分布式光纤传感技术在海底管道在线监测的应用

宁波诺驰光电科技发展有限公司2014年6月分布式光纤传感技术在线监测的应用汇报纲要技术介绍海底管道监测探讨公司简介技术背景“点式”测量无法精确定位电测传感器，易受电磁干扰测量距离短后期维护工作量大传统测量技术“分布式”测量精确定位光纤即为传感器光学传感，免受电磁干扰测量距离远安装简单，维护工作量小分布式光纤技术光纤可以测什么？光纤测量参数包括：温度Temperature应变Strain压强Pressure振动Vibration加速度Acceleration流量Flow电流Current……光纤opticalfiber——光信号传输介质高锟—光纤之父，2009年诺贝尔奖获得者分布式光纤传感器的优点连续分布式测量，无测量盲区光纤即为传感，“传”、“感”合一抗电磁干扰，适合在高电压等强电磁场所下监测本征防爆，适合在易燃、易爆等危险环境下工作灵敏度高，动态测量范围宽安装简单光纤寿命长，后期维护工作量小尺寸小、重量轻适合远程传输与监控光纤背向散射效应激光散射Laser,l0DTS：基于自发拉曼Raman散射效应BOTDA：基于受激布里渊Brillouin散射效应DAS：基于瑞利Rayleigh散射效应“光缆就是传感器”标准通信光纤1m光脉冲背向散射光提供了每1m的测量完全沿着光纤的测量:10km光纤=10,000传感器T9,999T9,998T9,997T9,996T9,995分布式光纤测量原理定位原理1/100,000,000seconds=1m2/100,000,000seconds=2m3/100,000,000seconds=3m1m2m3mOTDR—光时域反射技术，又称光纤雷达DTS产品介绍拉曼型分布式光纤温度传感器（DTS）DTS：DistributedTemperatureSensingSystemDTS可实现沿光纤分布的温度实时测量，是国内外应用较成熟的产品。拉曼散射RamanScatteringDTS用来计算温度值OTDR技术OpticalTimeDomainReflection用来定位温度点DTS测量原理波长光强TStokesAnti-stokesRayleigh驱动电路信号采集处理及显示APDLD传感光纤WF宁波诺弛DTS产品空间分辨率：0.2m（业界最优）测量距离：5km测量通道：4测量时间：5s测温精度：0.5℃全光纤光路，可靠性高模块化设计，可维护性好形象直观的软件界面灵活丰富的报警方式BOTDA产品介绍布里渊型分布式光纤传感器BOTDA:BrillouinOpitcalTimeDomainAnalysis布里渊光时域分析仪BOTDA是国际上最先进的分布式光纤传感器，性能优异、技术难度大，目前仅有日本、加拿大、瑞士等数家单位可提供产品，浙江中欣是国内唯一提供商业应用产品的企业。BOTDA可实现沿光纤分布的温度、应变测量，目前在海底光电缆、长输油气管道、结构健康监测等领域有应用。探测激光器单模光纤入射光探测器受激布里渊散射信号布里渊散射光由泵浦光和声子的相互作用而受激产生泵浦激光器瑞利拉曼频率拉曼布里渊频率ν±11GHz入射光频率ν散射光功率BOTDA系统结构BOTDA散射谱straine2fibere1e1n2TheBrillouinfrequencyShift(n2-n1)无应变应变增大n1FrequencyDistance当光纤受到拉压或温度作用时，该点的布里渊散射谱会发生漂移。从频谱上看，布里渊频移改变量与应变及温度成正比。eennnTTB宁波诺驰BOTDA产品NTB-50（2011年推出）测量距离：50km测量精度：±1℃/20με测量时间：最短20sNTB-100（2012年底）测量距离：100km测量精度：±1℃/20με测量时间：60sDAS产品介绍OTDR型分布式光纤声音传感器（DAS）DAS：DistributedAcousticSensorDAS可实现沿光纤分布的振动/温度变化监测，与传统的MZ或者Sagnac传感器相比，DAS具有如下特点：多事件同时探测与定位分区报警阈值设置只需单芯光纤DAS振动监测原理EDFA时间/位置外界振动激光EOM传感光纤探测器信号处理强度振动前信号振动时信号差分信号分布式声音传感器DAS是基于相干瑞利散射的分布式光纤传感器。它利用光纤对声音（振动）敏感的特性，当外界振动作用于传感光纤上时，由于弹光效应，光纤的折射率、长度将产生微小变化，从而导致光纤内传输信号的相位变化，使得光强发生变化。通过检测振动前后的瑞利散射光信号的强度变化（差分信号），即可实现振动事件的探测，并具备多振动事件同时精确定位。DAS产品特点：温度距离长：50km测量时间快：1s/50km灵敏度高：可测管道周围40米以内振动传感器寿命长：20年振动与温度同时监测测量距离业内领先光纤故障监测功能测量现场无需供电采用标准通信单模光纤，充分利用冗余光纤光纤即为传感器，兼具传输与传感功能宁波诺驰DAS产品技术领先完全自主研发汇报纲要技术介绍海底管道监测探讨公司简介海底管道监测的意义海底管道联结了海上油田开发的上游与下游，是海上油气田开发与生产不可或缺的生命线工程。海底管道投资大，风险高；一旦发生事故，易造成重大损失和环境灾害。管道处于海底，多数又需要埋设于海底土中一定深度，检查和维修困难。管外电化腐蚀，外物撞击，波流，海床运动等因素都会增加管道失效的概率。处于潮差或波浪破碎带的管道（尤其是立管），受风浪、潮流、冰凌等影响较大，有时可能被海中漂浮物和船舶撞击或抛锚遭受破坏。海底管道安全监测内容腐蚀振动外力撞击形变泄漏管道埋深管道周边冲刷管道周边地质海底管道监测技术管内检测•利用各种检测工具对管道内壁的腐蚀情况、裂纹、管道的壁厚以及几何变形情况进行检测。管外检测•依靠潜水员或探测仪器对管道外部损伤情况、防腐涂层和配重层破坏情况、牺牲阳极块损失情况、管道埋深情况、管道周围的冲刷、管道支承情况以及管道周围海底情况进行检查。冲刷悬空导致的海底管道事故冲刷悬空涡激振动疲劳裂纹断裂泄漏应变振动应变温度温度海底管道悬跨载荷海底管道涡激振动管道分布式光纤监测技术国内外应用于管线工程监测的技术和方法正在从传统的点式仪器监测向分布式、自动化、高精度和远程监测的方向发展。分布式光纤传感技术是一种新型实时在线监测技术，将探测光缆沿管道并行敷设，可实现管道沿线的振动、泄漏、过热点等异常状况实时监测，具有测量距离远、连续分布式测量、可精确定位、安装简单、安全可靠、扩展性强等优点，对埋地管道不会产生任何破坏或影响其正常生产,对已经稳定的和新发生的泄漏都可以进行识别，尤其适合管道在线监测应用。分布式光纤传感油气管道在线监测系统利用与管道同沟敷设的通信光缆作为传感器，能实时获得油气管道沿线的温度、应变、振动等状态信息，通过历史数据分析和特征信号提取与智能识别，实现对管道泄漏、管道悬跨、管道第三方破坏、管道形变和地质灾害等进行事前预警，事前预知事件发生的时间、地点、事件趋势等，并准确定位。分布式声传感器DAS布里渊光时域分析仪BOTDA管线油气泄漏管线附近施工管线人为破坏管线沉降形变地质灾害综合软件平台单根多芯光缆设备间分布式在线监测管线温度、应变和振动油气管道管道泄漏监测原理分布式光纤传感器具有同时获取在传感光纤区域内随时间和空间变化的被测量分布信息的能力。利用光纤作为传感器，拾取管线周围的温度、应变和振动信号，通过对信号的分析和处理。对管线油气泄漏、管线附近的机械施工、人为破坏、管线沉降变形以及地质灾害等事件进行迅速判断和准确定位。其中，BOTDA与DAS技术是分布式光纤在油气管道在线监测应用中成熟的技术解决方案。管道地质灾害监测地质灾害对管道的影响主要体现在管道周边环境的变化，使得挤压力、弯曲力、剪切力等复杂的交变应力作用于管道上，从而导致管道出现异常的形变，最终损坏管道或者降低管道服役寿命。通过管道外壁固定传感光缆或者管道同沟直埋通信光缆，利用BOTDA可以获得管道沿线光纤应变分布，进而推算出管道形变或者周边土层应变分布变化信息，提前预警安全隐患。应变传感光缆油气管道土壤直埋光缆油气管道土壤紧压土层（a）管道外壁固定应变传感光缆（b）管道同沟直埋光缆管道第三方破坏监测国外应用案例Dalia油田生产系统Dalia油田由道达尔公司开发运营，位于安哥拉海岸135公里外，水深范围在1200至1500米。三个主力油藏开采出的原油通过油田内管道和立管被输送到海平面上的油轮中(FPSO)。由于开采出的原油离开油藏的温度为45-50℃，但在到达海床后，温度降低至4℃，为了保证稠油在集成式生产立管(IPB)中向上输送1650米到达钻井平台，准确监测管束中的温度是必要的条件。Dalia油田采用IntergritiPlatinum全集成式光纤监测系统，帮助管道作业者监测管道的温度、应变和振动情况。采用设备：BOTDA和DAS在管道上置入光纤的过程中，Dalia油田的技术团队采用了气吹光纤置入法。从钻井平台出发在海底管道表面预置一段沿着管束螺旋前进的不锈钢微管，并将微管末端引回平台或地面，形成一个长回路，待立管束安装完毕后，将光纤从螺旋微管的一端引入，使其向下达到海床并返回到油轮。国外应用案例Omnisens公司的案例。项目位于英国Lerwick的Islay油田，他们利用BOTDA实现伴热管道全程温度监测。通过管道分布式温度数据，经勘查6km的海底管道存在5处风险点。胜利油田输油管道监测海底管道模拟测试应变-距离分布曲线应变-时间变化曲线石油套管应力监测汇报纲要技术介绍海底管道监测探讨公司简介注册资金：1000万元公司宗旨：专业从事先进光电测控产品研发、生产、销售和服务的高新技术企业。公司致力于业界最前沿的光电测量技术研究与产品开发，为航空、电力、通信、石化、能源、船舶、国防等行业提供优质的监测系统及行业解决方案。宁波诺驰公司基本信息公司资质荣誉院士工作站宁波大学光电测量联合工程中心宁波市创新型初创企业宁波市科技型企业宁波市创新示范企业GJB9001B-2008质量管理体系认证ISO9001:2008质量管理体系认证对外贸易经营备案登记海关进出口货物收发货人报关注册登记证书企业院士工作站2011年9月创建成立宁波诺驰人员分布与构成现有员工70余人，其中研发人员35人。研发人员涵盖光电、硬件、软件、计算机、机械、信息、测控等专业。宁波诺驰研发产品光纤传感测量仪表特种激光光源光纤传感BOTDADTSDAS测量仪表OTDROMM特种激光光源NLWLDM宁波诺驰光纤传感产品分布式光纤测温系统DTS布里渊光时域分析仪BOTDA国内唯一自主设计开发，拥有自主知识产权技术指标国际先进0.2m空间分辨率，技术指标业界领先模块化设计，可靠性高可提供单模版本宁波诺驰光电测试仪表在借鉴国外先进光电测试技术的基础上，通过核心技术创新，研发高性价比的系列测试仪表。光万用表光纤寻障仪手持式OTDROTDR模块宁波诺驰激光光源产品模块化产品台式测量仪表15432尺寸最小的窄线宽激光模块超低相位噪声和强度噪声快速频率和强度调制能力小于3kHz超窄光谱线宽广泛应用于水听器、国防等领域产品认证BOTDAEMC检测报告BOTDA温度校准报告BOTDA应变检测报告DTS消防认证检验报告DTS防爆认证CuteOTDR-200CE认证CuteOTDR-300CE认证锂电池航空运输条件鉴别报告知识产权申请40余项专利，授权发明10项、实用新型15项获得软件著作权和软件产品登记各4项市场定位石化化工通信网络公共安全智能电网智能交通致力于业界最前沿的光电测量技术研究，提供满足市场需求的高端光电测量仪器、行业应用解决方案应用领域电力化工企业油气井大坝战略油库交通隧道输油气管线桥梁航天应用客户BOTDA产品部分应用110kV嵊泗联网工程海缆监测项目岱山-衢山110kV