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長距離管道結構，如輸油管道、鹽水運輸管道、輸氣管道等經常會穿越危險環境區域，易受自然災害（滑坡、地震）和第三方入侵（故意破壞、阻塞）影響，這些危險會導致管道自身結構穩定性發生改變，影響使用功能，繼而可能導致管道損壞、泄露和故障，造成嚴重的經濟和生態后果。此外，管線的運營環境也會造成自身磨損甚至損毀。管道結構功能監測可以定期提供液體管道的結構和功能變化信息，能夠有效降低管理難度提高安全性。

長距離管道監測系統組成：

• 分布式應變測量系統監測管道結構應力分布狀態，保管道結構的穩定

• 局部應變測量系統采用高精度光纖傳感器探測細微泄漏，早發現早處理，防止故障

• 分布式溫度測量系統用于定位液體滲漏部位，及時保養和維修

• 傳統傳感器（振弦/差阻/電壓/電流/電容等）、熱成像儀監測用于預判點監測。

長距離管道監測系統光纖監測方案

分布式光纖傳感系統原理是同時利用光纖作為傳感敏感元件和傳輸信號介質，采用BOTDR/BOTDA技術，探測出沿著光纖不同位置的溫度和應變的變化，實現分布式的測量，以經濟的方式獲得較大工程效益。

分布式光纖監測系統示意圖

監測參數

重點關注的功能參數：結構溫度分布、結構應變分布、局部應變與溫度的變化（量化）

光纖傳感器測得沿管道的溫度分布曲線，通過溫度異常來分析管道的泄漏。

• 溫度變低時可能因為液態蒸發（如氨）

• 溫度變低時可能因為氣體膨脹（如壓縮天然氣）

• 溫度變化時可能因為高溫液體泄漏（如原油）

• 熱容量變化可能因為液體釋放（如水）

基于環境條件不同或焦耳湯普森效應的原因，當管道發生泄漏時將導致溫度的變化。

提供沿管道的應變變化信息。可以監測地震、滑坡、沉降或人類活動引起的管道變形移動。同時可以監測潛在的危險應變情況和因腐蝕或磨損造成的管道壁厚的變化，實現早偵測早預防，避免實際損壞發生造成的損失。

因滲漏、第三方入侵，識別結構局部的應變、溫度變化量，預判風險可控性，制定相應補救措施，小化停工影響和環境影響。

典型應用

在天然氣儲存設施中，將飽和鹽水輸送至化學處理場所或注入指定的土體中，由于鹽水對環境是有害的，所以管道須安裝一套泄露監測系統。系統組成及項目現場圖如下所示：

溫度傳感光纖埋設于管道以下10cm的溝渠砂層中，溫度數據由讀數單元采集，每30分鐘向中央計算機傳輸一次數據做進一步處理。在泄露監測過程中，通過對比溫度記錄情況，發現突發的溫度變化，判斷泄露發生，并自動發送警報、生成報告。監測系統能夠定期復位并長期測量，幾乎不需要維護。

泄露發生前后測得的曲線

管道處于不穩定區域，如斜坡、山地等，滑坡現象會導致管道變形、損壞，最終停止使用，造成經濟損失。位于這類區域的氣體管道采用應變光纖傳感器、溫度光纖傳感器及應變傳感器組合的方式，提供平均應變、平均曲率和管道變形形狀的長期監測，實現管道安全的安全監控。

應變光纖傳感器安裝于管道軸線0°（頂部）、120°和-120°的位置，溫度光纖傳感器安裝于管道頂部（0°）用于應變測量的溫度補償。應變傳感器由傳感光纖集成在纖維增強塑料線內，安裝于地下，用于監測管道下方土壤中的應變變化。傳感器通過電纜和連接盒與光纖傳感器一起連接到中央控制單元，進行讀數單元。由于滑坡變化相對緩慢，通常每月進行一次讀數，如遇地震等突發情況需及時讀取最新的測量數據。

管道監測部位應變分布

橫斷面應變和彎曲度分布

泄露實驗：溫度變化判定泄露發生