基於光纖應變測量技術的管道泄漏監測及定位研究

《基於光纖應變測量技術的管道泄漏監測及定位研究》是依託大連理工大學,由賈子光擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於光纖應變測量技術的管道泄漏監測及定位研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：賈子光

項目摘要

管道泄漏監測技術對於及時了解管道安全運營狀態，確保國民經濟和人民生命財產安全具有重要意義。隨著新型材料、新型感測器的不斷發展，各種管道泄漏檢測及監測技術應運而生。本項目提出了一種基於準分散式光纖應變測量技術的管道泄漏監測及定位的方法，它以負壓波傳播規律為基礎，通過採集泄漏引起的管道沿線的應變分布信息，對管道泄漏位置進行判斷。本項目將從管道泄漏的機理研究出發，給出不同泄漏情況下的泄漏定位方法，包括負壓波時間差定位法，負壓波能量衰減定位法及穩態應變分布模式識別法等。而高靈敏度光纖光柵感測器的研發也是本項目的重要研究分支，它決定了泄漏監測系統對於微小泄漏量的檢測能力。結合本項目擬開發的管道泄漏監測軟體系統，上述定位方法及感測技術均將通過管道泄漏模型試驗進行驗證。利用光纖感測技術開發智慧型管道結構也將是本項目一個潛在的技術研究工作。

結題摘要

管道是國家重要公共基礎設施，其泄漏監測具有重要意義。本項目提出了基於分散式光纖應變測量信號，進行管道泄漏事故判別及泄漏定位的新技術，目前已形成了“泄漏機理→感測技術→監測算法→系統設計”的較為完整的管道泄漏監測理論和技術體系。在泄漏監測原理方面，提出利用特徵線法分析管道泄漏穩態壓力分布規律，結合機器學習模型計算管道泄漏位置的方法。在感測技術方面，針對前期開發的光纖光柵（FBG）管道泄漏感測器，進行結構及參數最佳化，提升感測器對管道泄漏監測可檢泄漏量的分辨能力。在泄漏監測算法方面，針對管道泄漏事故原始數據不易獲取的問題，提出利用適於小樣本學習的支持向量回歸（SVR）網路模型，分析管道泄漏位置與光纖應變分布的複雜非線性映射關係，並利用多種最佳化方法獲得更高的管道泄漏定位準確率。搭建管道泄漏監測模擬試驗平台，對上述相關監測技術及監測系統進行模擬試驗測試。經理論和試驗驗證，本項目所提出的基於分散式光纖應變測量的管道泄漏監測技術，對於管道泄漏事故識別準確率高達97%。通過對真實長輸管道的模擬計算，該方法對於管道沿線各泄漏點定位平均誤差率低於1%，且系統具有較好的魯棒性。同時，通過改進光纖感測器泄漏監測靈敏度，可將泄漏檢測系統在管道最小可檢泄漏率方面檢測性能提升超過30%。本項目所研究的管道泄漏監測及定位技術，有望套用於長輸油氣管道、城市管網、海底管道等各類管道安全監測系統中，具有潛在的實際套用價值。