光纖傳感器在監(jiān)控管道腐蝕狀態(tài)中的應(yīng)用

如何知道氣體管道腐蝕情況呢？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)?？梢岳?strong>光纖傳感器監(jiān)控腐蝕狀態(tài)。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。

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)。

FOX-TEK系統(tǒng)在監(jiān)控腐蝕方面有著廣泛的應(yīng)用，可以監(jiān)控多種類型管道的腐蝕情況，尤其適用于追蹤通常的管壁損耗。利用FT傳感監(jiān)控器的“細(xì)胞”能力以及遠(yuǎn)程供電，F(xiàn)OX-TEK可以遠(yuǎn)程監(jiān)視管道。

　　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。

　　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"。

利用兩個(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，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。

FT 3405的可編程特性能夠?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。可以使多個(gè)3405相互連接，并將它們連接到一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，使公司可以每天直接將數(shù)據(jù)傳輸?shù)疆惖剞k公室，減少所需的訪問數(shù)量。

操作人員安裝了額外的腐蝕取樣管端口，F(xiàn)OX-TEK人員則在兩個(gè)管道上的三處安裝了24個(gè)FT傳感器。15個(gè)線圈FT傳感器被安裝在底部或者時(shí)鐘6點(diǎn)處，4個(gè)FT傳感器被安裝在時(shí)鐘12點(diǎn)處作為壓力參考，還安裝了5個(gè)專用FT溫度傳感器。經(jīng)過環(huán)氧處理后，引導(dǎo)光纜通過PVC管道迂回到一個(gè)外殼中。所有從管道線路上的FT傳感器系統(tǒng)中收集的信息都通過公司的數(shù)據(jù)管理和分析工具（DMAT）程序進(jìn)行分析。DMAT被設(shè)計(jì)成與FOX-TEK設(shè)備協(xié)同工作，可模擬真實(shí)過程并生成報(bào)告。

壓力參考傳感器和壁厚傳感器受機(jī)械和熱應(yīng)力的支配。DMAT內(nèi)置調(diào)制解調(diào)器可以分離包含與壓力/溫度相關(guān)的原始應(yīng)力信號(hào)，只有那些暗示壁厚變化的信號(hào)才可以被繪制出來。當(dāng)DMAT被用于消除整體應(yīng)力、壓力和溫度之間的耦合時(shí)，F(xiàn)OX-TEK分析人員獲得了一份曲線圖，圖中通過對(duì)其中一個(gè)壁厚傳感器的分析，顯示出目前的壁厚趨勢(shì)。

通過四個(gè)月收集到的數(shù)據(jù)與目前通過傳感器的平均管壁損耗速率最匹配的約為0.0012英寸每年。由于系統(tǒng)的敏感度為0.002英寸，這個(gè)腐蝕速度低于系統(tǒng)可測(cè)的靈敏度。

利用FOX-TEK FT傳感器系統(tǒng)監(jiān)控腐蝕具有可回收成本的好處，從難于接近的地方更快獲得腐蝕數(shù)據(jù)； 通過直接測(cè)量管道上受關(guān)注區(qū)域，獲得更可靠的數(shù)據(jù)；通過維持可靠的即時(shí)數(shù)據(jù)更好地進(jìn)行檢查記錄；減少與檢查相關(guān)的人力成本；通過壽命終期評(píng)估獲得更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間等。