一、方案背景

2020年9月，中国在第75届大会上宣布“力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”。二氧化碳捕集利用与封存技术(CCUS)作为一种大规模的温室气体减排技术，将有助于“双碳”目标的实现。管道运输是CCUS技术链二氧化碳运输环节经济高效的方式。根据北京理工大学发布的《我国CCUS运输管网布局规划与展望》报告，要实现“碳中和”目标，全国需建设总里程超过1.7万千米的二氧化碳运输管道。然而二氧化碳管道一旦发生泄漏，可能会造成低温危害、窒息危害和快速相变危害。高压的CO₂从输运管道泄漏到空气中后温度会骤降，甚至达到CO₂三相点以下形成干冰。由于与周围环境的温差极大，泄漏后的CO₂将会剧烈的沸腾蒸发，这个过程中CO₂从环境中吸收大量的热量，导致周围环境温度急剧下降，对附近的人和动物有冻伤危害。此外，CO₂是一种窒息气体，只要空气中的CO₂浓度大于7%就会导致人昏迷或死亡。CO₂管道泄漏后，由于其密度比空气要大，将会在泄漏口附近区域近地面处聚集大面积的高浓度CO₂气云，随大气漂移扩散的CO₂低温云团将对来不及疏散的人群造成严重的窒息危害。另外，两种温度相差极大的液体如果突然混合在一起，就可能引发快速相变反应，过热液体将极速沸腾。低温的CO₂若泄漏到水中，CO₂在极短的时间内汽化，这个过程会产生相当于爆炸效果的超压，对CO₂管道泄漏口附近的构筑物和设备造成严重破坏。因此，对二氧化碳管道的泄漏监测具有重要意义。

二、方案概述

    由于焦耳汤姆逊效应，二氧化碳管道泄漏后温度将急速下降，通过在二氧化碳管道周围铺设通信传感光缆，传感光缆充当传感器，可以获取二氧化碳管道沿线的温度变化。监测数据实时上传监测系统云平台，通过分析管道沿线的温度变化，以米级精度检测并定位细微渗漏，然后通过统计学算法处理大量的参数，进而从正常的季节性温度和气候变化中辨别出真正的泄漏。一旦发现泄漏，云平台可立即通过电子邮件和短信发送报警信号。

三、监测方案示意图

四、方案特点

1）灵敏度高，初始温度（泄漏）事件可以更早地被检测到，给运营商留下反应时间；

2）高效益和灵活性，只要随着管道一起安装了通信光缆，就能通过通信光缆以较低的附件成本进行二氧化碳泄漏检测；

3）分布式光纤解调仪的监测距离长，超过60km，可以根据用户的需求进行选择，设定的空间分辨率在整个距离范围内保持不变，光学预算高，光纤安装余地大；

4）监测系统连续有效性高，可提供管道完整性危害的实时信息；

5）专有的监测软件确保对检测到的事件进行智能分析，建立有效的通信预警，并最小化误报。

五、主要监测设备

1）长距离分布式光纤解调仪Vision DITEST