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。將傳感器與網絡控制儀表相連，可使工作人員遠程完成工作。

　　通過使用光纖傳感器測量管壁厚度，氣體管道工作人員可以追蹤并監(jiān)控管道腐蝕的速度。將傳感器與網絡控制儀表相連，可使工作人員遠程完成工作。
　　正確追蹤腐蝕速率的變化對于天然氣管道操作員來說是個嚴峻的挑戰(zhàn)。如果被測的腐蝕速率超過2密爾/年，操作工人就會被要求采取措施以減輕腐蝕或進行修復。盡管許多經過驗證的技術（如腐蝕取樣管和電阻探針）可以用于測量腐蝕，但絕大多數技術測量的是氣體的腐蝕，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，固此測量的精度受到多種因素的影響。
　　針對這個問題。Fiber Optic systems Technology公司（FOX-TEK）開發(fā)出的一個解決方案，是將非常靈敏的FT光纖壁厚傳感器和網絡監(jiān)控儀器以及一個衛(wèi)星或者電池調制解調器結臺起來。這個系統(tǒng)可以從任何地方精確地遠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)控器表來測由腐蝕導致的每分鐘的壁厚變化。這個系統(tǒng)是非侵入式的，可以在管道外表面進行測量。位于管道或者壓力容器的外表面應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。通過比較所測應力變化與FT傳感器監(jiān)控
器記錄的數據，以及設備的幾何信息，公司可以將來自傳感器的原始數據轉化成包含溫度，壓力彎曲應變和管壁變薄程度的有用參數。
　　操作原理
　　傳感器的實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）的外形結構中。
　　盡管其它定制儀器和儀表長度被用于特殊項目FT線圈傳感器可以被用于大多數應用中，并能夠測量超過±15mm的傳感器總位移。這個動態(tài)范圍結合了傳感器測量長度，限定了應力范圍，一個10m測試長度傳感器的應力范圍為±1500με。在項目計劃階段就需要通過選擇計量長度和傳感器結構來滿足特定的項目目標。
　　根據管道腐蝕情況來計算管道壁損耗，通常需要來自3個FT傳感器的應力信息。一個是位于受關注位置的傳感器，根據內部壓力、管道壁厚度表面溫度得出相應的應力信息。另兩個傳感器提供補償信號，使系統(tǒng)能夠根據操作溫度和壓力的差異分離信號成分。一旦完成補償，在關注區(qū)域測得的應力就與殘存的壁厚成反比（公式1）:

　　此處ε=應力；P=內部壓力；
　　D=管道直徑；v=Poisson比率；
　　E=Young系數； t=壁厚。
　　由于內部腐蝕是一個極慢的過程，所以有時需要收集超過30天的數據，以便把與壁厚損耗有關的信號及背景信號分離。
　　利用日前可用的兩個FT傳感器之一來解調傳感器的光學信號。FT 3405主要用于連續(xù)監(jiān)控應用（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)控應用（圖1B）。

　　FT 3405的可編程特性使公司能夠對所有連接的FT傳感器制定一個自動掃描的時間表。所有從傳感器收集的數據都被儲存到永久性存儲器中。這些特征有助于減少工作時間、保證持續(xù)獲得穩(wěn)定的數據流，并且可以捕獲更多的數據。