專利名稱：Lng儲(chǔ)罐的分布式光纖泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種LNG儲(chǔ)罐的分布式光纖泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。涉及機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量、沖擊的測(cè)量和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景LNG儲(chǔ)罐是液化天然氣接收站的重要設(shè)施。目前我國(guó)已建造的全容式LNG儲(chǔ)罐全部采用熱電偶、可燃?xì)怏w探測(cè)儀、火焰離子探測(cè)器等監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐的LNG泄漏情況。在全容式LNG儲(chǔ)罐的罐壁和罐底安裝8個(gè)熱電偶，根據(jù)熱電偶所測(cè)溫度來(lái)判斷是否有泄漏發(fā)生；同時(shí)，在LNG儲(chǔ)罐罐頂及外壁安裝有可燃?xì)怏w探測(cè)儀和火焰離子探測(cè)器，用于監(jiān)測(cè)LNG泄漏之后氣化生成的天然氣以及天然氣燃燒所產(chǎn)生的火焰離子。目前的這種方法存在溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)過(guò)少、檢測(cè)精度較低、無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)少量LNG泄漏的問(wèn)題，且很難確定泄漏點(diǎn)的準(zhǔn)確位置，另外，無(wú)法在LNG泄漏的最初階段進(jìn)行報(bào)警，極易造成嚴(yán)重的次生災(zāi)害。因此用熱電偶、可燃?xì)怏w探測(cè)儀和火焰離子探測(cè)器監(jiān)測(cè)LNG儲(chǔ)罐泄漏的技術(shù)安全保障性較差，無(wú)法有效降低LNG儲(chǔ)罐泄漏帶來(lái)的環(huán)境污染和安全風(fēng)險(xiǎn)。CN102242870A公開(kāi)了一種管道的分布式光纖泄漏監(jiān)測(cè)裝置，但它只適用于管道，而對(duì)于LNG儲(chǔ)罐則是不能滿足要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種技術(shù)安全保障性較高、有效降低LNG儲(chǔ)罐泄漏帶來(lái)的環(huán)境污染和安全風(fēng)險(xiǎn)的LNG儲(chǔ)罐的分布式光纖泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是采用光纖測(cè)溫傳感器作測(cè)溫傳感器，建立泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，光纖同時(shí)作為傳感探測(cè)單元和信號(hào)傳輸通道。光纖傳感探測(cè)和信號(hào)傳輸依靠光信號(hào)而無(wú)需供電，因而該系統(tǒng)具有本征防爆特性，不受電磁干擾，是一種安全的儲(chǔ)罐泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。另外，光纖傳感器是一種分布式傳感器，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光纖沿線各點(diǎn)的溫度，大大增加了監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)目，有效提高儲(chǔ)罐泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性和定位精度。本實(shí)用新型的構(gòu)成如圖I所示，系統(tǒng)由泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)的分布式光纖組成。系統(tǒng)主機(jī)包括激光源、光路耦合器、分光器、光濾波器、接收機(jī)、數(shù)據(jù)采集處理單元、同步控制器和計(jì)算機(jī)；激光源發(fā)出的激光射到光路耦合器上，光路耦合器由光纖接現(xiàn)場(chǎng)的分布式光纖，同時(shí)由電線接分光器，分光器后依次串接光濾波器、接收機(jī)、數(shù)據(jù)采集處理單元，數(shù)據(jù)采集處理單元與計(jì)算機(jī)有輸入輸出的連接；激光源輸出與同步控制器輸入連接，同步控制器與計(jì)算機(jī)有輸入輸出的連接；系統(tǒng)主機(jī)有軟件系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)的分布式光纖敷設(shè)于LNG儲(chǔ)罐的內(nèi)罐底板與外罐底板之間的保溫層中，以及內(nèi)罐、外罐罐壁之間的保溫層中(見(jiàn)圖2)。設(shè)在LNG儲(chǔ)罐遠(yuǎn)處的系統(tǒng)主機(jī)I通過(guò)通信光纖2接設(shè)在LNG儲(chǔ)罐罐頂外的光纖接續(xù)盒5，光纖接續(xù)盒5再與罐壁監(jiān)測(cè)光纖3和罐底監(jiān)測(cè)光纖4連接。激光源發(fā)出的激光通過(guò)光路耦合器耦合后，傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的分布式光纖，激光通過(guò)光纖后反射回來(lái)，經(jīng)過(guò)分光器和濾波器到達(dá)光接收機(jī)，光信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理單元傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。若有多個(gè)儲(chǔ)罐，采用光纖接續(xù)盒將所有光纖首尾連接，并對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行編號(hào)，對(duì)光纖進(jìn)行地址編碼，然后與系統(tǒng)主機(jī)的耦合器相連。當(dāng)LNG儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏時(shí)，儲(chǔ)罐底部局部區(qū)域溫度會(huì)迅速下降。根據(jù)激光脈沖在光纖中傳輸時(shí)背向拉曼散射的溫度效應(yīng)，可獲取光纖沿線各點(diǎn)的溫度即實(shí)現(xiàn)溫度的分布式測(cè)量，從而可進(jìn)行LNG儲(chǔ)罐的泄漏監(jiān)測(cè)和泄漏點(diǎn)定位。本LNG儲(chǔ)罐的分布式光纖泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電原理如圖3所示。激光源的FC接頭與光路耦合器的FC接頭連接，光路耦合器的I/O FC接頭接4根光纖的FC接頭，光路耦合器的另一 FC接頭接分光器的FC接頭，分光器的另一 FC接頭接光濾波器的FC接頭，光濾波器的另一 FC接頭接光電隔離放大器的FC接頭，光電隔離放大器的VHDCI接口接采集卡的VHDCI接口，采集卡的PCI接口接計(jì)算機(jī)的PCI接口，計(jì)算機(jī)的RS232接口接報(bào)警器的RS232接口，計(jì)算機(jī)的VGA接口接顯示器的VGA接口。激光源發(fā)出的激光由光路耦合器傳至光纖，經(jīng)光纖返回后從光路耦合器到達(dá)分光 器，分光器可對(duì)反射光中的斯托克斯和反斯托克斯光進(jìn)行分離，分離后的光經(jīng)過(guò)光濾波器之后在光電隔離放大器中完成光電轉(zhuǎn)換，然后由采集卡對(duì)電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并采樣，采樣所得數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中完成處理，若有報(bào)警，則傳給報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警。采用由泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)的分布式光纖組成的泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行泄漏監(jiān)測(cè)，激光器發(fā)射的光束經(jīng)過(guò)光纖傳感器，光纖傳感器周圍的溫度場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致光束在光纖內(nèi)產(chǎn)生拉曼散射，根據(jù)檢測(cè)反射光的波長(zhǎng)變化即可測(cè)出光纖傳感器周圍的溫度場(chǎng)，當(dāng)某點(diǎn)的溫度低于報(bào)警閾值Ta時(shí)，系統(tǒng)主機(jī)會(huì)進(jìn)行泄漏位置定位計(jì)算，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，并顯示報(bào)警位置及溫度，記錄報(bào)警數(shù)據(jù)及時(shí)間。本實(shí)用新型采用分布式光纖儲(chǔ)罐泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的熱電偶監(jiān)測(cè)方法相比，分布式光纖泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)傳感系統(tǒng)本征防爆、不受電磁干擾、結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、使用靈活方便、使用壽命長(zhǎng)、安全可靠，此外，分布式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)多，方便實(shí)現(xiàn)傳感信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸和集中處理。分布式光纖儲(chǔ)罐泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)LNG儲(chǔ)罐泄漏的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，精確反映LNG儲(chǔ)罐的運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)監(jiān)測(cè)精度高、反應(yīng)速度快、定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠，能夠?qū)崟r(shí)顯示儲(chǔ)罐泄漏位置和泄漏時(shí)間等泄漏信息。此外，系統(tǒng)還可實(shí)時(shí)記錄儲(chǔ)罐罐底的溫度場(chǎng)分布，能以曲線和數(shù)字兩種方式顯示，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可長(zhǎng)期存儲(chǔ)，方便查詢。本實(shí)用新型適用于各種尺寸的全容式LNG儲(chǔ)罐，用于監(jiān)測(cè)儲(chǔ)罐的泄漏情況。目前國(guó)內(nèi)在建及擬建的LNG接收站將近十多座，共有數(shù)十個(gè)全容式LNG儲(chǔ)罐，另外，部分LNG調(diào)峰站及LNG生成廠也建有全容式LNG儲(chǔ)罐，所有全容式LNG儲(chǔ)罐均可采用該技術(shù)，提高其安全監(jiān)測(cè)水平。因此，該技術(shù)具有較廣闊的應(yīng)用前景。

圖ILNG儲(chǔ)罐的分布式光纖泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理框圖圖2分布式光纖在儲(chǔ)罐罐底的敷設(shè)示意圖圖3LNG儲(chǔ)罐的分布式光纖泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)光電原理圖其中I-系統(tǒng)主機(jī)2-通信光纖3-罐壁監(jiān)測(cè)光纖 4-罐底監(jiān)測(cè)光纖[0020]5-光纖接續(xù)盒具體實(shí)施方式
實(shí)施例.本例是對(duì)1000方米LNG儲(chǔ)罐的分布式光纖泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的試驗(yàn)樣機(jī)。其原理框圖如圖I所示。系統(tǒng)由泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)的分布式光纖組成。系統(tǒng)主機(jī)包括激光源、光路耦合器、分光器、光濾波器、接收機(jī)、數(shù)據(jù)采集處理單元、同步控制器和計(jì)算機(jī)；激光源發(fā)出的激光射到光路耦合器上，光路耦合器由光纖接現(xiàn)場(chǎng)的分布式光纖，同時(shí)由電線接分光器，分光器后依次串接光濾波器、接收機(jī)、數(shù)據(jù)采集處理單元，數(shù)據(jù)采集處理單元與計(jì)算機(jī)有輸入輸出的連接；激光源輸出與同步控制器輸入連接，同步控制器與計(jì)算機(jī)有輸入輸出的連接；系統(tǒng)主機(jī)有軟件系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)的分布式光纖敷設(shè)于LNG儲(chǔ)罐的內(nèi)罐底板與外罐底板之間的保溫層中，以及內(nèi)罐、外罐罐壁之間的保溫層中(見(jiàn)圖2)。設(shè)在LNG儲(chǔ)罐遠(yuǎn)處的系統(tǒng)主機(jī)I通過(guò)通信光纖2接設(shè)在LNG儲(chǔ)罐罐頂外的光纖接續(xù)盒5，光纖接續(xù)盒5再與罐壁監(jiān)測(cè)光纖3和罐底監(jiān)測(cè)光 纖4連接。激光源發(fā)出的激光通過(guò)光路耦合器耦合后，傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的分布式光纖，激光通過(guò)光纖后反射回來(lái)，經(jīng)過(guò)分光器和濾波器到達(dá)光接收機(jī)，光信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理單元傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。當(dāng)LNG儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏時(shí)，儲(chǔ)罐底部局部區(qū)域溫度會(huì)迅速下降。根據(jù)激光脈沖在光纖中傳輸時(shí)背向拉曼散射的溫度效應(yīng)，可獲取光纖沿線各點(diǎn)的溫度即實(shí)現(xiàn)溫度的分布式測(cè)量，從而可進(jìn)行LNG儲(chǔ)罐的泄漏監(jiān)測(cè)和泄漏點(diǎn)定位。本LNG儲(chǔ)罐的分布式光纖泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電原理如圖3所示。激光源的FC接頭與光路耦合器的FC接頭連接，光路耦合器的I/O FC接頭接4根光纖的FC接頭，光路耦合器的另一 FC接頭接分光器的FC接頭，分光器的另一 FC接頭接光濾波器的FC接頭，光濾波器的另一 FC接頭接光電隔離放大器的FC接頭，光電隔離放大器的VHDCI接口接采集卡的VHDCI接口，采集卡的PCI接口接計(jì)算機(jī)的PCI接口，計(jì)算機(jī)的RS232接口接報(bào)警器的RS232接口，計(jì)算機(jī)的VGA接口接顯示器的VGA接口。其中各元器件的型號(hào)如下光路耦合器選M302399 3db ；激光源選EXFO FLS-300 ；分光器選OSF GC-1001 ；光濾波器選LW-2686 ； 光電隔離放大器選HCPL-7800A ；采集卡選NI PCI625O。本例經(jīng)試驗(yàn)，證明本傳感系統(tǒng)本征防爆、不受電磁干擾、結(jié)構(gòu)緊湊、靈敏度高、使用靈活方便、使用壽命長(zhǎng)、安全可靠，監(jiān)測(cè)點(diǎn)多，方便實(shí)現(xiàn)傳感信號(hào)的長(zhǎng)距離傳輸和集中處理。
權(quán)利要求1.一種LNG儲(chǔ)罐的分布式光纖泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)的分布式光纖；系統(tǒng)主機(jī)包括激光源、光路耦合器、分光器、光濾波器、接收機(jī)、數(shù)據(jù)采集處理單元、同步控制器和計(jì)算機(jī)；激光源發(fā)出的激光射到光路耦合器上，光路耦合器由光纖接現(xiàn)場(chǎng)的分布式光纖，同時(shí)由電線接分光器，分光器后依次串接光濾波器、接收機(jī)、數(shù)據(jù)采集處理單元，數(shù)據(jù)采集處理單元與計(jì)算機(jī)有輸入輸出的連接；激光源輸出與同步控制器輸入連接，同步控制器與計(jì)算機(jī)有輸入輸出的連接；系統(tǒng)主機(jī)有軟件系統(tǒng)；其特征是現(xiàn)場(chǎng)的分布式光纖敷設(shè)于LNG儲(chǔ)罐的內(nèi)罐底板與外罐底板之間的保溫層中，以及內(nèi)罐、外罐罐壁之間的保溫層中；設(shè)在LNG儲(chǔ)罐遠(yuǎn)處的系統(tǒng)主機(jī)I通過(guò)通信光纖2接設(shè)在LNG儲(chǔ)罐罐頂外的光纖接續(xù)盒5，光纖接續(xù)盒5再與罐壁監(jiān)測(cè)光纖3和罐底監(jiān)測(cè)光纖4連接； 激光源發(fā)出的激光通過(guò)光路耦合器耦合后，傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)的分布式光纖，激光通過(guò)光纖后反射回來(lái)，經(jīng)過(guò)分光器和濾波器到達(dá)光接收機(jī)，光信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集處理單元傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；或有多個(gè)儲(chǔ)罐，采用光纖接續(xù)盒將所有光纖首尾連接，并對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行編號(hào)，對(duì)光纖進(jìn)行地址編碼，然后與系統(tǒng)主機(jī)的耦合器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的LNG儲(chǔ)罐的分布式光纖泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是本LNG儲(chǔ)罐的分布式光纖泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電原理為激光源的FC接頭與光路耦合器的FC接頭連接，光路耦合器的I/O FC接頭接4根光纖的FC接頭，光路耦合器的另一 FC接頭接分光器的FC接頭，分光器的另一 FC接頭接光濾波器的FC接頭，光濾波器的另一 FC接頭接光電隔離放大器的FC接頭，光電隔離放大器的VHDCI接口接采集卡的VHDCI接口，采集卡的PCI接口接計(jì)算機(jī)的PCI接口，計(jì)算機(jī)的RS232接口接報(bào)警器的RS232接口，計(jì)算機(jī)的VGA接口接顯示器的VGA接口 ； 激光源發(fā)出的激光由光路耦合器傳至光纖，經(jīng)光纖返回后從光路耦合器到達(dá)分光器，分光器可對(duì)反射光中的斯托克斯和反斯托克斯光進(jìn)行分離，分離后的光經(jīng)過(guò)光濾波器之后在光電隔離放大器中完成光電轉(zhuǎn)換，然后由采集卡對(duì)電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并采樣，采樣所得數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中完成處理，若有報(bào)警，則傳給報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警。
專利摘要本實(shí)用新型是一種LNG儲(chǔ)罐的分布式光纖泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。涉及機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量、沖擊的測(cè)量和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。它由泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)的分布式光纖組成；現(xiàn)場(chǎng)的分布式光纖敷設(shè)于LNG儲(chǔ)罐的內(nèi)罐底板與外罐底板之間的保溫層中，以及內(nèi)罐、外罐罐壁之間的保溫層中；設(shè)在LNG儲(chǔ)罐遠(yuǎn)處的系統(tǒng)主機(jī)(1)通過(guò)通信光纖(2)接設(shè)在LNG儲(chǔ)罐罐頂外的光纖接續(xù)盒(5)，光纖接續(xù)盒(5)再與罐壁監(jiān)測(cè)光纖(3)和罐底監(jiān)測(cè)光纖(4)連接。本實(shí)用新型技術(shù)安全保障性較高、有效降低LNG儲(chǔ)罐泄漏帶來(lái)的環(huán)境污染和安全風(fēng)險(xiǎn)。
文檔編號(hào)F17C13/02GK202532171SQ20112056992
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者余東亮, 劉冰, 吳家勇, 周琰, 彭世垚, 王洪超, 王立坤, 胡森, 許斌, 譚東杰, 陳英杰 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司