光纖預(yù)警技術(shù)在長(zhǎng)輸管道中的研究與應(yīng)用

摘要：通過(guò)分析光纖干涉儀原理來(lái)建立分布式光纖預(yù)警系統(tǒng)，分布式傳感器應(yīng)當(dāng)與管道進(jìn)行同溝鋪設(shè)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)油氣管道的長(zhǎng)距離預(yù)警和精確定位，增強(qiáng)長(zhǎng)輸管道的安全保護(hù)距離。通過(guò)研究光纖預(yù)警技術(shù)的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而增強(qiáng)長(zhǎng)輸管道在運(yùn)行過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：光纖預(yù)警;長(zhǎng)輸管道;應(yīng)用

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)油氣資源的需求量越來(lái)越高，因此石油和天然氣成為了重要的經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)，長(zhǎng)輸管道是油氣資源最為重要的運(yùn)輸方式，在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。然而在運(yùn)行過(guò)程中長(zhǎng)輸管道會(huì)受到自然災(zāi)害和人為因素的影響，導(dǎo)致安全事故頻繁發(fā)生，對(duì)油氣企業(yè)的造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染，因此加強(qiáng)長(zhǎng)輸管道的安全運(yùn)輸已經(jīng)成為了重要的研究?jī)?nèi)容。

人工巡檢是長(zhǎng)輸管道安全防護(hù)的主要運(yùn)行方式，但是在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)輸管道的長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)和快速事故定位。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，壓力梯度流量平衡法和超聲波監(jiān)測(cè)法作為主要的防漏監(jiān)測(cè)方法，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警和預(yù)警功能，并且報(bào)警定位無(wú)法達(dá)到合理精度，為維修工作人員的搶修工作造成困難。因此利用光纖預(yù)警系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)輸管道的長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)提前預(yù)警和精確定位的功能，從而實(shí)現(xiàn)了油氣長(zhǎng)輸管道的安全防護(hù)。

1光纖預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理分析

光纖傳感作為一種新型的傳感技術(shù)，主要對(duì)壓力、溫度等物理量進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，光纖預(yù)警系統(tǒng)采用于管道同向鋪設(shè)的方式進(jìn)行傳感器鋪設(shè)，對(duì)管道線路的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，主要利用三條光線進(jìn)行工作，兩條光線作為感應(yīng)傳感器，能夠有效監(jiān)測(cè)管道周?chē)蟀l(fā)生的振動(dòng)信號(hào)，另一條光線來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。首端傳感器作為光源可以發(fā)出連續(xù)光波，當(dāng)傳感器感受到外界應(yīng)力時(shí)，相對(duì)的傳播波形會(huì)發(fā)生明顯變化，傳感控制器會(huì)采用相關(guān)時(shí)延估計(jì)法，能夠有效獲得長(zhǎng)輸管道發(fā)生事故的位置。

2光纖預(yù)警系統(tǒng)信號(hào)監(jiān)聽(tīng)形態(tài)智能分析

光纖預(yù)警系統(tǒng)主要是根據(jù)管道周?chē)l(fā)出的振動(dòng)信號(hào)來(lái)判斷管道的安全狀況，因此監(jiān)聽(tīng)信號(hào)的準(zhǔn)確度和靈敏度是確保整個(gè)長(zhǎng)輸管道預(yù)警系統(tǒng)效果的重要影響因素，其中主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）強(qiáng)度分析。以信號(hào)幅度提升警報(bào)時(shí)間，其中背景噪音和輸油的信號(hào)幅度很小，并無(wú)起伏;外界侵入信號(hào)的連續(xù)幅度較強(qiáng)，根據(jù)信號(hào)幅度的強(qiáng)度對(duì)比，能夠有效判斷長(zhǎng)輸管道周?chē)欠癜l(fā)生異常變化。

（2）節(jié)拍分析。以信號(hào)波群節(jié)拍特征來(lái)提示長(zhǎng)輸管道周?chē)h(huán)境的干擾，根據(jù)節(jié)拍特征能夠明確判斷出周?chē)h(huán)境所發(fā)生干擾的原因。例如氣動(dòng)工具的節(jié)拍特征為連發(fā)錘擊;重型沖擊錘的節(jié)拍為大力連發(fā)錘擊，不用的節(jié)拍會(huì)出現(xiàn)不同的特征。

（3）形態(tài)分析。信號(hào)的包絡(luò)形態(tài)分析能夠有效提示入侵時(shí)間。例如電動(dòng)工具信號(hào)包絡(luò)為急聲持續(xù)，手動(dòng)挖掘工具的信號(hào)為急聲快降。

（4）特征學(xué)習(xí)。該方法能夠有效收錄長(zhǎng)輸油氣管道在運(yùn)行過(guò)程中的可疑報(bào)警事件。需要通過(guò)人工確認(rèn)來(lái)對(duì)比事件發(fā)生的情況。在發(fā)生情況時(shí)，利用檢測(cè)到的信號(hào)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的事件進(jìn)行有效對(duì)比，從而明確事故所發(fā)生的原因。

（5）環(huán)境過(guò)濾。將常見(jiàn)的工作環(huán)境干擾情況進(jìn)行保存，從而對(duì)比過(guò)濾自然環(huán)境和人為活動(dòng)的干擾頻率等，從而有效減少預(yù)警報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)率。

3光纖預(yù)警技術(shù)在長(zhǎng)輸管道中的應(yīng)用

3.1光纜鋪設(shè)

新建長(zhǎng)輸油氣管道為了傳輸站場(chǎng)與系統(tǒng)之間的有效聯(lián)系，通常情況下需要沿著長(zhǎng)輸管道的鋪設(shè)方向增加通信光纜。通信光纜一般鋪設(shè)于長(zhǎng)輸管道輸送方向的右側(cè)，與管道頂部平齊。水平之間的距離保持在0.3米。光纖預(yù)警系統(tǒng)可以有效利用通信光纜的3芯，不再進(jìn)行單獨(dú)鋪設(shè)，從而有效降低投資成本。預(yù)警系統(tǒng)的防護(hù)執(zhí)行應(yīng)當(dāng)大于4米，從而有效滿足長(zhǎng)輸管道的防護(hù)需求。

3.2系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

長(zhǎng)輸管道安全預(yù)警系統(tǒng)主要由報(bào)警中心、傳感控制器、傳感器和光纜等部分組成。傳感器的主要運(yùn)行特點(diǎn)是對(duì)預(yù)處理和振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，并將所收集到的數(shù)據(jù)信息向報(bào)警中心進(jìn)行傳送。報(bào)警中心對(duì)所收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析并明確傳感控制器的工作狀態(tài)，接收各個(gè)傳感器上所傳授的數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，從而明確詳細(xì)的報(bào)警信息。

如果光纖預(yù)警系統(tǒng)的有效傳輸距離大于40公里，就需要進(jìn)行分段配置，在各個(gè)區(qū)域內(nèi)的臨近站場(chǎng)內(nèi)設(shè)置傳感控制器，并且通過(guò)信息傳輸設(shè)備對(duì)所收集到的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)安全預(yù)警網(wǎng)絡(luò)的總體控制。

3.3風(fēng)險(xiǎn)處理措施

針對(duì)光纖預(yù)警系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中所發(fā)生的不同風(fēng)險(xiǎn)源，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的有效措施來(lái)減緩風(fēng)險(xiǎn)影響，工作人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)管道安全運(yùn)輸?shù)奈ｋU(xiǎn)性和重要性進(jìn)行宣傳，減少周?chē)藶橐蛩貙?duì)管道運(yùn)行所帶來(lái)的影響，同時(shí)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)水利保護(hù)工程，防止河水對(duì)管道的侵蝕。另外針對(duì)管道不同區(qū)間的綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，需要制定不同的巡檢頻率，在條件允許的情況下應(yīng)當(dāng)采用無(wú)人機(jī)和光纖預(yù)警系統(tǒng)相結(jié)合的方式進(jìn)行巡檢，從而有效掌握長(zhǎng)輸管道沿線的各項(xiàng)安全信息。最后，應(yīng)當(dāng)精心維護(hù)光纖預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)針對(duì)不同的自然環(huán)境采取有效措施，維護(hù)光纖預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)輸管道的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，確保長(zhǎng)輸管道能夠安全運(yùn)行。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，光纖預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單并且可靠性強(qiáng)，在使用過(guò)程中不會(huì)受到外界自然因素的影響，對(duì)長(zhǎng)輸管道的周?chē)h(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)安全預(yù)警和精確定位，通過(guò)與人為巡檢方式的有效結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)長(zhǎng)輸管道安全防護(hù)水平的提高，另外光纖預(yù)警系統(tǒng)主要采用光纖來(lái)作為傳感器，在實(shí)際使用過(guò)程中具有絕緣性和耐腐蝕性的特點(diǎn)，并且光纖的使用壽命較長(zhǎng)，由此說(shuō)明光纖預(yù)警系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中能夠提高長(zhǎng)輸管道的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張聰，禹勝陽(yáng)，李興濤.光纖預(yù)警系統(tǒng)在長(zhǎng)輸管道完整性管理中的應(yīng)用[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2020：9-12.

[2]張濤.分布式瑞利散射光纖預(yù)警技術(shù)在長(zhǎng)輸油氣管道的應(yīng)用[J].數(shù)字通信世界，2018：183-184.

[3]劉二利，宋磊，王齊.光纖預(yù)警系統(tǒng)在長(zhǎng)輸管道保護(hù)中的應(yīng)用[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2013：48-50+53.

光纖預(yù)警技術(shù)在長(zhǎng)輸管道中的研究與應(yīng)用

蘭劍

中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司珠海分公司 ?廣東省 ?珠海市 ?519000

摘要：通過(guò)分析光纖干涉儀原理來(lái)建立分布式光纖預(yù)警系統(tǒng)，分布式傳感器應(yīng)當(dāng)與管道進(jìn)行同溝鋪設(shè)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)油氣管道的長(zhǎng)距離預(yù)警和精確定位，增強(qiáng)長(zhǎng)輸管道的安全保護(hù)距離。通過(guò)研究光纖預(yù)警技術(shù)的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而增強(qiáng)長(zhǎng)輸管道在運(yùn)行過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：光纖預(yù)警;長(zhǎng)輸管道;應(yīng)用

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)油氣資源的需求量越來(lái)越高，因此石油和天然氣成為了重要的經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)，長(zhǎng)輸管道是油氣資源最為重要的運(yùn)輸方式，在實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。然而在運(yùn)行過(guò)程中長(zhǎng)輸管道會(huì)受到自然災(zāi)害和人為因素的影響，導(dǎo)致安全事故頻繁發(fā)生，對(duì)油氣企業(yè)的造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境污染，因此加強(qiáng)長(zhǎng)輸管道的安全運(yùn)輸已經(jīng)成為了重要的研究?jī)?nèi)容。

人工巡檢是長(zhǎng)輸管道安全防護(hù)的主要運(yùn)行方式，但是在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)輸管道的長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)和快速事故定位。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，壓力梯度流量平衡法和超聲波監(jiān)測(cè)法作為主要的防漏監(jiān)測(cè)方法，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)及時(shí)報(bào)警和預(yù)警功能，并且報(bào)警定位無(wú)法達(dá)到合理精度，為維修工作人員的搶修工作造成困難。因此利用光纖預(yù)警系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)輸管道的長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)提前預(yù)警和精確定位的功能，從而實(shí)現(xiàn)了油氣長(zhǎng)輸管道的安全防護(hù)。

1光纖預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理分析

光纖傳感作為一種新型的傳感技術(shù)，主要對(duì)壓力、溫度等物理量進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，光纖預(yù)警系統(tǒng)采用于管道同向鋪設(shè)的方式進(jìn)行傳感器鋪設(shè)，對(duì)管道線路的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，主要利用三條光線進(jìn)行工作，兩條光線作為感應(yīng)傳感器，能夠有效監(jiān)測(cè)管道周?chē)蟀l(fā)生的振動(dòng)信號(hào)，另一條光線來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。首端傳感器作為光源可以發(fā)出連續(xù)光波，當(dāng)傳感器感受到外界應(yīng)力時(shí)，相對(duì)的傳播波形會(huì)發(fā)生明顯變化，傳感控制器會(huì)采用相關(guān)時(shí)延估計(jì)法，能夠有效獲得長(zhǎng)輸管道發(fā)生事故的位置。

2光纖預(yù)警系統(tǒng)信號(hào)監(jiān)聽(tīng)形態(tài)智能分析

光纖預(yù)警系統(tǒng)主要是根據(jù)管道周?chē)l(fā)出的振動(dòng)信號(hào)來(lái)判斷管道的安全狀況，因此監(jiān)聽(tīng)信號(hào)的準(zhǔn)確度和靈敏度是確保整個(gè)長(zhǎng)輸管道預(yù)警系統(tǒng)效果的重要影響因素，其中主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）強(qiáng)度分析。以信號(hào)幅度提升警報(bào)時(shí)間，其中背景噪音和輸油的信號(hào)幅度很小，并無(wú)起伏;外界侵入信號(hào)的連續(xù)幅度較強(qiáng)，根據(jù)信號(hào)幅度的強(qiáng)度對(duì)比，能夠有效判斷長(zhǎng)輸管道周?chē)欠癜l(fā)生異常變化。

（2）節(jié)拍分析。以信號(hào)波群節(jié)拍特征來(lái)提示長(zhǎng)輸管道周?chē)h(huán)境的干擾，根據(jù)節(jié)拍特征能夠明確判斷出周?chē)h(huán)境所發(fā)生干擾的原因。例如氣動(dòng)工具的節(jié)拍特征為連發(fā)錘擊;重型沖擊錘的節(jié)拍為大力連發(fā)錘擊，不用的節(jié)拍會(huì)出現(xiàn)不同的特征。

（3）形態(tài)分析。信號(hào)的包絡(luò)形態(tài)分析能夠有效提示入侵時(shí)間。例如電動(dòng)工具信號(hào)包絡(luò)為急聲持續(xù)，手動(dòng)挖掘工具的信號(hào)為急聲快降。

（4）特征學(xué)習(xí)。該方法能夠有效收錄長(zhǎng)輸油氣管道在運(yùn)行過(guò)程中的可疑報(bào)警事件。需要通過(guò)人工確認(rèn)來(lái)對(duì)比事件發(fā)生的情況。在發(fā)生情況時(shí)，利用檢測(cè)到的信號(hào)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的事件進(jìn)行有效對(duì)比，從而明確事故所發(fā)生的原因。

（5）環(huán)境過(guò)濾。將常見(jiàn)的工作環(huán)境干擾情況進(jìn)行保存，從而對(duì)比過(guò)濾自然環(huán)境和人為活動(dòng)的干擾頻率等，從而有效減少預(yù)警報(bào)警系統(tǒng)的誤報(bào)率。

3光纖預(yù)警技術(shù)在長(zhǎng)輸管道中的應(yīng)用

3.1光纜鋪設(shè)

新建長(zhǎng)輸油氣管道為了傳輸站場(chǎng)與系統(tǒng)之間的有效聯(lián)系，通常情況下需要沿著長(zhǎng)輸管道的鋪設(shè)方向增加通信光纜。通信光纜一般鋪設(shè)于長(zhǎng)輸管道輸送方向的右側(cè)，與管道頂部平齊。水平之間的距離保持在0.3米。光纖預(yù)警系統(tǒng)可以有效利用通信光纜的3芯，不再進(jìn)行單獨(dú)鋪設(shè)，從而有效降低投資成本。預(yù)警系統(tǒng)的防護(hù)執(zhí)行應(yīng)當(dāng)大于4米，從而有效滿足長(zhǎng)輸管道的防護(hù)需求。

3.2系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

長(zhǎng)輸管道安全預(yù)警系統(tǒng)主要由報(bào)警中心、傳感控制器、傳感器和光纜等部分組成。傳感器的主要運(yùn)行特點(diǎn)是對(duì)預(yù)處理和振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，并將所收集到的數(shù)據(jù)信息向報(bào)警中心進(jìn)行傳送。報(bào)警中心對(duì)所收集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析并明確傳感控制器的工作狀態(tài)，接收各個(gè)傳感器上所傳授的數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，從而明確詳細(xì)的報(bào)警信息。

如果光纖預(yù)警系統(tǒng)的有效傳輸距離大于40公里，就需要進(jìn)行分段配置，在各個(gè)區(qū)域內(nèi)的臨近站場(chǎng)內(nèi)設(shè)置傳感控制器，并且通過(guò)信息傳輸設(shè)備對(duì)所收集到的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)安全預(yù)警網(wǎng)絡(luò)的總體控制。

3.3風(fēng)險(xiǎn)處理措施

針對(duì)光纖預(yù)警系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中所發(fā)生的不同風(fēng)險(xiǎn)源，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的有效措施來(lái)減緩風(fēng)險(xiǎn)影響，工作人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)管道安全運(yùn)輸?shù)奈ｋU(xiǎn)性和重要性進(jìn)行宣傳，減少周?chē)藶橐蛩貙?duì)管道運(yùn)行所帶來(lái)的影響，同時(shí)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)水利保護(hù)工程，防止河水對(duì)管道的侵蝕。另外針對(duì)管道不同區(qū)間的綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，需要制定不同的巡檢頻率，在條件允許的情況下應(yīng)當(dāng)采用無(wú)人機(jī)和光纖預(yù)警系統(tǒng)相結(jié)合的方式進(jìn)行巡檢，從而有效掌握長(zhǎng)輸管道沿線的各項(xiàng)安全信息。最后，應(yīng)當(dāng)精心維護(hù)光纖預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)針對(duì)不同的自然環(huán)境采取有效措施，維護(hù)光纖預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)輸管道的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，確保長(zhǎng)輸管道能夠安全運(yùn)行。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，光纖預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單并且可靠性強(qiáng)，在使用過(guò)程中不會(huì)受到外界自然因素的影響，對(duì)長(zhǎng)輸管道的周?chē)h(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)安全預(yù)警和精確定位，通過(guò)與人為巡檢方式的有效結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)長(zhǎng)輸管道安全防護(hù)水平的提高，另外光纖預(yù)警系統(tǒng)主要采用光纖來(lái)作為傳感器，在實(shí)際使用過(guò)程中具有絕緣性和耐腐蝕性的特點(diǎn)，并且光纖的使用壽命較長(zhǎng)，由此說(shuō)明光纖預(yù)警系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中能夠提高長(zhǎng)輸管道的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張聰，禹勝陽(yáng)，李興濤.光纖預(yù)警系統(tǒng)在長(zhǎng)輸管道完整性管理中的應(yīng)用[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2020：9-12.

[2]張濤.分布式瑞利散射光纖預(yù)警技術(shù)在長(zhǎng)輸油氣管道的應(yīng)用[J].數(shù)字通信世界，2018：183-184.

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