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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		點擊數(shù)：	更新時間： 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／檢測)國家工程實驗室
摘要：為解決日益嚴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)實時監(jiān)測管道沿線一定范圍內(nèi)的土壤振動情況，通過對拾取振動
信號的分析完成土壤振動事件定位和類型識別，實現(xiàn)了對人為或機械動土施工等可能威脅管道安全的事件產(chǎn)生報警并
及時通知管道維護人員，避免管道安全事故的發(fā)生。實驗室測試和現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)監(jiān)測靈敏度較高，能夠準
確定位管道沿線的土壤振動事件，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；類型識別
DOI：10 3969~．issn．1O{)2—3(}2x．2015．z1．039
中圖分類號：TE88；TP277 文獻標識碼：A
油氣管道作為重要的油氣能源運輸方式，安全形
勢不容樂觀。據(jù)統(tǒng)計，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)運營是管道運營
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 巡線和群眾舉報的方式。技術(shù)往往使用流量平
衡法、壓力波動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)實時地拾取和監(jiān)測管道沿線的土壤振動信號，
通過處理和分析檢測信號，可以有效檢測出管道沿線
發(fā)生的動土事件，實現(xiàn)預(yù)警。通過分析計算，可對事
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指揮、調(diào)度維護搶修人員和巡
檢人員快速及時準確地趕到事件發(fā)生地點，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，并可及時發(fā)現(xiàn)自然災(zāi)害
如山體滑坡、洪水沖蝕等，更好地保護管道安全，為
管道安全運行服務(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
正確識別出事件的性質(zhì)，準確地定位出事件發(fā)生地點，
并產(chǎn)生多種形式的告警信息，幫助管道運行維護人員
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
基金項目：國家863計劃“油氣管道光纖安全預(yù)警技術(shù)與裝備研究” (編號：2{}06AA{}6Z242)
獲專利情；兄“基于光纖振動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；“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)明展覽會金獎、中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會科技進步一等獎，201{)年分別獲河北省科技進步一等獎、中國石油
天然氣集團公司技術(shù)發(fā)明二等獎，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
第一作者簡介：焦書浩，1975年生， 畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)工業(yè)電氣自動化專業(yè)，高級工程師，從事管道安全監(jiān)測技
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)，
完成傳感信號的分析、事件的識別以及將處理數(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的一級管理終端，
南FST服務(wù)器、操作維護終端等主要部分組成。FST
安裝在場站內(nèi)，需 作人員值守。FST可分析處理
cFu J二傳的信號及數(shù)據(jù)，并進行分類、存儲、上傳到
DMC等：當警情發(fā)生時，F(xiàn)ST會產(chǎn)生聲、光現(xiàn)場報警，
在電子GIs電子地圖上顯示警情位置及事件識別信息。
區(qū)域監(jiān)控中心(DMC)是高于FST的一個管理終端，
由DMC服務(wù)器、操作維護終端組成，DMC安裝在場
站或運行維護中心內(nèi)，需丁作人員值守。DMC可同步
顯示FST的報警信息，也可實時查詢、監(jiān)聽各個FST
及CFU的] 作情況。總體來講，DMC主要功能與FST
幾乎相同，但信號在DMC處不進行處理，只是單純的
接收、發(fā)送和存儲。
2 工作原理與技術(shù)參數(shù)指標
光纜能夠感應(yīng)到以通信光纜為中心的土壤振動情
況，且越靠近光纜感應(yīng)能力越強，靈敏度越高。當外
界破壞事件發(fā)生時，光纜會首先感應(yīng)到土壤的振動，
當振動持續(xù)加強時，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)指標具體如下：適用范圍
為同溝敷設(shè)任何型號光纜、硅管光纜的油氣管道；定
位精度為±20m；靈敏度為檢測到30m范圍內(nèi)的機械
振動；檢測長度為無源40km或60kin，有源80kin；響
應(yīng)時間≤ lmin
3 實驗及現(xiàn)場應(yīng)用情況
實驗室搭建了系統(tǒng)樣機。利片J光纖盤模擬82kin的
I ： 纖錯道安全顱 系統(tǒng)
地面 破壞事件引起土振動
圖3 振動信號拾取過程示意圖
光纜長度，進行光纖接續(xù)點的振動檢測實驗，測試
果表明樣機系統(tǒng)能夠準確檢測出光纖接續(xù)點的敲it~-f；'
號并給}}{敲擊點的空間位置，測試誤差小于|Ore( 4)
圖4 模擬機械施工事件的信號檢測結(jié)果
在完成預(yù)警系統(tǒng)樣機的可行性驗證后，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、青海東部燃氣樂都 [-,3k區(qū)管道及
烏魯木齊石化管道等在役管道進行了預(yù)警系統(tǒng)產(chǎn)品樣機
的長期現(xiàn)場測試，積累了多種地質(zhì)土壤環(huán)境的振動事件
信號數(shù)據(jù)(圖5)，對系統(tǒng)算法和軟件進行了完善
—
I 2、
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&amp;amp;
6’
4、
冬
3
圖5 對施工過程中露出光纜進行觸碰的信號檢測結(jié)果
自2008年在阿獨原油管道進行了首次商業(yè)應(yīng)用
以來，現(xiàn)已在國內(nèi)外石油、石化、燃氣和國防油氣管
道和國防光纜保護中獲得應(yīng)用，保護管道和國防光纜
5000多千米，實現(xiàn)直接經(jīng)濟效益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
2015年增刊·石油科技論壇 131
行提供了有利的技術(shù)防護手段，對提高管道行業(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)場試驗和應(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，能夠做到實時監(jiān)測，可檢測出
人為和機械施 等動土事件，定位誤差小于20m，精
度較高 系統(tǒng)主要是針對管道安傘監(jiān)測而設(shè)計，用于
保護油氣管道安全，尤其是對管道的外界破壞進行預(yù)
警?除此之外，基于其靈敏度高、事件定位精確和隱
蔽性強的特點，還可以應(yīng)用于一些重要場昕的邊界報
警，如軍事缺地、政府設(shè)施、機場、化 廠、核電站、
水庫等的監(jiān)測和保護等，!l有廣闊的市場應(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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