en
Назад
DOI: 10.17586/1023-5086-2023-90-06-70-79
Обнаружение утечек в секционном трубопроводе с помощью системы датчиков давления на основе оптоволоконных брэгговских решёток
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
Zhang Jian, Liang Lei, Mawien Kon, Feng Kun. Leak detection of gathering pipeline based on sensitive designed fiber Bragg grating pressure sensing system (Обнаружение утечек в секционном трубопроводе с помощью системы датчиков давления на основе оптоволоконных брэгговских решёток) [на англ. языке] // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 6. С. 70–79. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-06-70-79
Zhang Jian, Liang Lei, Mawien Kon, Feng Kun. Leak detection of gathering pipeline based on sensitive designed fiber Bragg grating pressure sensing system (Обнаружение утечек в секционном трубопроводе с помощью системы датчиков давления на основе оптоволоконных брэгговских решёток) [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. № 6. P. 70–79. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-06-70-79
Zhang Jian, Liang Lei, Mawien Kon, and Feng Kun, "Leak detection of a gathering pipeline based on a sensitive designed fiber Bragg grating pressure sensing system," Journal of Optical Technology. 90(6), 329-335 (2023)
Предмет исследования. Способ повышения эффективности обнаружения утечек в нефте и газопроводах посредством использования оптоволоконных брэгговских датчиков измерения давления. Метод. Теоретический анализ чувствительности, эффекта температурной самокомпенсации, а также статических и динамических характеристик предложенной системы измерения давления в нефте и газопроводах на основе оптоволоконного брэгговского датчика измерения давления, интегрированного в мембрану, размещённую на конце Гобразного кронштейна в рабочем объёме трубы. Использование методики определения места утечки как точки перегиба моделируемой волны отрицательного давления. Верификация теоретических положений экспериментальными исследованиями макета предлагаемой системы с использованием инструментария вейвлетанализа для увеличения отношения сигнал/шум при обработке результатов эксперимента. Основные результаты. Подтверждена достоверность результатов теоретического анализа и моделирования: разность между экспериментальными данными и результатами моделирования не превышает 4,7% при частоте первой гармоники порядка 3290,9 Гц. Чувствительность датчика давления составляет 1185,621 пм/МПа в диапазоне 0–2 МПа при относительной величине средней погрешности определения места утечки 8,5%. Практическая значимость. Доказана возможность реализации системы определения места утечки в нефте и газопроводах на основе оптоволоконных брэгговских датчиков измерения давления, обладающей достаточной для практических применений чувствительностью, надёжностью и оперативностью развёртывания в сетевой конфигурации.
обнаружение утечки, секционный трубопровод, оптоволоконные сенсоры давления на брэгговских решётках
Благодарность:Благодарность: волоконнооптическая подводная кабельная система для контроля безопасности глубоководного подъёмника (SKJC202001016 ); ключевая технология и применение для освоения и использования морских глубоководных пространств (SKJCKJ2019KY02).
Коды OCIS: 060.2370
Список источников:1. Gao P., Tan Z., Liu G. China's oil and gas pipeline construction in 2016 // International Petroleum&Economics J. 2016. V. 5. № 10. P. 1248–1254. http://doi.org/10.3969/j.issn.1004-7298.2017.03.004
2. Yang L., Bai H.T., Guo Q. Analysis of causes of oil and gas pipeline accidents and research on classification methods // Oil&Gas storage and transportation J. 2018. V. 12. № 7. P. 109–114. http://doi.org/10.1080/10803548.2021.1916238
3. Yu S.R., Ma X., Liu Z. Safety evaluation of reliability of on Duty long pipeline indifferent operation period // Journal of Lan Zhou University of Technology. 2005. V. 10. № 4. P. 71–75. http://doi.org/CNKI:SUN:GSGY.0.2005-04-017
4. Song Y. Research progress in the leakage-detection technology // Contemporary Chemical Industry J. 2015. V. 5. № 3. P. 297–301. http://doi.org/10.3969/j.issn.1671-0460.2014.12.052
5. Geng Y.F., Zhang C.H. Leak detection technology for the long Gas pipeline // Journal of scientific instrument. 2021. V. 22. № 6. P. 328–330. http://doi.org/
10.3321/j.issn:0254-3087. 2001. z1.153
6. He X.C. Analysis of leakage causes and detection methods of oil and gas long-distance pipelines // Chemical Management J. 2011. V. 10. № 9. P. 162–163. http://doi.org/10.3969/j.issn.1008-4800.2017.10.110
7. Bariha N., Mishra I.M., Srivastava V.C. Hazard analysis of failure of natural gas and petroleum gas pipelines // Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 2014. V. 22. № 9. P. 217–226. http://doi.org/10.1016/j.jlp.2015.12.025
8. Ch Y.G., Bai Q., Wang D. Distributed optical fiber system for pipeline strain Hazard inspection using BOTDR // Chinese Journal of Sensors and Actuators. 2019. V. 31. № 11. P. 159–164. http://doi.org/10.3969/j.issn.1004-1699.2018.011.027
9. Zhang X., Pan H., Bai H., Yan M., Wang J., Deng C., Wang T. Transition of Fabry–Perot and antiresonant mechanisms via a SMF-capillary-SMF structure // Opt. Lett. J. 2018. V. 43. № 10. P. 2268–2271. http://doi.org/10.1364/OL.43.002268
10. Chen P.C., Cai Y.J., Li J. Study on modified Mach–Zehnder interferometer based pipeline security and pre-warning system // Chinese Journal of Sensors and Actuators. 2017. V. 11. № 11. P. 1661–1664. http://doi.org/CNKI:SUN:CGJS.0.2009-11-028
11. Li Z., Zhang Y., Zhang W., Kong L., Yan T., Geng P., Wang B. High-sensitivity gas pressure Fabry–Perot fiber probe with micro-channel based on Vernier Effect // J. Lightwave Technol. 2019. V. 37. № 14. P. 3444–3451. http://doi.org/10.1109/JLT.2019.2917062
12. Yoshimura R., Utsuno H. The propagation characteristic of the sound wave in a viscoelasticity sound tube // Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers. 2022. V. 79. № 804. P. 2723–2730. http://doi.org/10.1299/kikaic.79.2723
13. Chen S.L., Li J., Huang X J., Zheng Z M., Jin S J. Review of leakage monitoring and quasi real-time detection technologies for long gas & oil pipelines // Chinese Journal of Scientific Instrument. 2016. V. 19. № 22. P. 1747–1760. http://doi.org/10.3969/j.issn.0254-3087.2016.08.006
14. Feng L.I., Wen H.W., Jun Y.I. Leakage detection of natural gas pipeline coupling negative pressure wave and acoustic wave // Industrial Safety and Environmental Protection. 2012. V. 25. № 24. P. 169–177. http://doi.org/10.3969/j.issn.1001-425X.2019.02.008
15. Wang J., Zhao L., Liu T. Novel negative pressure wavebased pipeline leak detection system using fiber Bragg grating-based pressure sensors // Journal of lightwave technology. 2011. V. 18. № 34. P. 487–499. http://doi.org/10.1109/JLT.2016.2615468
16. Ahmad H., Harun S.W., Chong W.Y. High‐sensitivity pressure sensor using a polymer‐embedded FBG // Microwave and Optical Technology Letters. 2013. V. 50. № 1. P. 60–61. http://doi.org/10.1002/mop.23021
17. Pachava V.R., Kamineni S., Madhuvarasu S.S. A high sensitive FBG pressure sensor using thin metal diaphragm // Journal of Optics. 2018.V. 43. № 2. P. 117–121. http://doi.org/10.1007/s12596-014-0186-9
18. Huang J., Zhou Z., Wen X. A diaphragm-type fiber Bragg grating pressure sensor with temperature compensation // Measurement. 2013. V. 46. № 3. P. 1041–1046. http://doi.org/10.1016/j.measurement.2012.10.010
19. Liang M., Fang X., Wu G. A fiber Bragg grating pressure sensor with temperature compensation based on diaphragm-cantilever structure // Optik – International Journal for Light and Electron Optics. 2009. V. 145. № 20. P. 503–512. http://doi.org/10.1016/j.ijleo.2017.08.014
20. Wang H.L., Song J., Feng D.Q., Wu H.C. High temperature-pressure FBG sensor applied to special environments // Optics and Precision Engineering. 2018. V. 19. № 3. P. 545–551. http://doi.org/10.3788/OPE.20111903.0545
21. Liu M.Y., Lu Y.F., Zhang Z.J., Wang J., Shi D.H. FBG pressure sensor based on polymer packaging // Chinese Journal of Scientific Instrument. 2004. V. 37. № 10. P. 2392–2398. http://doi.org/10.3969/j.issn.0254-3087.2016.10.028
22. Gu Y.F., Zhao Y., Lv R.Q. A practical FBG sensor based on a thin-walled cylinder for hydraulic pressure measurement // IEEE Photonics Technology Letters. 2013. V. 28. № 22. P. 2569–2572. http://doi.org/10.1109/LPT.2016.2605696
23. Huang J., Zhou Z., Zhang D. A fiber Bragg grating pressure sensor and its application to pipeline leakage detection // Advances in Mechanical Engineering. 2016. V. 5. № 2. P. 451–460. http://doi.org/10.1155/2013/590451
24. Pachava V.R., Kamineni S., Madhuvarasu S.S. FBG based high sensitive pressure sensor and its low-cost interrogation system with enhanced resolution // Photonic Sensors. 2017. V. 5. № 4. P. 321–329. http://doi.org/10.1007/s13320-015-0259-7