根据2018年7月23日美国国家能源技术实验室（NETL）官网发布的信息，该实验室研发了光纤传感器提供保护美国管道的新方法。

随着天然气行业不断发展以满足美国日益增长的能源需求，安全可靠的天然气输送至关重要。 2017年，天然气占美国电力的近32％，美国能源信息署预计到2050年这一数字将上升至近39％。

图1 分布式光纤传感器电缆的管道示意图

在美国全国范围内超过30万英里的大型输送管道运输大量的国内天然气。管道的每一英寸都容易受到腐蚀等威胁，金属材料因对环境的化学反应而自然变质。腐蚀是导致管道泄漏和破裂的主要原因之一，这会威胁到行业员工的安全和国家能源供应的安全。

NETL的研究人员正致力于通过开发先进的光纤传感器系统来解决这些问题，该系统通过在泄漏和故障发生之前防止泄漏和故障来保护美国的管道。这些系统将取代传统技术，这些传统技术旨在检测已经发生的管道泄漏和故障。

防止管道泄漏和故障始于监测指示早期故障的条件，例如内部腐蚀。光纤 - 比人的头发略厚，是由玻璃或塑料制成 - 可用于监测管道内的腐蚀，其原因有很多，包括其灵活性、尺寸、抗恶劣条件、能够沿纤维的整个长度进行监测（包括测量参数的空间定位），以及与数据通信系统的兼容性。

NETL的研究人员开发出了涂有腐蚀代用材料的光纤，这种材料在管道腐蚀时会恶化。当沿管道放置时，通过光纤传输的激光产生反向散射光，其显示薄腐蚀代理膜中的缺陷。这些缺陷反映了在发生故障之前有助于根据沿管道发生腐蚀的条件，确定管道操作员的确切位置。

研究人员还开发了一种新型光纤传感器，可以检测和表征管道内的水凝结。液态水吸收气流中的腐蚀性物质，促进管道内的腐蚀。 NETL的创新传感器技术通过放置在管道内的光纤引导激光产生光谱或波长，然后使用特定的科学公式进行分析，以检测水滴的大小和位置。通过识别水冷凝的开始，可以识别和减轻局部发生管道腐蚀的趋势。

NETL研究人员计划通过结合额外的光纤传感功能（例如腐蚀性气体的溶解、温度波动和压力变化）来扩展水检测技术，这有助于腐蚀监测。这些多功能传感器将被集成到光纤传感网络中，为管道运营商提供连续的实时腐蚀监测信息。

“该研究计划是一系列互补传感和材料技术的一部分，这些技术正在同时开发，以影响整个能源基础设施的风险和弹性。我们的目标是优化传感器和保护系统，以防止故障和泄漏发生，最大限度地降低经济和社会成本，”NETL功能材料团队的Paul R. Ohodnicki博士说。

“最终，我们设想通过先进技术实现'智能管道'，包括嵌入式传感器，保护涂层和衬里以及地理空间数据分析。我们也在为包括发电厂、井筒、碳储存站点和电力变压器等电网资产的其他能源基础设施监测申请者开发传感网络方面采取类似的方法。”

NETL开发增强型传感技术的工作将有助于天然气行业在未来几十年继续蓬勃发展。通过降低风险和提高安全性，这些技术鼓励对本土能源的宝贵投资，刺激经济并创造就业机会，同时提升国家的能源优势。

文献来源：https://www.netl.doe.gov/newsroom/news-releases/news-details?id=ad7fd015-8f2e-4c6b-8518-166cb51687a5