管道光纖安全監(jiān)測解決方案

利用通信光纖感知管道沿線的振動、應(yīng)變、溫度，從而實現(xiàn)管道沿線威脅事件的監(jiān)測和定位是福州華光天銳光電科技有限公司基于光纖傳感原理，提出了管道伴行光纜振動、應(yīng)變、溫度的聯(lián)合監(jiān)測方法。利用振動數(shù)據(jù)進(jìn)行長度對齊、第三方活動監(jiān)測，應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行側(cè)向位移監(jiān)測，溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行泄漏監(jiān)測等運(yùn)行異常分析，多維監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)過空間長度對準(zhǔn)、時間對齊后進(jìn)行聯(lián)合分析、交互驗證，能夠進(jìn)一步降低誤報率，最終實現(xiàn)管道復(fù)雜環(huán)境的線路狀態(tài)感知，可為管道安全運(yùn)行提供決策支持。

據(jù)統(tǒng)計，近年來管道的運(yùn)行風(fēng)險主要以第三方損壞、自然地質(zhì)災(zāi)害、制造安裝缺陷、腐蝕等線路風(fēng)險為主。智能管道建設(shè)的核心是通過感知提升管道防控風(fēng)險的能力，保證管道安全高效平穩(wěn)運(yùn)行。為了傳輸管道生產(chǎn)數(shù)據(jù)，管道沿線同溝敷設(shè)通信光纜形成專用網(wǎng)絡(luò)。利用管道伴行通信光纜中的冗余纖芯進(jìn)行振動、應(yīng)變、溫度的分布式感知，從而實現(xiàn)管道沿線第三方損壞、地質(zhì)災(zāi)害、泄漏的監(jiān)測和定位。

華光天銳基于振動的光纖預(yù)警系統(tǒng)已經(jīng)在多個客戶管道監(jiān)控案例上得到實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用，有效解決了管道沿線第三方施工的安全防護(hù)問題，并遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SY/T 6827《油氣管道安全預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》。基于光纖測溫的管道沿線溫度測量經(jīng)過嚴(yán)格的現(xiàn)場測試，能夠?qū)崿F(xiàn)管道沿線溫度趨勢的測量。

管道光纖測溫的原理

在管道正常輸送時，管道輸送溫度一般不會突變，只有較長時間的停輸以及與環(huán)境進(jìn)行熱交換才會發(fā)生管輸介質(zhì)溫度的較大變化。在事故狀態(tài)下，管輸產(chǎn)品泄漏會造成溫度變化，例如天然氣管道發(fā)生泄漏，由于焦耳湯姆遜效應(yīng)，管道周圍溫度快速降低，光纜可感知到這一變化并準(zhǔn)確定位。第三方施工開挖會影響管道周圍溫度場，造成局部溫度突變，光纜可以實現(xiàn)對第三方開挖的檢測和定位。通過監(jiān)測管道沿線溫度可以實現(xiàn)管道輸送異常的在線監(jiān)測，一旦光纜測得某處溫度突變，則可以判斷該處發(fā)生異常事件。

光纖管道監(jiān)測系統(tǒng)的測量范圍

基于不同的光纖散射原理，管道伴行光纜可以感知管道沿線振動、應(yīng)變、溫度的多種參量信息。光纜的振動感知通過主動的地表振動激勵可以實現(xiàn)光纖長度和地面位置的對應(yīng)，結(jié)合電子地圖能夠?qū)崿F(xiàn)管道沿線第三方活動事件的空間定位。光纜的應(yīng)變感知通過建立數(shù)學(xué)模型，普通松套管光纜也可以感知土體移動和側(cè)向推力。光纜溫度感知通過測量溫度變化，可以實現(xiàn)管道沿線溫度突變點的感知。將振動、應(yīng)變、溫度 3 種正交參量進(jìn)行時空對齊之后進(jìn)行聯(lián)合分析，可以進(jìn)行交互驗證，進(jìn)一步降低單獨(dú)參量感知的誤報率，提高復(fù)雜環(huán)境下管道線路狀態(tài)監(jiān)測的事件判斷的準(zhǔn)確率。可以采集同一事件在不同空間的數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)進(jìn)一步提高事件識別準(zhǔn)確率。最終可以通過伴行光纜實現(xiàn)第三方活動、地質(zhì)災(zāi)害、泄漏、管輸異常等多種管道運(yùn)行風(fēng)險的在線監(jiān)測和識別，為管道安全運(yùn)行提供決策支持。