專利名稱：Lng儲罐的分布式光纖泄漏監測系統的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種LNG儲罐的分布式光纖泄漏監測系統。涉及機械振動的測量、沖擊的測量和管道系統技術領域。
技術背景LNG儲罐是液化天然氣接收站的重要設施。目前我國已建造的全容式LNG儲罐全部采用熱電偶、可燃氣體探測儀、火焰離子探測器等監測儲罐的LNG泄漏情況。在全容式LNG儲罐的罐壁和罐底安裝8個熱電偶，根據熱電偶所測溫度來判斷是否有泄漏發生；同時，在LNG儲罐罐頂及外壁安裝有可燃氣體探測儀和火焰離子探測器，用于監測LNG泄漏之后氣化生成的天然氣以及天然氣燃燒所產生的火焰離子。目前的這種方法存在溫度監測點過少、檢測精度較低、無法及時發現少量LNG泄漏的問題，且很難確定泄漏點的準確位置，另外，無法在LNG泄漏的最初階段進行報警，極易造成嚴重的次生災害。因此用熱電偶、可燃氣體探測儀和火焰離子探測器監測LNG儲罐泄漏的技術安全保障性較差，無法有效降低LNG儲罐泄漏帶來的環境污染和安全風險。CN102242870A公開了一種管道的分布式光纖泄漏監測裝置，但它只適用于管道，而對于LNG儲罐則是不能滿足要求。
實用新型內容本實用新型的目的是設計一種技術安全保障性較高、有效降低LNG儲罐泄漏帶來的環境污染和安全風險的LNG儲罐的分布式光纖泄漏監測系統。本實用新型的技術方案是采用光纖測溫傳感器作測溫傳感器，建立泄漏監測系統，光纖同時作為傳感探測單元和信號傳輸通道。光纖傳感探測和信號傳輸依靠光信號而無需供電，因而該系統具有本征防爆特性，不受電磁干擾，是一種安全的儲罐泄漏監測系統。另外，光纖傳感器是一種分布式傳感器，可實時監測光纖沿線各點的溫度，大大增加了監測點數目，有效提高儲罐泄漏監測系統的可靠性和定位精度。本實用新型的構成如圖I所示，系統由泄漏監測系統主機和現場的分布式光纖組成。系統主機包括激光源、光路耦合器、分光器、光濾波器、接收機、數據采集處理單元、同步控制器和計算機；激光源發出的激光射到光路耦合器上，光路耦合器由光纖接現場的分布式光纖，同時由電線接分光器，分光器后依次串接光濾波器、接收機、數據采集處理單元，數據采集處理單元與計算機有輸入輸出的連接；激光源輸出與同步控制器輸入連接，同步控制器與計算機有輸入輸出的連接；系統主機有軟件系統。現場的分布式光纖敷設于LNG儲罐的內罐底板與外罐底板之間的保溫層中，以及內罐、外罐罐壁之間的保溫層中(見圖2)。設在LNG儲罐遠處的系統主機I通過通信光纖2接設在LNG儲罐罐頂外的光纖接續盒5，光纖接續盒5再與罐壁監測光纖3和罐底監測光纖4連接。激光源發出的激光通過光路耦合器耦合后，傳輸到現場的分布式光纖，激光通過光纖后反射回來，經過分光器和濾波器到達光接收機，光信號經數據采集處理單元傳輸到計算機。若有多個儲罐，采用光纖接續盒將所有光纖首尾連接，并對儲罐進行編號，對光纖進行地址編碼，然后與系統主機的耦合器相連。當LNG儲罐發生泄漏時，儲罐底部局部區域溫度會迅速下降。根據激光脈沖在光纖中傳輸時背向拉曼散射的溫度效應，可獲取光纖沿線各點的溫度即實現溫度的分布式測量，從而可進行LNG儲罐的泄漏監測和泄漏點定位。本LNG儲罐的分布式光纖泄漏監測系統的電原理如圖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接口接計算機的PCI接口，計算機的RS232接口接報警器的RS232接口，計算機的VGA接口接顯示器的VGA接口。激光源發出的激光由光路耦合器傳至光纖，經光纖返回后從光路耦合器到達分光 器，分光器可對反射光中的斯托克斯和反斯托克斯光進行分離，分離后的光經過光濾波器之后在光電隔離放大器中完成光電轉換，然后由采集卡對電信號進行A/D轉換并采樣，采樣所得數據在計算機中完成處理，若有報警，則傳給報警器進行報警。采用由泄漏監測系統主機和現場的分布式光纖組成的泄漏監測系統進行泄漏監測，激光器發射的光束經過光纖傳感器，光纖傳感器周圍的溫度場會導致光束在光纖內產生拉曼散射，根據檢測反射光的波長變化即可測出光纖傳感器周圍的溫度場，當某點的溫度低于報警閾值Ta時，系統主機會進行泄漏位置定位計算，同時發出聲光報警，并顯示報警位置及溫度，記錄報警數據及時間。本實用新型采用分布式光纖儲罐泄漏監測系統，與傳統的熱電偶監測方法相比，分布式光纖泄漏監測系統具有明顯的優點傳感系統本征防爆、不受電磁干擾、結構緊湊、靈敏度高、使用靈活方便、使用壽命長、安全可靠，此外，分布式光纖監測系統的監測點多，方便實現傳感信號的長距離傳輸和集中處理。分布式光纖儲罐泄漏監測系統能夠實現LNG儲罐泄漏的實時監測，精確反映LNG儲罐的運行狀態。該系統監測精度高、反應速度快、定位準確、穩定可靠，能夠實時顯示儲罐泄漏位置和泄漏時間等泄漏信息。此外，系統還可實時記錄儲罐罐底的溫度場分布，能以曲線和數字兩種方式顯示，監測數據可長期存儲，方便查詢。本實用新型適用于各種尺寸的全容式LNG儲罐，用于監測儲罐的泄漏情況。目前國內在建及擬建的LNG接收站將近十多座，共有數十個全容式LNG儲罐，另外，部分LNG調峰站及LNG生成廠也建有全容式LNG儲罐，所有全容式LNG儲罐均可采用該技術，提高其安全監測水平。因此，該技術具有較廣闊的應用前景。
圖ILNG儲罐的分布式光纖泄漏監測系統原理框圖圖2分布式光纖在儲罐罐底的敷設示意圖圖3LNG儲罐的分布式光纖泄漏監測系統光電原理圖其中I-系統主機2-通信光纖3-罐壁監測光纖 4-罐底監測光纖[0020]5-光纖接續盒具體實施方式
實施例.本例是對1000方米LNG儲罐的分布式光纖泄漏監測系統的試驗樣機。其原理框圖如圖I所示。系統由泄漏監測系統主機和現場的分布式光纖組成。系統主機包括激光源、光路耦合器、分光器、光濾波器、接收機、數據采集處理單元、同步控制器和計算機；激光源發出的激光射到光路耦合器上，光路耦合器由光纖接現場的分布式光纖，同時由電線接分光器，分光器后依次串接光濾波器、接收機、數據采集處理單元，數據采集處理單元與計算機有輸入輸出的連接；激光源輸出與同步控制器輸入連接，同步控制器與計算機有輸入輸出的連接；系統主機有軟件系統。現場的分布式光纖敷設于LNG儲罐的內罐底板與外罐底板之間的保溫層中，以及內罐、外罐罐壁之間的保溫層中(見圖2)。設在LNG儲罐遠處的系統主機I通過通信光纖2接設在LNG儲罐罐頂外的光纖接續盒5，光纖接續盒5再與罐壁監測光纖3和罐底監測光 纖4連接。激光源發出的激光通過光路耦合器耦合后，傳輸到現場的分布式光纖，激光通過光纖后反射回來，經過分光器和濾波器到達光接收機，光信號經數據采集處理單元傳輸到計算機。當LNG儲罐發生泄漏時，儲罐底部局部區域溫度會迅速下降。根據激光脈沖在光纖中傳輸時背向拉曼散射的溫度效應，可獲取光纖沿線各點的溫度即實現溫度的分布式測量，從而可進行LNG儲罐的泄漏監測和泄漏點定位。本LNG儲罐的分布式光纖泄漏監測系統的電原理如圖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接口接計算機的PCI接口，計算機的RS232接口接報警器的RS232接口，計算機的VGA接口接顯示器的VGA接口。其中各元器件的型號如下光路耦合器選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。本例經試驗，證明本傳感系統本征防爆、不受電磁干擾、結構緊湊、靈敏度高、使用靈活方便、使用壽命長、安全可靠，監測點多，方便實現傳感信號的長距離傳輸和集中處理。
權利要求1.一種LNG儲罐的分布式光纖泄漏監測系統，包括泄漏監測系統主機和現場的分布式光纖；系統主機包括激光源、光路耦合器、分光器、光濾波器、接收機、數據采集處理單元、同步控制器和計算機；激光源發出的激光射到光路耦合器上，光路耦合器由光纖接現場的分布式光纖，同時由電線接分光器，分光器后依次串接光濾波器、接收機、數據采集處理單元，數據采集處理單元與計算機有輸入輸出的連接；激光源輸出與同步控制器輸入連接，同步控制器與計算機有輸入輸出的連接；系統主機有軟件系統；其特征是現場的分布式光纖敷設于LNG儲罐的內罐底板與外罐底板之間的保溫層中，以及內罐、外罐罐壁之間的保溫層中；設在LNG儲罐遠處的系統主機I通過通信光纖2接設在LNG儲罐罐頂外的光纖接續盒5，光纖接續盒5再與罐壁監測光纖3和罐底監測光纖4連接； 激光源發出的激光通過光路耦合器耦合后，傳輸到現場的分布式光纖，激光通過光纖后反射回來，經過分光器和濾波器到達光接收機，光信號經數據采集處理單元傳輸到計算機；或有多個儲罐，采用光纖接續盒將所有光纖首尾連接，并對儲罐進行編號，對光纖進行地址編碼，然后與系統主機的耦合器相連。
2.根據權利要求I所述的LNG儲罐的分布式光纖泄漏監測系統，其特征是本LNG儲罐的分布式光纖泄漏監測系統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接口接計算機的PCI接口，計算機的RS232接口接報警器的RS232接口，計算機的VGA接口接顯示器的VGA接口 ； 激光源發出的激光由光路耦合器傳至光纖，經光纖返回后從光路耦合器到達分光器，分光器可對反射光中的斯托克斯和反斯托克斯光進行分離，分離后的光經過光濾波器之后在光電隔離放大器中完成光電轉換，然后由采集卡對電信號進行A/D轉換并采樣，采樣所得數據在計算機中完成處理，若有報警，則傳給報警器進行報警。
專利摘要本實用新型是一種LNG儲罐的分布式光纖泄漏監測系統。涉及機械振動的測量、沖擊的測量和管道系統技術領域。它由泄漏監測系統主機和現場的分布式光纖組成；現場的分布式光纖敷設于LNG儲罐的內罐底板與外罐底板之間的保溫層中，以及內罐、外罐罐壁之間的保溫層中；設在LNG儲罐遠處的系統主機(1)通過通信光纖(2)接設在LNG儲罐罐頂外的光纖接續盒(5)，光纖接續盒(5)再與罐壁監測光纖(3)和罐底監測光纖(4)連接。本實用新型技術安全保障性較高、有效降低LNG儲罐泄漏帶來的環境污染和安全風險。
文檔編號F17C13/02GK202532171SQ20112056992
公開日2012年11月14日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者余東亮, 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 申請人:中國石油天然氣股份有限公司