一、方案背景

2020年9月，中國(guó)在第75屆大會(huì)上宣布“力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)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(biāo)的實(shí)現(xiàn)。管道運(yùn)輸是CCUS技術(shù)鏈二氧化碳運(yùn)輸環(huán)節(jié)經(jīng)濟(jì)高效的方式。根據(jù)北京理工大學(xué)發(fā)布的《我國(guó)CCUS運(yùn)輸管網(wǎng)布局規(guī)劃與展望》報(bào)告，要實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)，全國(guó)需建設(shè)總里程超過(guò)1.7萬(wàn)千米的二氧化碳運(yùn)輸管道。然而二氧化碳管道一旦發(fā)生泄漏，可能會(huì)造成低溫危害、窒息危害和快速相變危害。高壓的CO₂從輸運(yùn)管道泄漏到空氣中后溫度會(huì)驟降，甚至達(dá)到CO₂三相點(diǎn)以下形成干冰。由于與周?chē)h(huán)境的溫差極大，泄漏后的CO₂將會(huì)劇烈的沸騰蒸發(fā)，這個(gè)過(guò)程中CO₂從環(huán)境中吸收大量的熱量，導(dǎo)致周?chē)h(huán)境溫度急劇下降，對(duì)附近的人和動(dòng)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(huì)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(huì)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(kuò)散的CO₂低溫云團(tuán)將對(duì)來(lái)不及疏散的人群造成嚴(yán)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(guò)熱液體將極速沸騰。低溫的CO₂若泄漏到水中，CO₂在極短的時(shí)間內(nèi)汽化，這個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)于爆炸效果的超壓，對(duì)CO₂管道泄漏口附近的構(gòu)筑物和設(shè)備造成嚴(yán)重破壞。因此，對(duì)二氧化碳管道的泄漏監(jiān)測(cè)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(guò)在二氧化碳管道周?chē)佋O(shè)通信傳感光纜，傳感光纜充當(dāng)傳感器，可以獲取二氧化碳管道沿線的溫度變化。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)云平臺(tái)，通過(guò)分析管道沿線的溫度變化，以米級(jí)精度檢測(cè)并定位細(xì)微滲漏，然后通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)算法處理大量的參數(shù)，進(jìn)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(tái)可立即通過(guò)電子郵件和短信發(fā)送報(bào)警信號(hào)。

三、監(jiān)測(cè)方案示意圖

四、方案特點(diǎn)

1）靈敏度高，初始溫度（泄漏）事件可以更早地被檢測(cè)到，給運(yùn)營(yíng)商留下反應(yīng)時(shí)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(guò)通信光纜以較低的附件成本進(jìn)行二氧化碳泄漏檢測(cè)；

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

4）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連續(xù)有效性高，可提供管道完整性危害的實(shí)時(shí)信息；

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

五、主要監(jiān)測(cè)設(shè)備

1）長(zhǎng)距離分布式光纖解調(diào)儀Vision DITEST