孙俊

摘要：本文通过对现有的油气管道预警检测技术进行对比分析，对新型的光纤预警技术工作原理、应用环境、系统组成、现场检验等方面进行阐述、分析。利用光纤技术实现管线破损预警定位，是基于光纤干涉技术发展而成，通过检测光纤中产生的散射和反射信号来进行判断，经光电转换和信号处理后，可以得到外界振动信号，从而判断出报警类型与位置，保护油气管道设施安全。

关键词：油气；管道；光纤；预警；定位

1概述

油气资源作为一次能源的三大支柱之一，是一种洁净环保的优质能源，热值高，安全性较高，烧稳定，是保障国家安全的重要资源。我国的油气管道具有点多、线长、地域广的特点，为了有效防止油气管道危害事件的发生，管道运营方面投入了大量的人力、物力，但是限于油气管道距离长、沿途路况复杂、突发事件多等因素影响，实际效果并不理想。

2国内外常见预警技术分析

目前，在国内外较为常用的油气管道破坏预警技术有准分布式光纤泄漏检测、多光纤探头遥测、光纤温度传感器检漏等几种，下面就这几种技术的优缺点进行分析比较。

（1）准分布式光纤泄漏检测法

NEC公司已研制出能在10Km油气管道长度范围内进行漏油检测的传感器，它对水不敏感，可在易燃易爆和高压环境中使用。传感器的核心部件由棱镜、光发与光收装置构成，当棱镜底面接触不同种类的液体时，光线在棱镜中的传输损耗不同，根据光探测器接收的光强来确定油气管道是否泄漏。这种传感器的缺点是不能及时发现破坏事件，且只能检测液体，对天然气不适用。

（2）多光纤探头遥测法

美国拉斯维加斯市的FCI环保公司开发的PETROSENSE光纤传感系统，可对水中和蒸气态的碳氢化合物总量进行连续检测。在现场选择配置1-16个探头，探头核心部分是一小段光纤化学传感器，通过光纤包层选择性地吸附碳氢化合物，使其折射率得到改变，从而使光纤中光的传播特性发生变化，由此判断泄漏位置。这项技术的缺点是在事件发生前无法预判，且施工复杂，后期维护费用高。

（3）塑料包覆石英光纤传感器泄漏检测法

塑料包覆石英光纤传感器泄漏检测法，当液体与光纤接触渗透到包层，引起包层折射率变化，造成光纤传输损耗升高。当探测器的接收光强低于设定水平时，会触发报警电路。这项技术需要特殊的光纤传感器，设备造价昂贵，不适合长输油气管道。

（4）光纤温度传感器检漏法

该技术通过分布式光纤温度传感器可连续测量沿油气管道的温度分布情况，检测判断油气管道沿途的泄漏发生情况。利用光纤反stkoesRamna背向散射的温度效应，光纤所处空间各点温度场调制了光纤中传输的光载波，经解调将空间温度场的信息实时显示出来。但由于油气管道周围环境会形成一个温度场，泄漏产生的温度变化不会很明显，因此该技术不能检出微小的泄漏，另外，该方法检测距离较短，不适用于长输油气管道的检测。

3光纤预警定位技术原理

光纤预警定位技术属于OTDR检测技术的发展延伸，当外界有振动作用于传感光缆时，引起光缆中纤芯发生形变，导致纤芯长度和折射率发生变化，继而导致光缆中光的相位发生变化，成为一种携带外界振动信息的信号光，这种信号光反射回系统监测设备后，进行光学系统处理，经光电转换和信号处理后可以得到外界振动信号，通过对振动信号的波形进行分析判断出报警类型与位置。

3.1光纤预警工作原理

当有振动信号作用于信號光纤时，会产生明显的干涉条纹，由干涉原理可知同频率同振动方向的两束光在任意点发生干涉时，该点的干涉光强为式3.1所示。

（3.1）

其中I1、I2分别为发生干涉的两束光的光强，△φ为两束光之间的相位差。通过后期的数据处理，我们就可以很清楚地得到外界应力的大小。通过对光纤输出干涉光功率检测获得的数据进行分析，就可以获得沿光纤路径上压力变化和振动信号的频谱特征，判定是否有油气管道泄漏、机械施工或人为破坏等事件的发生，实现故障类型判定。

3.2光纤定位工作原理

由以上原理可知，当有振动作用于信号光纤时，会产生明显的干涉条纹，那么如何确定预警事件的位置呢？设定光纤总长度为L，光线在光纤中的速度为C，在光纤中的折射率为n，光纤在最末端形成的干涉信号返回时间t，由此可以列出公式3.2。

（3.2）

由于处在同一条光纤内，因此C与n为固定值，因此可以判断，受外力干扰的信号位置为L1时，时间为t1，综合可得如下公式3.3

（3.3）

由于L与t均可在现场实际测出，因此，只需要测量t1就可以确定预警事件发生的位置。

4系统组成与运行

4.1光纤预警定位系统设备组成

预警定位系统可以由传感光缆、引导光缆、主控仪、操作台这几部分组成。其中，客户端操作台、主控仪位于站场机房内，引导光缆、传感光缆安装于室外，通过系统主机即可进行动态监测。

4.2油气管道环境信息采集

采集油气管道环境信息，属于设备自检期，设备运行检测油气管道周边环境信息值，由于背景噪声不同，显示出各种报警信息，此时的报警信息属于适应油气管道周边各穿越区域的背景噪声期，不具备实际的报警价值。系统运行调试期，进行频谱和报警值综合分析，对试验油气管道沿线特征、不同地理位置的报警阈值特征，自动进行报警阈值相应设定。系统正式运行期，在此期间，系统报警数据逐步降低的趋势，系统运行趋于稳定，报警信息准确。

5 结论

光纤预警定位技术利用油气管道同沟铺设光纤作为传感器，拾取油气管道沿途的振动信号，通过对振动信号的采集、处理和分析，对油气管道周围发生破损实现了有效监测。该技术利用现有的资源，效果好、智能化高、安装与维护简单，能够确保油气管道在遭受破坏前预警与定位，可以及时制止油气泄漏等危险事件发生，最大限度降低人员伤亡、环境污染、国家或企业财产损失，保证油气管道安全稳定运行。

参考文献

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[2]郭兆坤，郑晓亮，陆兆辉，等. 分布式光纤温度传感技术及其应用[J]. 中国电子科学研究院学报，2008（5）：543-546.

[3] 周新. 天然气管道在线预警与定位技术应用研究. 价值工程. 2014（05）：68-69

（作者单位：中石油辽河油田锦州采油厂）