光纤预警技术在长输管道中的研究与应用

2021-12-11兰剑

油气·石油与天然气科学 2021年12期

摘要：通过分析光纤干涉仪原理来建立分布式光纤预警系统，分布式传感器应当与管道进行同沟铺设，从而能够实现油气管道的长距离预警和精确定位，增强长输管道的安全保护距离。通过研究光纤预警技术的工作原理和内部结构提出相应的改进措施，从而增强长输管道在运行过程中的安全性和稳定性。

关键词：光纤预警;长输管道;应用

随着我国社会经济的快速发展，各行各业对油气资源的需求量越来越高，因此石油和天然气成为了重要的经济发展基础，长输管道是油气资源最为重要的运输方式，在实际运输过程中得到了非常广泛的应用。然而在运行过程中长输管道会受到自然灾害和人为因素的影响，导致安全事故频繁发生，对油气企业的造成严重的经济损失和环境污染，因此加强长输管道的安全运输已经成为了重要的研究内容。

人工巡检是长输管道安全防护的主要运行方式，但是在实际运行过程中无法实现对长输管道的长距离监测和快速事故定位。随着科学技术的不断发展，压力梯度流量平衡法和超声波监测法作为主要的防漏监测方法，在实际运行过程中无法实现及时报警和预警功能，并且报警定位无法达到合理精度，为维修工作人员的抢修工作造成困难。因此利用光纤预警系统能够有效实现长输管道的长距离监测，并且能够实现提前预警和精确定位的功能，从而实现了油气长输管道的安全防护。

1光纤预警系统结构及工作原理分析

光纤传感作为一种新型的传感技术，主要对压力、温度等物理量进行有效监测，光纤预警系统采用于管道同向铺设的方式进行传感器铺设，对管道线路的振动信号进行监测，在实际运行过程中，主要利用三条光线进行工作，两条光线作为感应传感器，能够有效监测管道周围左发生的振动信号，另一条光线来实现信号的传输。首端传感器作为光源可以发出连续光波，当传感器感受到外界应力时，相对的传播波形会发生明显变化，传感控制器会采用相关时延估计法，能够有效获得长输管道发生事故的位置。

2光纤预警系统信号监听形态智能分析

光纤预警系统主要是根据管道周围所发出的振动信号来判断管道的安全状况，因此监听信号的准确度和灵敏度是确保整个长输管道预警系统效果的重要影响因素，其中主要包括以下几个方面：

（1）强度分析。以信号幅度提升警报时间，其中背景噪音和输油的信号幅度很小，并无起伏;外界侵入信号的连续幅度较强，根据信号幅度的强度对比，能够有效判断长输管道周围是否发生异常变化。

（2）节拍分析。以信号波群节拍特征来提示长输管道周围环境的干扰，根据节拍特征能够明确判断出周围环境所发生干扰的原因。例如气动工具的节拍特征为连发锤击;重型冲击锤的节拍为大力连发锤击，不用的节拍会出现不同的特征。

（3）形态分析。信号的包络形态分析能够有效提示入侵时间。例如电动工具信号包络为急声持续，手动挖掘工具的信号为急声快降。

（4）特征学习。该方法能够有效收录长输油气管道在运行过程中的可疑报警事件。需要通过人工确认来对比事件发生的情况。在发生情况时，利用检测到的信号与数据库中的事件进行有效对比，从而明确事故所发生的原因。

（5）环境过滤。将常见的工作环境干扰情况进行保存，从而对比过滤自然环境和人为活动的干扰频率等，从而有效减少预警报警系统的误报率。

3光纤预警技术在长输管道中的应用

3.1光缆铺设

新建长输油气管道为了传输站场与系统之间的有效联系，通常情况下需要沿着长输管道的鋪设方向增加通信光缆。通信光缆一般铺设于长输管道输送方向的右侧，与管道顶部平齐。水平之间的距离保持在0.3米。光纤预警系统可以有效利用通信光缆的3芯，不再进行单独铺设，从而有效降低投资成本。预警系统的防护执行应当大于4米，从而有效满足长输管道的防护需求。

3.2系统组网结构

长输管道安全预警系统主要由报警中心、传感控制器、传感器和光缆等部分组成。传感器的主要运行特点是对预处理和振动信号进行分析，并将所收集到的数据信息向报警中心进行传送。报警中心对所收集到的数据信息进行分析并明确传感控制器的工作状态，接收各个传感器上所传授的数据信息，并进行实时跟踪，从而明确详细的报警信息。

如果光纤预警系统的有效传输距离大于40公里，就需要进行分段配置，在各个区域内的临近站场内设置传感控制器，并且通过信息传输设备对所收集到的信号数据进行汇总，从而实现数据的统一管理，实现安全预警网络的总体控制。

3.3风险处理措施

针对光纤预警系统在运行过程中所发生的不同风险源，应当采取相应的有效措施来减缓风险影响，工作人员应当加强对管道安全运输的危险性和重要性进行宣传，减少周围人为因素对管道运行所带来的影响，同时应当加强水利保护工程，防止河水对管道的侵蚀。另外针对管道不同区间的综合风险指数，需要制定不同的巡检频率，在条件允许的情况下应当采用无人机和光纤预警系统相结合的方式进行巡检，从而有效掌握长输管道沿线的各项安全信息。最后，应当精心维护光纤预警系统设备，在实际运行过程中，应当针对不同的自然环境采取有效措施，维护光纤预警系统设备的正常运行，实现对长输管道的实时动态监控，确保长输管道能够安全运行。

4结束语

综上所述，光纤预警系统的结构非常简单并且可靠性强，在使用过程中不会受到外界自然因素的影响，对长输管道的周围环境进行实时监控，从而实现对安全预警和精确定位，通过与人为巡检方式的有效结合，能够实现对长输管道安全防护水平的提高，另外光纤预警系统主要采用光纤来作为传感器，在实际使用过程中具有绝缘性和耐腐蚀性的特点，并且光纤的使用寿命较长，由此说明光纤预警系统在实际应用过程中能够提高长输管道的安全性。

参考文献：

[1]张聪，禹胜阳，李兴涛.光纤预警系统在长输管道完整性管理中的应用[J].石油规划设计，2020：9-12.

[2]张涛.分布式瑞利散射光纤预警技术在长输油气管道的应用[J].数字通信世界，2018：183-184.

[3]刘二利，宋磊，王齐.光纤预警系统在长输管道保护中的应用[J].石油规划设计，2013：48-50+53.