在燃?xì)夤こ踢\行過程中，管道老化、腐蝕導(dǎo)致的燃?xì)庑孤┰斐闪四茉蠢速M，傳統(tǒng)的燃?xì)夤艿佬孤z測手段，如人工巡檢和常規(guī)儀器檢測，存在檢測范圍有限、響應(yīng)速度慢、準(zhǔn)確性欠佳等問題，難以滿足燃?xì)夤こ态F(xiàn)代化管理的需求[1]。

光纖傳感技術(shù)憑借其高靈敏度、抗電磁十?dāng)_、分布式監(jiān)測等優(yōu)勢，為燃?xì)夤こ坦艿佬孤┍O(jiān)測提供了新的解決方案。它能夠?qū)崟r、精準(zhǔn)地定位泄漏點，及時發(fā)現(xiàn)潛在安全隱患，極大地提升燃?xì)夤こ坦芾淼男逝c安全性。深入研究光纖傳感技術(shù)在燃?xì)夤こ坦艿佬孤┍O(jiān)測中的應(yīng)用，不僅有助于解決當(dāng)前燃?xì)夤こ坦芾淼碾y題，還對推動燃?xì)庑袠I(yè)安全、可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的理論和現(xiàn)實意義[2]。

1.燃?xì)夤こ坦艿佬孤┍O(jiān)測現(xiàn)存問題

在燃?xì)夤こ坦芾碇?，傳統(tǒng)管道泄漏監(jiān)測技術(shù)依賴人工巡檢與部分定點設(shè)備，不僅效率低，且難以實時察覺管道的細(xì)微泄漏。此外，地下燃?xì)夤艿浪幁h(huán)境復(fù)雜，土壤腐蝕、地質(zhì)沉降等因素使傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)難以精準(zhǔn)定位泄漏點，增加了維修難度。

光纖傳感技術(shù)的出現(xiàn)，為燃?xì)夤こ坦艿佬孤┍O(jiān)測提供了新路徑，它憑借高靈敏度的特性，能迅速捕捉管道內(nèi)極其微小的壓力變化，第一時間檢測到泄漏情況。此外，光纖傳感技術(shù)可實現(xiàn)長距離實時監(jiān)測，配合分布式光纖傳感系統(tǒng)，能精確定位管道的泄漏位置，大幅縮短維修響應(yīng)時間。在應(yīng)對復(fù)雜地理環(huán)境時，光纖傳感技術(shù)優(yōu)勢顯著，有效彌補了傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)的不足。

2.基于光纖傳感技術(shù)方法的燃?xì)夤艿佬孤┍O(jiān)測技術(shù)

2.1光纖傳感技術(shù)方法的監(jiān)測原理

光纖傳感技術(shù)主要基于光在光纖中傳輸?shù)奶匦宰兓瘉韺崿F(xiàn)燃?xì)夤艿赖男孤侗O(jiān)測。當(dāng)燃?xì)夤艿腊l(fā)生泄漏時，周邊環(huán)境會因燃?xì)獾男孤┏霈F(xiàn)溫度、壓力的異常，光在光纖中傳播時，這些環(huán)境變化會使光纖產(chǎn)生微小的形變，進而影響光的相位、波長和強度。

在基于相位調(diào)制的監(jiān)測原理中，兩根光纖分別作為傳感光纖與參考光纖，傳感光纖受泄漏影響導(dǎo)致光相位改變，與參考光纖的光波產(chǎn)生干涉，通過分析干涉條紋的變化，就能精準(zhǔn)獲取燃?xì)庑孤┑奈恢煤统潭?。在基于強度調(diào)制的原理中，泄漏引發(fā)的光纖彎曲或微彎損耗，會改變傳輸光的強度，監(jiān)測光強的變化，同樣可以實現(xiàn)對泄漏的探測。此外，基于波長調(diào)制原理的光纖光柵傳感技術(shù)，燃?xì)庑孤?dǎo)致的溫度和應(yīng)變改變，會引起光纖光柵反射波長的漂移，通過檢測波長變化，實現(xiàn)對管道泄漏的監(jiān)測。

當(dāng)燃?xì)夤艿腊l(fā)生泄露時，光纖內(nèi)的光強度會發(fā)生變化，根據(jù)光強度的變化量，可以計算出管道的泄露量。光強度變化的計算公式為：

式中， 表示光強度變化量， 表示初始光強度， I 表示管道泄露后的光強度。

2.2光纖傳感技術(shù)優(yōu)化設(shè)計

光纖傳感技術(shù)以其抗電磁干擾、長距離分布式監(jiān)測等特性，為燃?xì)夤艿佬孤┍O(jiān)測提供了可靠方案。為進一步挖掘該技術(shù)潛力，提升其在復(fù)雜工況下的應(yīng)用效能，本文從傳感光纖、信號處理、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)集成等多個維度，開展創(chuàng)新性優(yōu)化設(shè)計。

傳感光纖是監(jiān)測系統(tǒng)的核心部件，其性能直接影響監(jiān)測靈敏度。本次優(yōu)化選用改進型光子晶體光纖（PCF），其包層空氣孔呈六邊形周期性排列，孔間距精確控制在 2 . 8 μ m ，空氣孔直徑為 這種結(jié)構(gòu)使得PCF的有效模場面積縮小至 ，相比常規(guī)單模光纖（有效模場面積為 ），對周圍環(huán)境變化的感知更為敏銳。

為增強傳感光纖對特定燃?xì)獾臋z測能力，在PCF空氣孔中填充厚度為 8 0 n m 的納米多孔鈀膜，用于氫氣監(jiān)測。填充后，PCF的光學(xué)特性發(fā)生顯著改變，可將氫氣檢測下限降低至 0 . 1 p p m ，可以極大提升對氫氣泄漏的監(jiān)測精度。

信號調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)對監(jiān)測系統(tǒng)的精度和響應(yīng)速度起著決定性作用，本研究采用波長調(diào)制技術(shù)，利用中心波長為1 5 5 0 n m 的分布反饋式激光器（DFB），實現(xiàn) 0 . 8 n m 的波長調(diào)諧范圍，波長穩(wěn)定性維持在 ± 0 . 0 1 n m 以內(nèi)，并結(jié)合鎖相放大技術(shù)解調(diào)信號，系統(tǒng)信噪比達(dá)到1200：1，有效抑制噪聲干擾。

為實現(xiàn)對燃?xì)夤艿赖娜娓采w和精準(zhǔn)監(jiān)測，本研究構(gòu)建樹形與環(huán)形相結(jié)合的混合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在人口密集區(qū)和關(guān)鍵管道節(jié)點，樹形結(jié)構(gòu)分支間距設(shè)置為 5 0 m ；偏遠(yuǎn)地區(qū)分支間距擴大至200m。環(huán)形結(jié)構(gòu)圍繞核心管道區(qū)域布局，周長控制在 1 . 5 k m 保障網(wǎng)絡(luò)可靠性與靈活性。新型集成化光纖傳感器尺寸為 2 5 m m× 1 5 m m× 8 m m 體積小巧，便于安裝。每個傳感器節(jié)點集成溫度、壓力補償模塊，可實時修正環(huán)境因素對監(jiān)測結(jié)果的影響，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

3.模擬研究分析

3.1工程概況

某燃?xì)夤艿拦こ涛挥谌A東地區(qū)某城市，旨在為150萬戶居民與500余家工業(yè)企業(yè)提供安全穩(wěn)定的燃?xì)夤?yīng)。敷設(shè)管道總長度達(dá)1200千米，其中高壓管道200干米，采用X80 鋼材質(zhì)，管徑1016mm，設(shè)計壓力12兆帕；中壓管道600千米，使用L450M鋼，管徑 5 0 8 m m ，運行壓力0.6兆帕；低壓管道400千米，選用PE100聚乙烯管，管徑 2 5 0 m m ，工作壓力0.02兆帕。管道網(wǎng)絡(luò)橫跨12個主城區(qū)、4個產(chǎn)業(yè)園區(qū)，穿越9條大型河流、20條交通主干道以及50余片居民住宅區(qū)。由于傳統(tǒng)燃?xì)夤艿佬孤┍O(jiān)測技術(shù)效率較低、定位不準(zhǔn)，難以滿足現(xiàn)代化管理需求，因此，本工程應(yīng)用光纖傳感技術(shù)，實時精準(zhǔn)定位泄漏點，降低安全風(fēng)險。

3.2模擬燃?xì)夤艿佬孤┍O(jiān)測分析

試驗?zāi)M上述地區(qū)的燃?xì)夤艿肋\行場景，在一段200米長的模擬管道上，人為設(shè)置3處不同程度的泄漏點。采用改進后的光纖傳感技術(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，利用基于相位調(diào)制、強度調(diào)制、波長調(diào)制原理的光纖傳感裝置收集數(shù)據(jù)。燃?xì)夤艿佬孤┍O(jiān)測結(jié)果如表1所示。

隨著模擬泄漏量從5L/min提升至20L/min，檢測響應(yīng)時間由3s縮短至1.8s，呈現(xiàn)出泄漏量越大，響應(yīng)時間越短的規(guī)律，主要因為燃?xì)庑孤r會改變周邊環(huán)境的溫度和壓力，導(dǎo)致光纖發(fā)生微小形變，影響光在光纖中的相位、波長和強度。泄漏量越大，對光纖周邊環(huán)境的影響越強烈，這些變化也越顯著，傳感系統(tǒng)便能更迅速地檢測到光信號的改變，從而大幅縮短響應(yīng)時間。

隨著模擬泄漏量的增加，定位誤差從0 . 8 m 降至 0 . 5 m ，呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢?；旌暇W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)揮了關(guān)鍵作用，在不同泄漏場景下，系統(tǒng)通過多節(jié)點數(shù)據(jù)對比分析，對泄漏點進行精準(zhǔn)定位。泄漏量較大時，泄漏引發(fā)的信號特征更為明顯，各傳感器接收到的信號差異更大，為系統(tǒng)提供了更多的定位參考信息，進而有效減小定位誤差。在不同模擬泄漏量下，檢測精度始終穩(wěn)定在0.lppm，這得益于PCF有效增強了傳感光纖對特定燃?xì)獾臋z測能力。

4.結(jié)束語

隨著燃?xì)夤こ桃?guī)模不斷擴大，傳統(tǒng)燃?xì)夤艿佬孤┍O(jiān)測技術(shù)難以滿足現(xiàn)代化管理需求。光纖傳感技術(shù)憑借高靈敏度、抗電磁干擾等優(yōu)勢，為燃?xì)夤艿佬孤┍O(jiān)測提供了新的解決方案。通過對光纖傳感技術(shù)原理剖析，以及從傳感光纖、信號處理等多維度的優(yōu)化設(shè)計，不僅能實時精準(zhǔn)定位泄漏點，還能有效降低安全風(fēng)險。經(jīng)模擬試驗分析，在不同泄漏量和管道壓力場景下，光纖傳感技術(shù)監(jiān)測系統(tǒng)均展現(xiàn)出較好性能，檢測響應(yīng)時間短、定位誤差小、檢測精度高。因此，推廣光纖傳感技術(shù)在燃?xì)夤こ坦芾碇械膽?yīng)用，對推動燃?xì)庑袠I(yè)的安全、可持續(xù)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

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[2]程傳琳。J燃?xì)夤綯次高壓燃?xì)夤こ藤|(zhì)量管理的研究[D].太原理工大學(xué)，2023.作者單位：濟南能源投資控股集團有限公司