降低城市电网压力、节能减排和提高能效、集约、高效和节能的目的。目前已是应用此项技术的最大的商务开发区。
能源管线直接埋在地面以下3-5米处，易受到地面外力、土体沉降、管道和焊接质量、腐蚀、温度应力等因素影响，产生泄漏。其外层由防水和保温层包裹，造成寻找漏点困难，维修时间长、费用高。漏水降低管网保温层的热绝缘性能，同时流失管网系统的能量；加速管道腐蚀；引发的水土流失及路面塌陷，产生交通伤害事故、供能中断等城市灾害。
因此，如何实时监测虹桥商务区供能管道的安全运行、保障市民正常工作生活是至关重要的。
2 常规监测方法概述及分析
国内外为监测供能管道的安全运行已有一些应对方法，具体有：分段试压检测技术；人工听音识别法；报警铜线技术；压力波检测技术；管道内专业机器检测技术；测径器检测法；闭路电视管道检测法；超声波检测法；漏磁检测法等。但存在要求安装技术条件高、受地下水、电磁等环境因素影响大的情况，造成系统的效率低、局限性强，误报率高、效果差。
感温光纤测温法尚无在能源管网上实践的先例。
3 能源管道感温光纤测温法实时远程自动监测技术
3.1 感温光纤测温法简述
感温光纤测温法是基于光纤拉曼散射效应和光时域反射测量技术来获取空间温度分布信息。通过在管道表面铺设感温光纤，采集和分析光脉冲在感温光纤内传播时产生的拉曼背向反射光的时间和强度信息得到相应的位置和温度信息，在得知每一点的温度和位置信息后，就可以得到一个关于整根光纤不同位置的温度曲线。测量距离可达30公里，空间定位达到米的数量级，能够进行不间断的自动测量，特别适宜于需要长距离大范围多点测量应用场合。
目前该技术在隧道内、油库、危险品库、军火库、工矿企业的生产车间的温度检测和火灾报警报警系统及电力的电缆过载温度监测上应用广泛。
3.2 感温光纤测温法在能源管网监测应用的可行性分析
1）可行性理论分析：当管道发生泄漏渗水时，管道内的水的能量会传导到感温光纤上，我们在软件中便可以实时观察到泄漏点处温度及变化， 再通过光时域反射技术测量到泄漏点的物理位置， 从而实现管道泄漏判断及定位。
具体情况分析：监测时光纤对套管外部的地下渗水的测温变化幅度和速率反应不大，但对内部压力能源漏水的变化幅度和速率高。主要原因是日常土壤环境温度干扰区别于管网能量泄漏的干扰特征。土壤环境温度是缓慢变化的，与气象信息保持一致，并且是全局的整个管道区域的同时变化；而能量泄漏恰好相反。感温光纤可以贴在外套管的内表面敷设，与地下环境温度相似；发生外部渗漏时，地下水是由管道外向外渗入到保温层，刚开始光纤的温度几乎没有变化，后期造成保温层绝缘能力下降，引发光纤的温度和发生的区域缓慢变化；而发生管道内部泄漏时，情况则相反，反应迅速。
2）光纤布线方式的研究：能源管外部由防水和隔热材料包裹，无论泄漏发生部位和方式如何，水都会因重力作用往管道下方的移动后再液位上升，引发温度场产生变化，故测温光缆宜在管道两侧的中下方布设。
3.3 本次采用的技术方案
1）方案的技术原则概述：系统应具备如下功能：（1）实现远程的集中监测和管理；（2）实现管道泄漏监测报警与定位；（3）较小的误报率和较高的准确度，实现警讯多参量交叉确认；（4）可以日常运行数据采集， 便于检修， 具备较好的经济性；（5）检测方法和仪器到要具备防潮防水的性能。（6）具备识别功能、高可靠性。
2）技术方案：本次创新的利用光纤测温技术，在国内供能管网工程中首次运用。监测系统主要由感温光纤、测温主机、工控机及监测软件组成，感温光纤既作为泄漏点温度采集传感器，同时也是信号传输的光缆。测温主机通过安装在工控机内的温度监测软件，可以实时监测整根管道温度分布情况，根据预先设置的报警阀值，发出报警信号。本次预选用光纤测温的精度在1℃左右，而最小分辨率达到0.1℃；位置分辨率达到0.5米。通过安装在工控机上的监测软件计算处理，便可对管道进行泄漏判断与定位。使用的光纤分布式（DTS）测温产品是公安部专属“3C认证”的消防产品，国内众多工程中使用过。
3）光纤布置及安装方法：在供能管道保温层内部沿保温层外壁在横截面的4点钟和8点钟位置处各铺设一根镀锌保护管，然后将感温光纤沿保护管穿入，铺设于整根供能管道内部。多芯光缆铺设至能源站的监控中心机柜内。
3.4 现场测试
2016年12月，由业主方组织设计、施工和相关产品供应厂商单位对一期已完成的（800米长、直径为1.2米）能源管网工程开展测试和研究。由于现场条件限制，采用明敷光纤的泄漏模拟测试。现场利用管网上的排气阀进行放水，模拟泄漏情况，实地在能源管道上进行了的布线方式、温度传导等工况的测验，对分布式光纤测温和其他检测方式的进行了有效性的模拟研究，感温光纤的使用不仅可以检测泄漏点，还可通过设置软件收集整条管线上各点的温度实时工况，实时远程自动掌握管网的运行情况，实现自动监测，取得了满意的初步应用成果，对进一步研究奠定了坚实的基础。
4 结语
感温光纤测温法可以在能源管网系统上使用，提高了预测的可靠性、精准性和稳定性；
感温光纤的使用不仅可以检测泄漏点，还可通过设置软件收集整条管线上各点的温度实时工况，实现远程自动监测，借此提高日常的运维水平，减少了能耗；
感温光纤测温法和其他检测方式的进行了有效性的模拟应用研究，取得了满意的初步应用成果，对进一步研究奠定了坚实的基础；
感温光纤测温法在能源管网监测应用对类似管道的远程自动监具借鉴意义、前景广阔、意义重大。
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