光纤传感器在监控管道腐蚀状态中的应用

如何知道气体管道腐蚀情况呢？正确追踪腐蚀速率的变化对于天然气管道操作员来说是个严峻的挑战。可以利用光纤传感器监控腐蚀状态。通过使用光纤传感器测量管壁厚度，气体管道工作人员可以追踪并监控管道腐蚀的速度，将传感器与网络控制仪表相连，可使工作人员远程完成工作。

Fiber Optic systems Technology公司（FOX-TEK）开发出的一个解决方案，是将非常灵敏的FT光纤壁厚传感器和网络监控仪器以及一个卫星或者电池调制解调器结台起来。这个系统可以从任何地方精确地远距离追踪管道腐蚀情况。该系统利用FT传感器以及相连的监控器表来测由腐蚀导致的每分钟的壁厚变化。这个系统是非侵入式的，可以在管道外表面进行测量。位于管道或者压力容器的外表面应力在不变的压力和温度下，其变化量与管壁厚度的变化成反比。通过比较所测应力变化与FT传感器监控器记录的数据，以及设备的几何信息，公司可以将来自传感器的原始数据转化成包含温度，压力弯曲应变和管壁变薄程度的有用参数。

FOX-TEK系统在监控腐蚀方面有着广泛的应用，可以监控多种类型管道的腐蚀情况，尤其适用于追踪通常的管壁损耗。利用FT传感监控器的“细胞”能力以及远程供电，FOX-TEK可以远程监视管道。

传感器的实用原则是低相干光干涉。传感器是利用传统的单模光纤制成的；光纤的小直径和灵活性使传感器能够被封装到那些适于监控多种问题（包括腐蚀和管道弯曲问题）的外形结构中。

根据管道腐蚀情况来计算管道壁损耗，通常需要来自3个FT传感器的应力信息。一个是位于受关注位置的传感器，根据内部压力、管道壁厚度表面温度得出相应的应力信息。另两个传感器提供补偿信号，使系统能够根据操作温度和压力的差异分离信号成分。一旦完成补偿，在关注区域测得的应力就与残存的壁厚成反比（公式1）:

此处ε=应力；P=内部压力；
D=管道直径；v=Poisson比率；
E=Young系数； t="壁厚"。

利用两个FT传感器之一来解调传感器的光学信号。FT 3405主要用于连续监控应用，并且通过交流电源供电，FT 3410由电池供电，并且外形更加紧凑，适用于室外阶段性监控应用。

FT 3405的可编程特性能够对所有连接的FT传感器制定一个自动扫描的时间表。所有从传感器收集的数据都被储存到永久性存储器中。可以使多个3405相互连接，并将它们连接到一个数据传输系统中，使公司可以每天直接将数据传输到异地办公室，减少所需的访问数量。

操作人员安装了额外的腐蚀取样管端口，FOX-TEK人员则在两个管道上的三处安装了24个FT传感器。15个线圈FT传感器被安装在底部或者时钟6点处，4个FT传感器被安装在时钟12点处作为压力参考，还安装了5个专用FT温度传感器。经过环氧处理后，引导光缆通过PVC管道迂回到一个外壳中。所有从管道线路上的FT传感器系统中收集的信息都通过公司的数据管理和分析工具（DMAT）程序进行分析。DMAT被设计成与FOX-TEK设备协同工作，可模拟真实过程并生成报告。

压力参考传感器和壁厚传感器受机械和热应力的支配。DMAT内置调制解调器可以分离包含与压力/温度相关的原始应力信号，只有那些暗示壁厚变化的信号才可以被绘制出来。当DMAT被用于消除整体应力、压力和温度之间的耦合时，FOX-TEK分析人员获得了一份曲线图，图中通过对其中一个壁厚传感器的分析，显示出目前的壁厚趋势。

通过四个月收集到的数据与目前通过传感器的平均管壁损耗速率最匹配的约为0.0012英寸每年。由于系统的敏感度为0.002英寸，这个腐蚀速度低于系统可测的灵敏度。

利用FOX-TEK FT传感器系统监控腐蚀具有可回收成本的好处，从难于接近的地方更快获得腐蚀数据； 通过直接测量管道上受关注区域，获得更可靠的数据；通过维持可靠的即时数据更好地进行检查记录；减少与检查相关的人力成本；通过寿命终期评估获得更长的运行时间等。