利用光纖傳感器監(jiān)控腐蝕狀態(tài)

摘要：通過使用光纖傳感器測(cè)量管壁厚度，氣體管道工作人員可以追蹤并監(jiān)控管道腐蝕的速度。將傳感器與網(wǎng)絡(luò)控制儀表相連，可使工作人員遠(yuǎn)程完成工作。

　　通過使用光纖傳感器測(cè)量管壁厚度，氣體管道工作人員可以追蹤并監(jiān)控管道腐蝕的速度。將傳感器與網(wǎng)絡(luò)控制儀表相連，可使工作人員遠(yuǎn)程完成工作。
　　正確追蹤腐蝕速率的變化對(duì)于天然氣管道操作員來說是個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如果被測(cè)的腐蝕速率超過2密爾/年，操作工人就會(huì)被要求采取措施以減輕腐蝕或進(jìn)行修復(fù)。盡管許多經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)（如腐蝕取樣管和電阻探針）可以用于測(cè)量腐蝕，但絕大多數(shù)技術(shù)測(cè)量的是氣體的腐蝕，而不是管道壁的變化。由于這些方法只能間接地推算出管道線路的腐蝕速率，固此測(cè)量的精度受到多種因素的影響。
　　針對(duì)這個(gè)問題。Fiber Optic systems Technology公司（FOX-TEK）開發(fā)出的一個(gè)解決方案，是將非常靈敏的FT光纖壁厚傳感器和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控儀器以及一個(gè)衛(wèi)星或者電池調(diào)制解調(diào)器結(jié)臺(tái)起來。這個(gè)系統(tǒng)可以從任何地方精確地遠(yuǎn)距離追蹤管道腐蝕情況。
　　該系統(tǒng)利用FT傳感器以及相連的監(jiān)控器表來測(cè)由腐蝕導(dǎo)致的每分鐘的壁厚變化。這個(gè)系統(tǒng)是非侵入式的，可以在管道外表面進(jìn)行測(cè)量。位于管道或者壓力容器的外表面應(yīng)力在不變的壓力和溫度下，其變化量與管壁厚度的變化成反比。通過比較所測(cè)應(yīng)力變化與FT傳感器監(jiān)控
器記錄的數(shù)據(jù)，以及設(shè)備的幾何信息，公司可以將來自傳感器的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成包含溫度，壓力彎曲應(yīng)變和管壁變薄程度的有用參數(shù)。
　　操作原理
　　傳感器的實(shí)用原則是低相干光干涉。傳感器是利用傳統(tǒng)的單模光纖制成的；光纖的小直徑和靈活性使傳感器能夠被封裝到那些適于監(jiān)控多種問題（包括腐蝕和管道彎曲問題）的外形結(jié)構(gòu)中。
　　盡管其它定制儀器和儀表長(zhǎng)度被用于特殊項(xiàng)目FT線圈傳感器可以被用于大多數(shù)應(yīng)用中，并能夠測(cè)量超過±15mm的傳感器總位移。這個(gè)動(dòng)態(tài)范圍結(jié)合了傳感器測(cè)量長(zhǎng)度，限定了應(yīng)力范圍，一個(gè)10m測(cè)試長(zhǎng)度傳感器的應(yīng)力范圍為±1500με。在項(xiàng)目計(jì)劃階段就需要通過選擇計(jì)量長(zhǎng)度和傳感器結(jié)構(gòu)來滿足特定的項(xiàng)目目標(biāo)。
　　根據(jù)管道腐蝕情況來計(jì)算管道壁損耗，通常需要來自3個(gè)FT傳感器的應(yīng)力信息。一個(gè)是位于受關(guān)注位置的傳感器，根據(jù)內(nèi)部壓力、管道壁厚度表面溫度得出相應(yīng)的應(yīng)力信息。另兩個(gè)傳感器提供補(bǔ)償信號(hào)，使系統(tǒng)能夠根據(jù)操作溫度和壓力的差異分離信號(hào)成分。一旦完成補(bǔ)償，在關(guān)注區(qū)域測(cè)得的應(yīng)力就與殘存的壁厚成反比（公式1）:

　　此處ε=應(yīng)力；P=內(nèi)部壓力；
　　D=管道直徑；v=Poisson比率；
　　E=Young系數(shù)； t=壁厚。
　　由于內(nèi)部腐蝕是一個(gè)極慢的過程，所以有時(shí)需要收集超過30天的數(shù)據(jù)，以便把與壁厚損耗有關(guān)的信號(hào)及背景信號(hào)分離。
　　利用日前可用的兩個(gè)FT傳感器之一來解調(diào)傳感器的光學(xué)信號(hào)。FT 3405主要用于連續(xù)監(jiān)控應(yīng)用（圖1A），并且通過交流電源供電，F(xiàn)T 3410由電池供電，并且外形更加緊湊，適用于室外階段性監(jiān)控應(yīng)用（圖1B）。

　　FT 3405的可編程特性使公司能夠?qū)λ羞B接的FT傳感器制定一個(gè)自動(dòng)掃描的時(shí)間表。所有從傳感器收集的數(shù)據(jù)都被儲(chǔ)存到永久性存儲(chǔ)器中。這些特征有助于減少工作時(shí)間、保證持續(xù)獲得穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流，并且可以捕獲更多的數(shù)據(jù)。