[发明专利]LNG储罐的分布式光纤泄漏监测系统

说明书

技术领域

本发明是一种LNG储罐的分布式光纤泄漏监测系统。涉及机械振动的测量、冲击的测量和管道系统技术领域。

背景技术

LNG储罐是液化天然气接收站的重要设施。目前我国已建造的全容式LNG储罐全部采用热电偶、可燃气体探测仪、火焰离子探测器等监测储罐的LNG泄漏情况。在全容式LNG储罐的罐壁和罐底安装8个热电偶，根据热电偶所测温度来判断是否有泄漏发生；同时，在LNG储罐罐顶及外壁安装有可燃气体探测仪和火焰离子探测器，用于监测LNG泄漏之后气化生成的天然气以及天然气燃烧所产生的火焰离子。目前的这种方法存在温度监测点过少、检测精度较低、无法及时发现少量LNG泄漏的问题，且很难确定泄漏点的准确位置，另外，无法在LNG泄漏的最初阶段进行报警，极易造成严重的次生灾害。因此用热电偶、可燃气体探测仪和火焰离子探测器监测LNG储罐泄漏的技术安全保障性较差，无法有效降低LNG储罐泄漏带来的环境污染和安全风险。

CN102242870A公开了一种管道的分布式光纤泄漏监测装置，但它只适用于管道，而对于LNG储罐则是不能满足要求。

发明内容

本发明的目的是发明一种技术安全保障性较高、有效降低LNG储罐泄漏带来的环境污染和安全风险的LNG储罐的分布式光纤泄漏监测系统。

本发明的技术方案是采用光纤测温传感器作测温传感器，建立泄漏监测系统，光纤同时作为传感探测单元和信号传输通道。光纤传感探测和信号传输依靠光信号而无需供电，因而该系统具有本征防爆特性，不受电磁干扰，是一种安全的储罐泄漏监测系统。另外，光纤传感器是一种分布式传感器，可实时监测光纤沿线各点的温度，大大增加了监测点数目，有效提高储罐泄漏监测系统的可靠性和定位精度。

本发明的构成如图1所示，系统由泄漏监测系统主机和现场的分布式光纤组成。系统主机包括激光源、光路耦合器、分光器、光滤波器、接收机、数据采集处理单元、同步控制器和计算机；激光源发出的激光射到光路耦合器上，光路耦合器由光纤接现场的分布式光纤，同时由电线接分光器，分光器后依次串接光滤波器、接收机、数据采集处理单元，数据采集处理单元与计算机有输入输出的连接；激光源输出与同步控制器输入连接，同步控制器与计算机有输入输出的连接；系统主机有软件系统。

现场的分布式光纤敷设于LNG储罐的内罐底板与外罐底板之间的保温层中，以及内罐、外罐罐壁之间的保温层中(见图2)。设在LNG储罐远处的系统主机1通过通信光纤2接设在LNG储罐罐顶外的光纤接续盒5，光纤接续盒5再与罐壁监测光纤3和罐底监测光纤4连接。激光源发出的激光通过光路耦合器耦合后，传输到现场的分布式光纤，激光通过光纤后反射回来，经过分光器和滤波器到达光接收机，光信号经数据采集处理单元传输到计算机。若有多个储罐，采用光纤接续盒将所有光纤首尾连接，并对储罐进行编号，对光纤进行地址编码，然后与系统主机的耦合器相连。

当LNG储罐发生泄漏时，储罐底部局部区域温度会迅速下降。根据激光脉冲在光纤中传输时背向拉曼散射的温度效应，可获取光纤沿线各点的温度即实现温度的分布式测量，从而可进行LNG储罐的泄漏监测和泄漏点定位。

本LNG储罐的分布式光纤泄漏监测系统的电原理如图3所示。激光源的FC接头与光路耦合器的FC接头连接，光路耦合器的I/O FC接头接4根光纤的FC接头，光路耦合器的另一FC接头接分光器的FC接头，分光器的另一FC接头接光滤波器的FC接头，光滤波器的另一FC接头接光电隔离放大器的FC接头，光电隔离放大器的VHDCI接口接采集卡的VHDCI接口，采集卡的PCI接口接计算机的PCI接口，计算机的RS232接口接报警器的RS232接口，计算机的VGA接口接显示器的VGA接口。

激光源发出的激光由光路耦合器传至光纤，经光纤返回后从光路耦合器到达分光器，分光器可对反射光中的斯托克斯和反斯托克斯光进行分离，分离后的光经过光滤波器之后在光电隔离放大器中完成光电转换，然后由采集卡对电信号进行A/D转换并采样，采样所得数据在计算机中完成处理，若有报警，则传给报警器进行报警。

采用由泄漏监测系统主机和现场的分布式光纤组成的泄漏监测系统进行泄漏监测，激光器发射的光束经过光纤传感器，光纤传感器周围的温度场会导致光束在光纤内产生拉曼散射，根据检测反射光的波长变化即可测出光纤传感器周围的温度场，当某点的温度低于报警阈值Ta时，系统主机会进行泄漏位置定位计算，同时发出声光报警，并显示报警位置及温度，记录报警数据及时间。