長輸二氧化碳管道監(jiān)測

一、方案背景

2020年9月，中國在第75屆大會上宣布“力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和”。二氧化碳捕集利用與封存技術(shù)(CCUS)作為一種大規(guī)模的溫室氣體減排技術(shù)，將有助于“雙碳”目標的實現(xiàn)。管道運輸是CCUS技術(shù)鏈二氧化碳運輸環(huán)節(jié)經(jīng)濟高效的方式。根據(jù)北京理工大學發(fā)布的《我國CCUS運輸管網(wǎng)布局規(guī)劃與展望》報告，要實現(xiàn)“碳中和”目標，全國需建設(shè)總里程超過1.7萬千米的二氧化碳運輸管道。然而二氧化碳管道一旦發(fā)生泄漏，可能會造成低溫危害、窒息危害和快速相變危害。高壓的CO₂從輸運管道泄漏到空氣中后溫度會驟降，甚至達到CO₂三相點以下形成干冰。由于與周圍環(huán)境的溫差極大，泄漏后的CO₂將會劇烈的沸騰蒸發(fā)，這個過程中CO₂從環(huán)境中吸收大量的熱量，導(dǎo)致周圍環(huán)境溫度急劇下降，對附近的人和動物有凍傷危害。此外，CO₂是一種窒息氣體，只要空氣中的CO₂濃度大于7%就會導(dǎo)致人昏迷或死亡。CO₂管道泄漏后，由于其密度比空氣要大，將會在泄漏口附近區(qū)域近地面處聚集大面積的高濃度CO₂氣云，隨大氣漂移擴散的CO₂低溫云團將對來不及疏散的人群造成嚴重的窒息危害。另外，兩種溫度相差極大的液體如果突然混合在一起，就可能引發(fā)快速相變反應(yīng)，過熱液體將極速沸騰。低溫的CO₂若泄漏到水中，CO₂在極短的時間內(nèi)汽化，這個過程會產(chǎn)生相當于爆炸效果的超壓，對CO₂管道泄漏口附近的構(gòu)筑物和設(shè)備造成嚴重破壞。因此，對二氧化碳管道的泄漏監(jiān)測具有重要意義。

二、方案概述

    由于焦耳湯姆遜效應(yīng)，二氧化碳管道泄漏后溫度將急速下降，通過在二氧化碳管道周圍鋪設(shè)通信傳感光纜，傳感光纜充當傳感器，可以獲取二氧化碳管道沿線的溫度變化。監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳監(jiān)測系統(tǒng)云平臺，通過分析管道沿線的溫度變化，以米級精度檢測并定位細微滲漏，然后通過統(tǒng)計學算法處理大量的參數(shù)，進而從正常的季節(jié)性溫度和氣候變化中辨別出真正的泄漏。一旦發(fā)現(xiàn)泄漏，云平臺可立即通過電子郵件和短信發(fā)送報警信號。

三、監(jiān)測方案示意圖

四、方案特點

1）靈敏度高，初始溫度（泄漏）事件可以更早地被檢測到，給運營商留下反應(yīng)時間；

2）高效益和靈活性，只要隨著管道一起安裝了通信光纜，就能通過通信光纜以較低的附件成本進行二氧化碳泄漏檢測；

3）分布式光纖解調(diào)儀的監(jiān)測距離長，超過60km，可以根據(jù)用戶的需求進行選擇，設(shè)定的空間分辨率在整個距離范圍內(nèi)保持不變，光學預(yù)算高，光纖安裝余地大；

4）監(jiān)測系統(tǒng)連續(xù)有效性高，可提供管道完整性危害的實時信息；

5）專有的監(jiān)測軟件確保對檢測到的事件進行智能分析，建立有效的通信預(yù)警，并最小化誤報。

五、主要監(jiān)測設(shè)備

1）長距離分布式光纖解調(diào)儀Vision DITEST