长输油气管道在线监测

        由于油气管道都是高压运行，输送介质易燃、易爆并具有毒性，一旦发生事故不仅会造成资源损失和环境污染，甚至会产生火灾、爆炸，产生巨大的经济损失，更会破坏周围环境和周边人身安全。为此急需采用高科技的手段，及时、准确地测出管道安全状态变化，实现对输油管道进行实时在线监测尤显重要。保护油气管道安全绝不仅仅是保护管道企业的利益，更重要的，它保障的是广大人民群众的正常生活和公共安全，保障的是国家的经济安全和社会稳定，监测及维护管道安全任重道远。

         管道泄漏监测主要是对管道从不漏到突然发生泄漏的过程的监测，一般是采用固定的装置对管道进行实时监测，一旦发生泄漏立即报警，使有关人员能够进行及时处理。人工例行巡检、负压波以及可燃气体监测是天然气输送管道监测的常用方法。目前，传统的监测方法如人工巡视、负压波等方法已经不能适应分布地域广、环境复杂程度和破坏前报警的要求，亟需一种工程造价低且能适应大范围监测要求的分布式传感监测系统。由于管道长度长达几百公里，传统的电测式传感器需要沿管线布设几千只传感器，从布点连线到数据采集不仅复杂且成本高，并且受到布点数量的限制，无法全面反映管道的结构和功能情况。现在国内外应用于管线工程监测的技术和方法正在从传统的点式仪器监测向分布式、自动化、高精度和远程监测的方向发展。

       分布式光纤传感技术是一种新兴的传感技术，它直接以管道同沟敷设的通讯光缆作为传感器，其充分利用光纤空间连续分布的特点，“传”、“感”合一，可实现沿光纤分布任一点的物理参量信息，具有测量信息丰富、可精确定位、本质安全等优点。而且，光纤传感技术是以光波为载体，光纤为媒质，与传统电学传感器相比，光纤传感器具有测量精度高、抗电磁干扰、本质安全、小巧轻柔、适合远程传输等优点，尤其适合在电力、石化、交通、桥梁、大坝等领域应用。将探测光缆沿管道同沟或者并行敷设，可实时获得管道沿线任一点的温度、应变、振动信息，实现管道沿线泄漏、打孔盗油、地质灾害等异常状况实时监测，具有测量距离远、连续分布式测量、可精确定位、安装简单、安全可靠、扩展性强等优点，对管道不会产生任何破坏或影响其正常生产，尤其适合长输油气管道在线监测应用。

        基于业界最先进的分布式光纤传感技术，将探测光缆沿输气管道同沟或者并行敷设，实时监测管道周围的温度、应变、振动分布情况，当输气管道局部出现异常状况时分布式光纤传感监测系统能及时捕获这些异常，并在分布式曲线显示出来，并定位出异常点的位置信息，便于管道维护人员及时检修与处理，避免重大事故发生。

        设计目标包括： 实时获得管道沿线的温度、应变、振动分布式信息；实时监测管道沿线的泄漏、打孔盗油、沉降形变和地质灾害等事件；清楚指示异常点的位置信息；提供管道/管道周边环境异常的早期预警和事件发展趋势。

        管道泄漏监测原理
        管道出现泄漏后，泄漏点附近的温度会出现变化并且会产生一定频率的振动信号。利用分布式温度测量功能以及分布式振动监测功能均可实现管道泄漏在线监测与定位。对于埋地气管道，管线正常运行时沿线的温度场分布均匀；当管壁因破损、接头断裂等原因发生泄漏时，泄漏处的温度将发生变化。对于原油管道，需加热输送，泄漏处的温度将升高；对于天然气管道，由于焦耳-汤姆逊效应，天然气经过泄漏孔节流膨胀，节流膨胀过程前后的焓不变，在泄漏孔出口出现温度下降，如下图所示。管道沿线敷设的测温光纤传感器能及时捕获这些温度异常，并在温度分布曲线上实时显示出来，通过智能化的报警算法以及图形化的专业分析软件，可以实时自动报警，并精确定位异常点的位置信息。此外，分布式光纤振动探测器可实时感测高压管道泄漏时产生的振动信号，通过提取特征信号与智能识别，能及时报警并定位。

        管道打孔盗油监测原理         管道周围出现机械挖掘、打孔盗油、蓄意破坏等人为破坏时，都会产生不同频率特征的振动信号。分布式光纤振动探测器可分布式检测到管道沿线各个位置的振动信号，100%覆盖整个管线。分布式光纤振动探测器可以获得振动事件的时间、地点、事件趋势等信息，通过对振动波形分析和特征信号提取，并结合专家数据库和神经网络识别算法，可确定振动事件类型，对可能危害管道安全的动土事件、站场设施入侵事件提前预警，保障管道运行安全。

       分析仪和分布式光纤振动探测器作为最新一代的分布式光纤传感技术，直接利用与管道同沟敷设的通信光缆或者传感光缆作为传感器，“传”、“感”合一，现场无需供电、无需额外数据传输设备，均可实现单向60公里以上测量距离，具有明显技术优势，非常适合长输油气管道在线监测应用。具体如下：      
  ①长距离分布式测量：可以实时测量光纤沿线任一点上的温度、应变、振动等分布信息，覆盖管道全线范围，无测量盲区，最大实时监测距离可达双向100km。         
②多参量测量：单一的温度、应变或者振动，都无法准确评估管道的健康和安全，综合测量管道周围的温度、应变和振动实时信息，有助于全方位、多角度监测管道安全。        
③多事件定位：OTDR型分布式光纤传感器先天具备多振动事件探测及定位功能。      
④灵敏度高：系统对管道打孔盗油非常灵敏，可检测管线周围20米以内的机器挖掘、15米以内的人工挖掘；另外，对高压管道微泄漏引起的微弱振动和原油管道泄漏引起的温度变化有极高的探测灵敏度。         
⑤本质安全：分布式光纤传感器采用光信号测量，抗电磁干扰；管道现场无需供电，本质安全。        
⑥寿命长：单模通信光纤本身就是传感器，“传”“感”合一，并且光纤寿命可达30年，可以长年累月的实时监测管道安全，后期维护成本低。


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