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一种自感知光缆及其用于检测酸性介质输送管泄漏的应用

2023-01-21 01:07:07

一种自感知光缆及其用于检测酸性介质输送管泄漏的应用

  技术领域

  本发明涉及一种自感知光缆,尤其涉及一种可用于检测酸性介质输送管道是否发生泄漏的自感知光缆。

  背景技术

  管道的泄漏检测一直是管道安全运行过程中的难点和重点,一旦发生管道泄漏或错挖爆管事故,尤其是酸碱介质运输管道,不仅给管道运输带来损失,还会给周边环境和生命财产造成极大的威胁。光纤传感技术因其具有抗电磁干扰、高绝缘性、高灵敏度、安全可靠等优点成为近年来的研究热点。其中,分布式光纤温度传感系统(DistributedTemperature Sensing,DTS)是基于拉曼光谱对温度敏感的效应,可以实现对长距离分布式温度监测,特别适用于火灾监测、高温液体泄漏和低温气体泄漏等应用场景。但对于常温介质,如化工管道中输送的强腐蚀性溶液,当泄漏发生时,泄漏位置不会产生温度变化,此时,DTS测温技术很难识别泄漏的发生。

  目前在中国专利文献中,可以看到一些对感温光缆进行人为或被动升温的方式,来实现对常温管道的泄露监测,如在光缆中采用发热材料对光缆进行预加热从而人为制造温度差(公开号为CN202471302U、名称为“一种基于主动温控分布式温度监测的海底悬空监测装置”),或者基于加热包被动加热的方式实现泄露点的温升(公开号为CN108955938A,专利名称为“一种用于常温输送管线分布式光纤测温装置及测温方法”)。

  上述这些方案虽然能够实现常温管道泄漏监测,但是无法用于常温化工介质的管道泄漏检测,容易引起误报,即外界雨水、地下水、管道输送的常温水或者管道输送的常温酸溶液都能够引起泄漏报警。而且对于距离比较长的管道,这些检测方式存在用电能耗和密封失效问题,光缆结构复杂,检测点有限,不适合实际工程化应用。

  发明内容

  为解决常温下酸溶液管道泄漏检测的难题,本发明提供了一种适用于酸性介质自感知的特种光缆结构。采用分布式光纤测温技术,解决了长距离酸性介质管道泄漏监测和预警的工程化应用问题,提升了管道数字智能化安全监测水平。

  本发明的目的在于提供一种用于检测酸性介质输送管道泄漏的自感知光缆,填补分布式光纤测温技术在常温管道输送泄漏监测应用中的空白。

  本发明解决上述问题所采用的技术方案为:一种自感知光缆,为芯包结构,由外向内依次为外护套、芳纶纱、松套管、阻水纱和纤芯;所述外护套的横截面为多角形。

  优选地,所述芳纶纱采用2~4根,均匀地包覆在松套管外层,所述松套管的直径为1.8~2mm,所述阻水纱均匀地缠绕在纤芯外层,纤芯采用62.5/125或50/125的多模光纤,布设1~2根。

  优选地,所述外护套的制备原料包括尼龙、氢氧化镁、氢氧化铝和色母粒,色母粒的作用是给尼龙着色,用量优选地为尼龙质量的0.2~2%。

  可选地,所述外护套的材料中氢氧化镁的质量百分比为25%~30%,氢氧化铝的质量百分比为10%~15%。

  可选地,所述外护套耐碱不耐酸,在30s内与17wt%以上的盐酸溶液迅速反应放热,使局部温度上升5℃以上,并维持3~5分钟,在7wt%以下的盐酸溶液中不发生反应。控制外护套的材质只能与特定酸度的介质反应,可以减少误报,提高对泄漏检测的准确度。

  上述自感知光缆用于监测酸性介质输送管道泄漏的应用:将自感知光缆缠绕在酸性介质输送管道上,或将自感知光缆通长固定在酸性介质输送管道外壁上,输送管道局部发生泄漏时,从泄漏处渗出的酸性介质腐蚀外护套中的尼龙,并与外护套中的氢氧化镁、氢氧化铝发生中和反应,反应放热,使泄漏处光缆的局部温度升高,经多模光纤感应温度升高,判断出泄漏发生位置。

  与现有技术相比,本发明的优点在于:

  (1)利用光缆外护套材料与泄漏的酸性介质发生化学反应、反应放热使光缆局部升温的原理让光缆发生热感应从而检测输送管道泄漏,原理简单,探测准确度高;(2)外护套的截面为多角型,有益于增加光缆和泄漏的酸性介质的接触面积,促进化学反应,提高升温速率;(3)本申请的光缆其外护套可以与一定浓度的盐酸或硫酸或硝酸迅速反应,光缆局部温度上升5℃以上,反应针对性强;(4)外护套耐碱、耐弱酸性,不与7wt%以下的盐酸或等酸度的硫酸溶液发生化学反应,机械性能稳定,具有防紫外老化和阻燃效果。

  附图说明

  图1是本发明自感知光缆的截面示意图;

  图2是本发明自感知光缆的三维结构示意图;

  图3是实施例中光缆与18wt%的盐酸溶液反应的温度变化曲线图

  具体实施方式

  以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。

  术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。

  在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

  如图1和2所示,本实施例涉及一种自感知光缆,尤其涉及一种用于监测酸性介质输送管道泄漏的光缆。光缆为芯包结构,由外向内依次为外护套1、芳纶纱2、松套管3、阻水纱4和纤芯5;其中,外护套1的横截面为六角形,可增加化学反应的接触面。芳纶纱2采用2根,均匀地缠包在松套管3外层,松套管3的直径为1.8~2mm,阻水纱4均匀地缠绕在纤芯5外层,纤芯5采用62.5/125的多模光纤,布设1根。

  上述外护套1的材质为耐碱不耐酸的材料,由尼龙PA6填充材料、氢氧化镁、氢氧化铝和少量色母粒组成,其中氢氧化镁的质量百分比为25%~30%,氢氧化铝的质量百分比为10%~15%,色母料的质量百分比为1.8%;该外护套可以与17wt%以上的盐酸溶液反应,尼龙被盐酸腐蚀,盐酸与氢氧化镁、氢氧化铝发生中和反应,迅速放热,让光缆局部温度升高。

  外护套的材质机械性能:

  熔融指数:2.1g/10min,测试温度:235℃,测试负重:砝码2.16Kg;

  拉伸强度:68.23MPa;

  断裂伸长率:4.0%;

  弯曲强度:102.1MPa;

  弯曲弹性模量:4054.47PMa;

  硬度:83.8。

  外护套同时具有防止紫外老化和阻燃的效果,中和反应不会引起火灾。

  芳纶纱2作为非金属加强件均匀地包覆在松套管3外层,提高光缆抗拉伸性能。

  松套管3为弹性较强的热塑性聚酯弹性体,节能环保,光纤熔接时无需清理油膏。

  上述自感知光缆可应用于酸性介质输送管道的泄露检测试验:将长度为200米的光缆中间一段放入质量比为18%的盐酸溶液中,在30s内光缆和盐酸溶液迅速反应放热,使局部光缆温度上升6℃,并维持5分钟,盐酸溶液导致光缆局部温度变化参见图3。为了减小误差,该材料在质量比为7%以下的盐酸溶液中不发生反应,保持耐弱酸和防水阻燃性能;采用分布式光纤测温设备DTS可以测出光缆在酸溶液泄漏点处的温升变化,精确检测出酸溶液管道的泄露事件,避免接触外界雨水后产生误报。

  本实施例中光缆的应用:将光缆等长的布置在输送管道外壁,当输送管道局部发生泄漏时,渗出的酸性介质与泄漏处的光缆发生反应,反应热使光缆局部温度升高,由分布式光纤测温设备DTS可以测出光缆在酸溶液泄漏点处的温升变化,精确检测出酸输送管道的泄露位置。

  上述结构的自感知光缆,外护套采用可与强酸性介质反应的材质,能够在短时间内与一定浓度的酸溶液迅速反应放热,使光缆温度上升,并维持一段时间,在低浓度的酸溶液中不发生反应,保持耐弱酸和阻燃性能,从而采用分布式光纤测温设备DTS可以根据温升变化,精确检测出化工管道中高质量比的酸溶液的泄露,避免弱酸性雨水等干扰产生的误报。

  尽管以上详细地描述了本发明的优选实施例,但是应该清楚地理解,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

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