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光纖管道安全預(yù)警系統(tǒng)

文檔作者：焦書浩王飛劉素杰李剛楊文明文檔來源： I中國石油天然氣管道通信電力工程總公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月17日
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光纖管道安全預(yù)警系統(tǒng)
I焦書浩壬飛劉素杰李剛楊文明
I中國石油天然氣管道通信電力工程總公司；油氣管道輸送安全(監(jiān)測(cè)／檢測(cè))國家工程實(shí)驗(yàn)室
摘要：為解決日益嚴(yán)峻的油氣管道第三方破壞問題，研制開發(fā)了光纖管道安全預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用管道同溝
敷設(shè)的通信光纜構(gòu)建長距離分布式光纖傳感器，連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管道沿線一定范圍內(nèi)的土壤振動(dòng)情況，通過對(duì)拾取振動(dòng)
信號(hào)的分析完成土壤振動(dòng)事件定位和類型識(shí)別，實(shí)現(xiàn)了對(duì)人為或機(jī)械動(dòng)土施工等可能威脅管道安全的事件產(chǎn)生報(bào)警并
及時(shí)通知管道維護(hù)人員，避免管道安全事故的發(fā)生。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)靈敏度較高，能夠準(zhǔn)
確定位管道沿線的土壤振動(dòng)事件，定位誤差小于2()tn1
關(guān)鍵詞：管道安全；第三方破壞：預(yù)警；分布式光纖傳感；精確定位；類型識(shí)別
DOI：10 3969~．issn．1O{)2—3(}2x．2015．z1．039
中圖分類號(hào)：TE88；TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
油氣管道作為重要的油氣能源運(yùn)輸方式，安全形
勢(shì)不容樂觀。據(jù)統(tǒng)計(jì)，外界破壞造成的管道事故占事
故總數(shù)的77％ 以上，而90％ 以上的重大事故是由外界
施 _r造成的。如何確保管道安全平穩(wěn)運(yùn)營是管道運(yùn)營
面臨的首要問題。目前防止管道第三方破壞主要是采
用人 J 巡線和群眾舉報(bào)的方式。技術(shù)往往使用流量平
衡法、壓力波動(dòng)法等來判斷管道是否有泄漏I ，但這
些方法都是在管道遭到破壞后的檢測(cè)技術(shù)，不能起到
預(yù)防作用。
光纖管道安全預(yù)警系統(tǒng)是一種新型分布式光纖傳
感系統(tǒng)，利用與管道同溝敷設(shè)的光纜作為傳感器，長
距離連續(xù)實(shí)時(shí)地拾取和監(jiān)測(cè)管道沿線的土壤振動(dòng)信號(hào)，
通過處理和分析檢測(cè)信號(hào)，可以有效檢測(cè)出管道沿線
發(fā)生的動(dòng)土事件，實(shí)現(xiàn)預(yù)警。通過分析計(jì)算，可對(duì)事
件精確定位并判斷類型，通過集成的管道沿線地理信
息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)及通信系統(tǒng)，
管道控制中心人員及時(shí)指揮、調(diào)度維護(hù)搶修人員和巡
檢人員快速及時(shí)準(zhǔn)確地趕到事件發(fā)生地點(diǎn)，避免管道
安全事故的發(fā)生。本系統(tǒng)可以有效地預(yù)防管道沿線施
工破壞和犯罪分子打孑L盜油，并可及時(shí)發(fā)現(xiàn)自然災(zāi)害
如山體滑坡、洪水沖蝕等，更好地保護(hù)管道安全，為
管道安全運(yùn)行服務(wù)[5-71。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
管道安全預(yù)警系統(tǒng)可以在外界破壞事件發(fā)生之前
正確識(shí)別出事件的性質(zhì)，準(zhǔn)確地定位出事件發(fā)生地點(diǎn)，
并產(chǎn)生多種形式的告警信息，幫助管道運(yùn)行維護(hù)人員
更有效地阻止管道事故的發(fā)生。管道安全預(yù)警系統(tǒng)功
能示意見圖l。
管道安全預(yù)警系統(tǒng)由預(yù)警單元(CFU)、預(yù)警管
理終端(FST)和區(qū)域監(jiān)控中心(DMC)組成。
圖1 管道安全預(yù)警系統(tǒng)總體功能示意圖
基金項(xiàng)目：國家863計(jì)劃“油氣管道光纖安全預(yù)警技術(shù)與裝備研究” (編號(hào)：2{}06AA{}6Z242)
獲專利情；兄“基于光纖振動(dòng)傳感的油氣管道安全預(yù)警技術(shù)與應(yīng)用”2()11年獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)；“光纖管道安全預(yù)警系統(tǒng)”2009
年分別獲第十八屆全國發(fā)明展覽會(huì)金獎(jiǎng)、中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，201{)年分別獲河北省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、中國石油
天然氣集團(tuán)公司技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，2015年獲國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局安全生產(chǎn)科技成果二等獎(jiǎng)
第一作者簡(jiǎn)介：焦書浩，1975年生， 畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)，高級(jí)工程師，從事管道安全監(jiān)測(cè)技
術(shù)和產(chǎn)業(yè)化、物聯(lián)網(wǎng)、油田信息化等相關(guān)技術(shù)研究。E-mail：tx jsh@cnpC．Con3．cn
聯(lián)系作者：劉素杰，電話：{}316—21739{13，E—mail：tx e m 1 ．1iusuji@cnpc．co
130 石油科技論壇·2015年增刊
預(yù)警單元(CFU)是管道安全預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)
備單元，由信號(hào)發(fā)射模塊、采集模塊、管理模塊、監(jiān)
控通信模塊、電源模塊等組成，各模塊整裝在控制室內(nèi)，
完成傳感信號(hào)的分析、事件的識(shí)別以及將處理數(shù)據(jù)上
傳到FST等丁作(圖2)：
圖2 預(yù)警單元(CFU)圖
預(yù)警管理終端(FST)是CFU的一級(jí)管理終端，
南FST服務(wù)器、操作維護(hù)終端等主要部分組成。FST
安裝在場(chǎng)站內(nèi)，需 作人員值守。FST可分析處理
cFu J二傳的信號(hào)及數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分類、存儲(chǔ)、上傳到
DMC等：當(dāng)警情發(fā)生時(shí)，F(xiàn)ST會(huì)產(chǎn)生聲、光現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，
在電子GIs電子地圖上顯示警情位置及事件識(shí)別信息。
區(qū)域監(jiān)控中心(DMC)是高于FST的一個(gè)管理終端，
由DMC服務(wù)器、操作維護(hù)終端組成，DMC安裝在場(chǎng)
站或運(yùn)行維護(hù)中心內(nèi)，需丁作人員值守。DMC可同步
顯示FST的報(bào)警信息，也可實(shí)時(shí)查詢、監(jiān)聽各個(gè)FST
及CFU的] 作情況?？傮w來講，DMC主要功能與FST
幾乎相同，但信號(hào)在DMC處不進(jìn)行處理，只是單純的
接收、發(fā)送和存儲(chǔ)。
2 工作原理與技術(shù)參數(shù)指標(biāo)
光纜能夠感應(yīng)到以通信光纜為中心的土壤振動(dòng)情
況，且越靠近光纜感應(yīng)能力越強(qiáng)，靈敏度越高。當(dāng)外
界破壞事件發(fā)生時(shí)，光纜會(huì)首先感應(yīng)到土壤的振動(dòng)，
當(dāng)振動(dòng)持續(xù)加強(qiáng)時(shí)，預(yù)警系統(tǒng)將產(chǎn)生告警，提醒] 作
人員立即巡線，從而有效阻止破壞事件的發(fā)生(罔3)。
安全預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)具體如下：適用范圍
為同溝敷設(shè)任何型號(hào)光纜、硅管光纜的油氣管道；定
位精度為±20m；靈敏度為檢測(cè)到30m范圍內(nèi)的機(jī)械
振動(dòng)；檢測(cè)長度為無源40km或60kin，有源80kin；響
應(yīng)時(shí)間≤ lmin
3 實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況
實(shí)驗(yàn)室搭建了系統(tǒng)樣機(jī)。利片J光纖盤模擬82kin的
I ： 纖錯(cuò)道安全顱 系統(tǒng)
地面 破壞事件引起土振動(dòng)
圖3 振動(dòng)信號(hào)拾取過程示意圖
光纜長度，進(jìn)行光纖接續(xù)點(diǎn)的振動(dòng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，測(cè)試
果表明樣機(jī)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出光纖接續(xù)點(diǎn)的敲it~-f；'
號(hào)并給}}{敲擊點(diǎn)的空間位置，測(cè)試誤差小于|Ore( 4)
圖4 模擬機(jī)械施工事件的信號(hào)檢測(cè)結(jié)果
在完成預(yù)警系統(tǒng)樣機(jī)的可行性驗(yàn)證后，隨后開展了
預(yù)警系統(tǒng)的產(chǎn)、 轉(zhuǎn)化丁作。依托蘭鄭長成品油管道、大
港埕海油田原油管道、青海東部燃?xì)鈽范?[-,3k區(qū)管道及
烏魯木齊石化管道等在役管道進(jìn)行了預(yù)警系統(tǒng)產(chǎn)品樣機(jī)
的長期現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，積累了多種地質(zhì)土壤環(huán)境的振動(dòng)事件
信號(hào)數(shù)據(jù)(圖5)，對(duì)系統(tǒng)算法和軟件進(jìn)行了完善
—
I 2、
> I
&amp;amp;
6’
4、
冬
3
圖5 對(duì)施工過程中露出光纜進(jìn)行觸碰的信號(hào)檢測(cè)結(jié)果
自2008年在阿獨(dú)原油管道進(jìn)行了首次商業(yè)應(yīng)用
以來，現(xiàn)已在國內(nèi)外石油、石化、燃?xì)夂蛧烙蜌夤?
道和國防光纜保護(hù)中獲得應(yīng)用，保護(hù)管道和國防光纜
5000多千米，實(shí)現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)效益13億元．減少甚至
避免第三方破壞事件造成的安全事故，為管道安全運(yùn)
2015年增刊·石油科技論壇 131
行提供了有利的技術(shù)防護(hù)手段，對(duì)提高管道行業(yè)和I
防通信安全管理水平具有重要的意義。
4 結(jié)語
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和應(yīng)用表明，光纖管道安全預(yù)警系統(tǒng)靈
敏度高，響應(yīng)速度快，能夠做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可檢測(cè)出
人為和機(jī)械施 等動(dòng)土事件，定位誤差小于20m，精
度較高 系統(tǒng)主要是針對(duì)管道安傘監(jiān)測(cè)而設(shè)計(jì)，用于
保護(hù)油氣管道安全，尤其是對(duì)管道的外界破壞進(jìn)行預(yù)
警?除此之外，基于其靈敏度高、事件定位精確和隱
蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)，還可以應(yīng)用于一些重要場(chǎng)昕的邊界報(bào)
警，如軍事缺地、政府設(shè)施、機(jī)場(chǎng)、化 廠、核電站、
水庫等的監(jiān)測(cè)和保護(hù)等，!l有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景
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(1I 稿[『期：2015-07—08)
Optical Fiber Early—warning System for Pipeline Safety
Jiao Shuhao，Wang Fei，Liu Sujie，Li Gang，Yang Wenming
(China Petroleum &amp;amp;Gas Pipeline Telecommunication&amp;amp;Electricity Engineering Corporation；National Engineering
Laboratory for Pipeline Safety(Monitor／Detection)，Langfang 065000，China)
Abstract：Optical fiber early．warning system for pipeline safety is developed，which can solve the serious Issue that the
oil and gas pipelines are damaged by a third party．The system uses optical communications cable buried in the sam0
ditch 0f the pipeline as the distributed vibration sensor to real—time monitor soil vibration within a certain area along the
Dipeline．It can acquire and analyze vibration signals to determ ine location of vibration and type of incident．The system can
send alarm for timely maintenance once the pipeline is under artificial or mechanical damage，keeping the pipeline fi'om
saletv accidents．The results of laboratory test and field application indicate that this system is highly sensitive and able to
accuratelv locate soil vibration incidents along the pipeline with the locating error limited to less than 20 meters．
Ke、，words：pipeline safety，third．party dam age，early warning，distributed optical fiber sensor，accurately locating，

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