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分布式光纖測溫技術(shù)在長輸工業(yè)管道安全監(jiān)測中的應(yīng)用研究

更新時間：2026-09-02　點擊量：156

摘要

管道是石油天然氣、尾礦礦漿、熱力、化工介質(zhì)主要輸送載體，大量長輸管線埋地敷設(shè)，隱蔽性強(qiáng)。管道腐蝕穿孔泄漏、內(nèi)部堵塞、保溫層破損、化工介質(zhì)超溫等故障，初期通常伴隨局部溫度異常。傳統(tǒng)監(jiān)測手段以點式傳感器、壓力檢測、人工巡線為主，長距離埋地管段存在大量監(jiān)測盲區(qū)，電子設(shè)備在地下高濕腐蝕環(huán)境可靠性差，難以實現(xiàn)全線早期隱患預(yù)警。分布式光纖測溫（DTS）基于拉曼散射光學(xué)原理，感溫光纜可與管道同溝埋設(shè)，監(jiān)測現(xiàn)場無源，耐潮濕土壤腐蝕，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)十公里管線分布式連續(xù)溫度采集。本文闡述DTS系統(tǒng)工作原理，研究閾值?溫升速率聯(lián)合報警算法；針對油氣長輸管道、尾礦輸送管道、城市熱力管網(wǎng)、化工壓力管道、綜合管廊多類場景開展應(yīng)用分析；論述光纜選型敷設(shè)、埋地工況報警參數(shù)整定、對接管網(wǎng)SCADA系統(tǒng)等工程關(guān)鍵技術(shù)。工程實踐證明，分布式光纖測溫技術(shù)可精準(zhǔn)識別埋地管道泄漏、堵塞、保溫失效帶來的溫度異常，為長輸工業(yè)管道提供早期預(yù)警手段，對提升管網(wǎng)本質(zhì)安全、數(shù)字化運(yùn)維具備重要工程價值。

**關(guān)鍵詞：**分布式光纖測溫；DTS；長輸管道；油氣管道；尾礦管道；熱力管道；化工管道；埋地管線；管道泄漏監(jiān)測

1 引言

管道運(yùn)輸已經(jīng)成為我國第五大運(yùn)輸方式，廣泛應(yīng)用油氣能源、礦山尾礦、城市供熱、化工物料輸送。大量管線埋設(shè)于土壤之下，穿越野外、道路、城鎮(zhèn)區(qū)域。受土壤腐蝕、第三方施工破壞、介質(zhì)沖刷磨損影響，管道會出現(xiàn)穿孔泄漏、內(nèi)部淤積堵塞；熱力管道保溫層老化破損造成熱量流失；化工輸送管道存在介質(zhì)泄漏、反應(yīng)超溫風(fēng)險。大部分故障發(fā)生前期，會產(chǎn)生局部溫度變化信號，但管線綿延數(shù)公里至幾十公里，埋地狀態(tài)下肉眼無法觀測。

現(xiàn)有管道安全監(jiān)測體系存在短板：點式溫度傳感器僅布置在閥室、站場，絕大部分埋地管段沒有測溫點；埋地潮濕腐蝕環(huán)境中，電子傳感器供電、維護(hù)難度大；壓力監(jiān)測只有管道出現(xiàn)較大破損時才會顯著變化，微小滲漏很難檢出；可燃?xì)怏w探測器僅局限站場閥室；人工巡線受地形、天氣限制，無法實現(xiàn)全天候全線監(jiān)測。隨著國內(nèi)管網(wǎng)安全相關(guān)規(guī)范不斷優(yōu)化，管道運(yùn)維由故障搶修模式向風(fēng)險預(yù)判模式轉(zhuǎn)變，急需可以覆蓋整條管線的在線監(jiān)測技術(shù)。

分布式光纖測溫DTS，感溫光纜和管道同溝敷設(shè)，沿線不需要供電，抗埋地惡劣環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)整條管道連續(xù)測溫，近些年來在各類長輸工業(yè)管道項目逐步落地。本文圍繞DTS工作原理、多場景應(yīng)用、工程實施關(guān)鍵技術(shù)開展研究，為長輸工業(yè)管道監(jiān)測項目提供技術(shù)參考。

2 分布式光纖測溫系統(tǒng)工作原理

分布式光纖測溫依托拉曼散射物理效應(yīng)。脈沖激光輸入感溫光纜，光纖內(nèi)部產(chǎn)生瑞利散射與拉曼散射，拉曼散射包含斯托克斯光、反斯托克斯光，反斯托克斯光強(qiáng)度對溫度十分敏感。DTS主機(jī)接收返回光信號，對比兩種散射光光強(qiáng)比值，解算出光纜沿線各個位置溫度；依靠光信號往返傳播時間，計算溫度異常對應(yīng)的管線里程位置，同時獲取溫度數(shù)值和故障點位。

系統(tǒng)硬件由DTS測溫主機(jī)、鎧裝感溫光纜、聲光報警單元、通訊模塊組成。感溫光纜隨管道同溝埋地敷設(shè)，管線沿途無有源器件；主機(jī)部署在管道閥室或者站場機(jī)房，完成光信號解調(diào)、溫度計算、數(shù)據(jù)存儲、報警邏輯判斷。系統(tǒng)通過以太網(wǎng)、RS485輸出標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，對接管道SCADA智慧運(yùn)維平臺。

系統(tǒng)采用雙重報警邏輯：固定溫度閾值報警，溫度超過設(shè)定限值觸發(fā)告警；溫升速率報警，監(jiān)測單位時間溫度變化，識別突發(fā)泄漏、堵塞故障。支持多級預(yù)警，米級定位故障里程。

3 長輸工業(yè)管道典型應(yīng)用場景分析

3.1 油氣長輸管道監(jiān)測

石油天然氣長輸埋地管線，鎧裝感溫光纜與管道同溝敷設(shè)。全線監(jiān)測管道外壁溫度變化，捕捉油氣介質(zhì)泄漏產(chǎn)生的溫度異常，在泄漏擴(kuò)大之前發(fā)出預(yù)警，防范火災(zāi)爆炸與土壤污染。

3.2 尾礦輸送管道監(jiān)測

礦山尾礦礦漿輸送管線，介質(zhì)含有固體顆粒，管道容易淤積堵塞、磨蝕滲漏。光纜全程跟隨管線，通過溫度變化識別堵塞、滲漏位置，避免尾礦泄漏造成生態(tài)環(huán)境污染，保障礦山連續(xù)生產(chǎn)。

3.3 城市熱力管道監(jiān)測

城市埋地?zé)崃芫W(wǎng)，保溫層破損會造成局部散熱異常。利用DTS全線測溫，定位保溫?fù)p壞管段，輔助供熱調(diào)度，降低熱力損耗，提升城市供熱系統(tǒng)運(yùn)行效率。

3.4 化工壓力輸送管道監(jiān)測

廠區(qū)及外輸化工介質(zhì)壓力管道，介質(zhì)具備腐蝕性、危險性。光纜沿管道敷設(shè)，監(jiān)測介質(zhì)泄漏、反應(yīng)超溫，提升化工管線運(yùn)行安全水平。

3.5 綜合管廊多管線集中監(jiān)測

地下綜合管廊內(nèi)同時布設(shè)油氣、熱力、化工多條管線，DTS系統(tǒng)可同時對廊內(nèi)多條管道開展分布式溫度監(jiān)測，實現(xiàn)管廊管線集中安全管控。

4 工程實施關(guān)鍵技術(shù)

4.1 光纜選型與敷設(shè)工藝

埋地長輸管道必須選用直埋鎧裝感溫光纜，具備抗壓、抗拉、抗土壤腐蝕性能；管溝、綜合管廊內(nèi)部選用護(hù)套鎧裝光纜。新建項目光纜跟隨管道同溝同步敷設(shè)，做好光纜防擠壓防護(hù)；存量管線改造優(yōu)先利用檢修窗口期。全部光纖熔接接頭放置閥室、接線井內(nèi)，做防水、密封、防腐保護(hù)，禁止接頭直接埋入土壤。

4.2 報警參數(shù)整定

埋地管道地溫會隨一年四季明顯變化，不能直接套用固定報警閾值。需要結(jié)合項目所在地土壤常年溫度、輸送介質(zhì)工藝溫度現(xiàn)場整定參數(shù)，同時啟用溫度閾值、溫升速率雙重判據(jù)，區(qū)分季節(jié)地溫波動和真實管道故障，降低誤報警概率。

4.3 上位平臺對接

DTS主機(jī)輸出標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，接入管道SCADA、管網(wǎng)智慧運(yùn)維平臺，溫度曲線、報警里程信息上傳運(yùn)維中控，實現(xiàn)彈窗告警、數(shù)據(jù)歸檔，融入現(xiàn)有管道自動化運(yùn)維體系。

4.4 運(yùn)維管理

投運(yùn)之后定期巡檢閥室內(nèi)光纜接頭狀態(tài)，做好管線沿線第三方施工外力破壞防范，定期校驗系統(tǒng)測溫與報警邏輯，保障系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠。

5 技術(shù)局限性與優(yōu)化方向

分布式光纖測溫存在一定局限：一旦光纜發(fā)生斷裂，斷點之后管段失去監(jiān)測能力，埋地施工與后期運(yùn)行需要重點保護(hù)光纜不受外力破壞；系統(tǒng)監(jiān)測管道外壁溫度，管道內(nèi)部介質(zhì)溫度需要結(jié)合工藝模型推演計算。工程實踐中，可以配套壓力監(jiān)測、陰保監(jiān)測系統(tǒng)，構(gòu)建多參量綜合監(jiān)測體系，進(jìn)一步提升管道風(fēng)險識別能力。

6 結(jié)論

長輸工業(yè)管道承擔(dān)能源、礦山、化工物資輸送任務(wù)，管線距離長，多數(shù)埋于地下，泄漏、堵塞、保溫失效隱患隱蔽，事故危害性大。傳統(tǒng)點式傳感器、壓力檢測、人工巡線難以實現(xiàn)全線早期隱患預(yù)警。分布式光纖測溫DTS技術(shù)，具備埋地?zé)o源、耐土壤腐蝕、長距離分布式測溫優(yōu)勢，可以完整獲取整條管線溫度分布，實現(xiàn)管道故障早期識別，有效降低管道安全事故風(fēng)險，在長輸工業(yè)管道智能化安全升級領(lǐng)域，擁有廣闊的應(yīng)用前景。