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研究燃气管道泄漏引发的温度变化,可以构建燃气管道泄漏的光纤传感探测技术的理论基础。该文对燃气管道泄漏处产生的温度变化进行理论分析,对实际数据和物理模型进行了仿真分析。分析结果表明,基于泄露温度变化信号的光纤传感器检测技术具有两个优点:1) 对处于不同环境下的燃气管道存在一定的普适性;2) 由于内部压力大而更容易发生泄漏的地方,极易被监测到。该研究对于分布式光纤传感器在油气管道故障监测中的应用有一定的指导意义。
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第 44 卷 第 2 期 电 子 科 技 大 学 学 报 Vol.44 No.2
2015年3月 Journal of University of Electronic Science and Technology of China Mar. 2015
燃气管道泄漏引发的温度变化研究
王智勇,缑 俊,郭 勇,吴 阳,邱 琪
(电子科技大学光电信息学院 成都 610054)
【摘要】研究燃气管道泄漏引发的温度变化,可以构建燃气管道泄漏的光纤传感探测技术的理论基础。该文对燃气管道
泄漏处产生的温度变化进行理论分析,对实际数据和物理模型进行了仿真分析。分析结果表明,基于泄露温度变化信号的光
纤传感器检测技术具有两个优点:1) 对处于不同环境下的燃气管道存在一定的普适性;2) 由于内部压力大而更容易发生泄漏
的地方,极易被监测到。该研究对于分布式光纤传感器在油气管道故障监测中的应用有一定的指导意义。
关 键 词 燃气; 光纤传感; 管道泄漏; 温度检测
中图分类号 O35; O55 文献标志码 A doi:10.3969/j.issn.1001-0548.2015.02.025
Investigation on the Temperature Shift from Fuel Pipeline Leakage
WANG Zhi-yong, GOU Jun, GUO Yong, WU Yang, and QIU Qi
(School of Optoelectronic Information, University of Electronic Science and Technology of China Chengdu 610054)
Abstract The investigation on the temperature shift owing to the leakage of fuel pipelines is the fundamental
research in the leakage's monitoring technology based on optical fiber sensors. This paper presents a theoretical
analysis of the temperature shift caused by fuel pipeline leakage. The simulation in combination of real data and
physical model shows that the monitoring technology based on optical fiber sensors is universally applicable to fuel
pipelines that lie in different surroundings, and the easier the fuel pipeline leakage occurs (owing to a larger
pressure), the easier this leakage is monitored.
Key words fuel gas; optical fiber sensor; pipeline leak; temperature monitoring
收稿日期:2013 11 12;修回日期:2014 08 11
基金项目:中央高校新兴学科与创新研究基金(ZYGX2010X013);国家自然科学基金(61271030)
作者简介:王智勇(1969 ),男,博士,副教授,主要从事量子光学和光纤传感等方面的研究.
关于分布式光纤温度传感系统测量燃气管道泄
漏的研究工作,人们一方面对分布式光纤温度传感
系统的工作原理和测量方法进行研究,另一方面对
管道泄漏时产生的温度变化规律进行研究。对于后
者,主要针对埋地管道周围(包括管道泄漏时的漏点
周围)的土壤中非稳态温度场展开研究
[1-5]
,即研究泄
漏的油气对周围环境温度产生的影响。漏点处油气
温度可以通过人为设定,再根据流体力学和介质的
热传导力学模型,利用仿真软件进行数值模拟,给
出漏点周围土壤中的温度场分布。
与前面这类研究不同,本文研究燃气管道泄漏
时,在漏点处的局部燃气因突然膨胀而产生的温度
变化规律,与漏点周围的环境介质无关,不应用流
体力学和介质的热传导力学,只需用到实际气体的
热力学与统计物理。该研究的意义在于:当管道内
传输的燃气温度已知时,根据本文研究可以估算出
漏点处的燃气温度(漏点处的燃气如何进一步影响
周围土壤温度,则可以由文献[1-5]中的研究工作给
出)。对于探测燃气管道泄漏的分布式光纤温度传感
系统,由于光纤紧挨管道分布,光纤探测到的燃气
泄漏信号主要源自泄漏处燃气的温度变化信号。本
文研究得到以下结论:在泄漏处,管内燃气因泄露
产生的温度变化随气体膨胀的倍数变化不明显,但
是随气体原有密度的变化而变化则比较显著。该研
究可以为分布式光纤温度传感系统测量燃气管道泄
漏的研究工作提供一定的理论指导。
当今社会对能源特别是石油、天然气资源的需
求促进了管道工业的发展,目前世界上50%以上的
管网趋于老化,我国的原油管道也有近一半已经运
营了20年以上。长期服役的油气管道由于各种自然
(处于腐蚀环境下管道的老化、埋管土壤潮湿及温度
变化、通过公路时受压过大)或人为(打孔盗油、泵站
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