[實用新型]基于光纖光柵的管道滑坡深部位移監(jiān)測預警系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820122413.7
• 申請日: 2008-09-03
• 公開（公告）號: CN201278199Y
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發(fā)明（設計）人: 劉建平;郝建斌;陳朋超;荊宏遠;韓冰;胡志新
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: G08B21/18
• 分類號: G08B21/18;G08B21/10;G01B11/02;G01L1/24;G01B11/16
• 代理公司: 北京市中實友知識產(chǎn)權代理有限責任公司
• 代理人: 金 杰;任清漢

技術領域

本實用新型是一種基于光纖光柵的管道滑坡深部位移監(jiān)測預警系統(tǒng)。涉及測量應力、溫度的測量及管道系統(tǒng)技術領域。

背景技術

滑坡是指構成斜坡的巖土體在重力作用下伴隨其下部軟弱面上的剪切作用過程而產(chǎn)生整體運動現(xiàn)象。滑坡災害是造成人類生命財產(chǎn)損失的地質(zhì)災害的主要形式之一。長距離輸油或輸氣管道輸送距離可達數(shù)千公里，穿越眾多地質(zhì)地貌單元，常不可避免地要穿過地質(zhì)條件復雜的地區(qū)，如山區(qū)、凍土區(qū)等。因為選線的不充分或管道建設誘發(fā)滑坡或地震誘發(fā)滑坡等原因，在山區(qū)敷設的管道有可能在活動滑坡體內(nèi)通過，管道的安全運營遭受這些活動滑坡的嚴重威脅。這些有可能要威脅管道安全的滑坡稱之為管道滑坡。

在過去四十年的管道運輸歷史中，以滑坡為主的地質(zhì)災害曾多次造成管道事故。歐洲天然氣管道事故數(shù)據(jù)小組(EGIG)調(diào)查的1970年到2001年的西歐管道事故中，7％是由地質(zhì)災害導致的；美國交通部統(tǒng)計的1984年到2001天然氣輸送數(shù)據(jù)表明，8.5％的事故是由地質(zhì)災害引起的；加拿大國家能源委員會調(diào)查顯示影響加拿大運營的管道事故的12％是地質(zhì)災害導致的。1987年3月由地震導致的巨型滑坡使橫貫厄瓜多爾管道發(fā)生40km長的斷裂，停輸兩個星期，經(jīng)濟損失達7億美元。1995年及1996年冬天，由于華盛頓西部的特強降雨誘發(fā)滑坡，導致美國西北輸氣管線三處管道發(fā)生斷裂。

我國的管道工業(yè)正處在蓬勃發(fā)展之中，這些管道大多將我國西部豐富的石油天然氣輸送到我國的東部，而我國的西部、西南部集中了我國大多數(shù)山地，管道就不可避免地要穿越地質(zhì)災害嚴重地區(qū)。忠武輸氣管道忠縣-宜昌409公里段處于渝東鄂西山區(qū)，山峰層巒疊嶂、高差顯著，地形、地質(zhì)條件復雜，發(fā)育有多組地質(zhì)災害易發(fā)巖層，是滑坡、危巖崩塌的頻發(fā)地段。2003年建成投產(chǎn)的蘭成渝成品油管道蘭州至廣元段，構造活躍，巖性破碎，地形切割發(fā)育，投產(chǎn)后投入巨資用于地質(zhì)災害防治，但2007年的調(diào)查顯示威脅管道安全的地質(zhì)災害仍有530處之多。西氣東輸工程干線總長約4000公里，遭受各種地質(zhì)災害嚴重威脅，其中查明的滑坡災害達39處之多。

面對眾多的管道滑坡災害，我國的管道運營公司經(jīng)常采取積極的工程治理措施，但這些措施也存在一些的弊端，首先是成本高，其次是防治工程也并非“一勞永逸”，設計施工的不確定因素較多，再者治理的周期長。而監(jiān)測則是一種高效、低成本的防治措施。意大利SNAM公司將監(jiān)測管道作為防治滑坡災害的主要方式，他們對管道進行了長達三十年的監(jiān)測，成功避免了大量的管道事故。我國的西氣東輸、忠武線等管道投產(chǎn)后對滑坡也進行有效的監(jiān)測。

傳統(tǒng)的滑坡深部位移監(jiān)測主要采用多點位移計或鉆孔測斜儀，該方法的實時性都較差，難以滿足滑坡監(jiān)測長期實時的要求。

同軸電纜技術用于監(jiān)測滑坡深部位移時在成本、實時監(jiān)測方面都較有優(yōu)勢，但同軸電纜外徑較細(10mm左右)，買入土體之后電纜與土體難以協(xié)調(diào)變形，導致同軸電纜不能真正反映滑坡體變形。

分布式光纖技術作為一種新技術已經(jīng)應用于滑坡監(jiān)測，該技術在精度、自動監(jiān)測等方面較有優(yōu)勢，但該技術監(jiān)測滑坡深部位移時，其垂向定位精度差(1m左右)，在滑坡監(jiān)測方面也有一定的局限。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是設計一種精確定位、空間分辨率高、成本低的基于光纖光柵的管道滑坡深部位移監(jiān)測預警系統(tǒng)。

本實用新型提出了一種基于光纖光柵傳感技術的管道滑坡深部位移監(jiān)測預警系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用光纖光柵傳感技術，對滑坡及其影響下的管道進行聯(lián)合監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容包括滑坡深部位移監(jiān)測、滑坡對管道的推力監(jiān)測及管道應變監(jiān)測。并構建了監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時自動采集、遠程傳輸和自動分析。

光纖布喇格光柵(Fiber?Bragg?Grating，F(xiàn)BG，簡稱光纖光柵)是近20年來迅速發(fā)展起來的微光學元件，是利用光纖中的光敏性制成的。所謂光纖中的光敏性是指激光通過摻雜光纖時，光纖的折射率將隨光強的空間分布發(fā)生相應變化的特性。而在纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵，其作用的實質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡。

光纖光柵傳感是一種在由光纖刻制而成的波長選擇反射器，其背向反射光中心波長λ_B與光柵周期Λ和纖芯折射率n_eff有關，即

λ_B＝2n_effΛ