邱華偉，李廣山，胡春峰，王梓涵，邱曉霞，邱秀娟

（唐山興邦管道工程設(shè)備有限公司，河北 唐山064100）

近些年城鎮(zhèn)集中供熱供冷預(yù)制保溫管道在中國飛速發(fā)展，得到廣泛的應(yīng)用，管道泄漏檢測顯然是維護(hù)活動的重要組成部分，且一直是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。大多數(shù)情況下，需要對管道進(jìn)行現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)。

在過去的幾年里，使用光纖的分布式溫度監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)證明是檢測和定位管道泄漏的有效方法，通過使用光時域反射測量（OTDR）的技術(shù)進(jìn)行定位。

光纜作為溫度傳感的媒介，如何合理地布放施工，針對各個特殊地形地段如何更好更有效地敷設(shè)，保證布放施工質(zhì)量是光纖測溫精度的基礎(chǔ)，也是后期高效使用的重中之重，并且該項(xiàng)目已經(jīng)獲得國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助——“科技助力經(jīng)濟(jì)2020”重點(diǎn)專項(xiàng)（編號：SQ2020YFF0422268）。

1 分布式光纖泄漏監(jiān)測系統(tǒng)原理

DTS 光纖分布式管道監(jiān)測系統(tǒng)采用光纖作為傳感器，通過監(jiān)測管道外部的溫度變化，實(shí)現(xiàn)對管道泄漏點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)。

DTS 光纖分布式管道監(jiān)測系統(tǒng)主要應(yīng)用的原理是拉曼效應(yīng)。拉曼散射光是由熱影響的分子振動引起的，背散射光攜帶關(guān)于散射發(fā)生的局部溫度的信息。事實(shí)上，拉曼背散射光有2個頻移分量：斯托克斯分量和反斯托克斯分量。反斯托克斯分量的振幅與溫度密切相關(guān)，而斯托克斯分量的振幅則不是。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為DTS 分布式光纖測溫系統(tǒng)及監(jiān)測云服務(wù)器系統(tǒng)兩部分，如圖1 所示。

監(jiān)測云服務(wù)器系統(tǒng)：采用阿里云云服務(wù)器系統(tǒng)，通過4G 無線通訊把數(shù)據(jù)傳送到平臺，并進(jìn)行解析、組態(tài)，從而得到相關(guān)數(shù)據(jù)。

DTS 分布式光纖測溫系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要由分布式光纖溫度解調(diào)儀、測溫光纜組成。分布式光纖溫度解調(diào)儀是一款連續(xù)分布式測溫光纖所處環(huán)境溫度的解調(diào)系統(tǒng)（Distributed Temperature Sensing System，DTS），它采用先進(jìn)的OTDR技術(shù)和Raman 散射光對溫度敏感的特性，探測出沿著光纖不同位置的溫度變化，實(shí)現(xiàn)真正分布式的溫度測量及定位。作為一種成熟的光纖分布式測溫手段，該設(shè)備具有測量距離遠(yuǎn)、測量精度高、響應(yīng)速度快、抗電磁干擾、便攜等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于供熱管網(wǎng)的泄漏監(jiān)測。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 DTS 檢測系統(tǒng)主要優(yōu)勢

DTS 檢測系統(tǒng)主要優(yōu)勢包括：①測溫介質(zhì)采用鎧裝光纜，無需外接電源，施工便捷，無需后期維護(hù)；②對管網(wǎng)全方位無死角監(jiān)控，24 h 實(shí)時在線，能實(shí)現(xiàn)多個漏點(diǎn)同時定位，定位精度高可在1 m 以內(nèi)；③平臺軟件通過大數(shù)據(jù)積累，智能分析，能得出管道保溫效果的變化趨勢。

4 監(jiān)測系統(tǒng)的施工建設(shè)

對于施工而言DTS 分布式光纖測溫系統(tǒng)的主機(jī)位置、內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要我們綜合考慮設(shè)計(jì)，測溫光纜的敷設(shè)、續(xù)接尤為重要。

4.1 整體工程方案設(shè)計(jì)

分析管網(wǎng)圖紙：標(biāo)定管網(wǎng)長度、走向，畫出分支，預(yù)標(biāo)記井室、安放手井位置，計(jì)算分段光纖長度。

設(shè)計(jì)監(jiān)測方案：依據(jù)管網(wǎng)長度和走向，擬定監(jiān)測主機(jī)的位置和測試通道數(shù)，考察監(jiān)測主機(jī)實(shí)際地理位置，確定供電方式，選定主機(jī)和測溫光纖。

按設(shè)計(jì)方案施工：準(zhǔn)備相關(guān)輔料工具，米標(biāo)與實(shí)際地理位置綁定，涉及臨時管網(wǎng)設(shè)計(jì)變更的要及時與設(shè)計(jì)監(jiān)測方案復(fù)核，并做出相應(yīng)的調(diào)整。

測溫光纜：光纖采用5.5 mm 黑色兩芯多模光纖，具有防水、防震、外徑小、結(jié)構(gòu)簡單、熱滲透快、測溫響應(yīng)快特點(diǎn)；采用不銹鋼管保護(hù)光纖，使光纜有很強(qiáng)的抗壓扁力等特點(diǎn)。耐高溫管道泄漏監(jiān)測傳感光纜有很好的防水、防震性能；套管外面采用不銹鋼絲絞合加強(qiáng)，使光纜有很強(qiáng)的抗拉力；最外層采用特氟龍+PE 護(hù)套防護(hù)，具有防水、防曬、抗老化、耐腐蝕、良好的電氣絕緣性能。傳感光纖為滿足國際標(biāo)準(zhǔn)的多模光纖芯，有很好的拉曼散射特性。

纖接續(xù)盒：續(xù)接盒屬于機(jī)械壓力密封接頭系統(tǒng)，是相鄰光纜間提供光學(xué)、密封和機(jī)械強(qiáng)度連續(xù)性的接續(xù)保護(hù)裝置，主要適用于各種結(jié)構(gòu)光纜的架空、管道、直埋等敷設(shè)方式連接。盒體采用進(jìn)口增強(qiáng)塑料，強(qiáng)度高，耐腐蝕，終端盒適用于結(jié)構(gòu)光纜的終端機(jī)房內(nèi)的接續(xù)，結(jié)構(gòu)成熟，密封可靠，施工方便。

4.2 光纜的鋪設(shè)

DTS 監(jiān)測系統(tǒng)有諸多優(yōu)勢和較高的性價比。想要達(dá)到良好的測量效果、精準(zhǔn)的定位，一定需要在施工中合理地綁縛、接續(xù)等。光纖從管網(wǎng)監(jiān)測起點(diǎn)開始沿管道向一個方向連續(xù)鋪設(shè)光纜至監(jiān)測的管網(wǎng)終點(diǎn)，測溫光纖（以下簡稱光纖）布置在管道水平線下方1/3 處，緊貼外護(hù)管，如圖2 所示。光纖布置在供回水管道中間，盡量避免管溝塌方或石塊跌落砸斷光纖。

圖2 光纜敷設(shè)示意圖

4.3 光纖的接續(xù)

涉及光纖續(xù)接的接頭或預(yù)留的光纖尾纖接頭在施工過程中要更加注意，如果接頭不加保護(hù)會影響續(xù)接工作，給后期運(yùn)行留下重大隱患，而續(xù)接質(zhì)量不好、損耗過大，則會直接影響到DTS 的監(jiān)測長度。

管道建設(shè)施工中幾乎不可能全局從始至終的施工，更多的是分段施工，難免涉及到光纜續(xù)接。

光纜接頭的衰減：單個接頭熔接損耗小于0.03 dB，光纜應(yīng)盡量做到整盤敷設(shè)，以減少中間接頭；每1.5 km 長度光纜接頭不宜超過1個。光纜接續(xù)前應(yīng)核對光纜接頭位置，并根據(jù)接頭預(yù)留長度的要求留足光纜；光纖接續(xù)宜連續(xù)作業(yè)，以確保接續(xù)質(zhì)量，不得讓光纜接續(xù)處受潮。連接操作中應(yīng)防止損傷和折斷光纖，連接后應(yīng)對光纖進(jìn)行復(fù)測。

4.4 設(shè)備主機(jī)及配電柜布局

設(shè)備主機(jī)采用無風(fēng)自散熱片模式，柜子無需額外配置散熱風(fēng)扇增加電量負(fù)荷，節(jié)約內(nèi)部空間，縮小箱體體積。柜子內(nèi)部配置聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與云端服務(wù)器實(shí)時互聯(lián)進(jìn)行指令互換，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控調(diào)節(jié)；柜子內(nèi)各個單元區(qū)域分工明確，統(tǒng)一由一個供電口供電，排線清晰簡單明了；柜體整體成型帶有密封，頂部配有防雨帽沿，側(cè)方設(shè)有防沙空氣流通孔，能有效防止陰雨潮濕天氣對電器元件的腐蝕和沙土對光信號接頭的磨損。

設(shè)備主機(jī)電源配置需求如下。

標(biāo)準(zhǔn)市電接入：給DTS 設(shè)備主機(jī)接入穩(wěn)定的220 V 電源即可。

太陽能電力系統(tǒng)：DTS 設(shè)備需要有持續(xù)性電源供電才能做到24 h 在線監(jiān)控，但往往長距離管網(wǎng)受地理?xiàng)l件的制約，一般不具備持續(xù)穩(wěn)定的市電供給。隨著近些年光伏科技的進(jìn)步和發(fā)展，為我們提供了很好的解決方案。一臺DTS 主機(jī)功率在10 W 左右，加上檢測柜內(nèi)的其他耗電設(shè)備總功率大約在20 W 左右。一塊額定300 W 的太陽能光伏板實(shí)際功率在270 W 左右，按年平均每天有效發(fā)電4 h 計(jì)算，一天發(fā)電量為1.08 kW；一臺主機(jī)設(shè)備一天消耗電量為0.48 kW；夜間使用蓄電池供電，白天光伏板為設(shè)備供電同時為蓄電池充電，蓄電池為12 V，100 A·h。如此遇到陰、雨天等天氣也能保障其完整運(yùn)行。詳細(xì)配置如表1 所示。

表1 300 W 太陽能系統(tǒng)配置

4.5 監(jiān)測平臺展示及功能

通過4G 無線通訊把數(shù)據(jù)傳送到阿里云云服務(wù)器的管理平臺，并進(jìn)行解析、組態(tài)，從而生成直觀、簡明的監(jiān)控畫面及查詢檢索功能窗、管道溫度數(shù)據(jù)匯總、報警匯總、歷史曲線等界面。

可實(shí)現(xiàn)通過監(jiān)控軟件實(shí)時監(jiān)測各管道分區(qū)溫度狀態(tài)、測溫報警、高溫報警位置定位、實(shí)時曲線查詢、歷史曲線查詢等功能，實(shí)現(xiàn)管路泄漏第一時間進(jìn)行預(yù)警，并在實(shí)景地圖中進(jìn)行位置定位。全光纖熱力管道安全監(jiān)測系統(tǒng)如圖3 所示。

5 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和市場競爭得需要，施工的質(zhì)量越來越被人們所重視，在工程建設(shè)中質(zhì)量是工程建設(shè)的關(guān)鍵，任何一個環(huán)節(jié)或部位出現(xiàn)問題，都會給整個工程帶來嚴(yán)重的后果，直接影響到工程的使用，甚至造成返工，進(jìn)而造成經(jīng)濟(jì)損失。工程質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到建設(shè)速度。

圖3 全光纖熱力管道安全監(jiān)測系統(tǒng)

布線施工往往是最后的環(huán)節(jié)，無特殊情況時通常是管道補(bǔ)完口后的最后一道工序，往往容易受到監(jiān)理或建設(shè)方的忽視，補(bǔ)完口后急于回填，光纜敷設(shè)質(zhì)量得不到保證。土建方回填沙不能完全滿足回填的技術(shù)要求，回填手法粗暴，都會對光纜造成破壞，遭到破壞后二次開挖續(xù)接又會對整條檢測管網(wǎng)的質(zhì)量產(chǎn)生影響。

規(guī)范完整、有技巧的敷設(shè)既可以提高施工效率，減少經(jīng)濟(jì)成本，又可以最大限度地避免二次修復(fù)減少接頭。相關(guān)人員要不斷總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為管網(wǎng)高質(zhì)量的智能監(jiān)控做好基礎(chǔ)。