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        光纖預(yù)警技術(shù)在長輸管道中的研究與應(yīng)用

        2021-12-11 00:43:35蘭劍
        油氣·石油與天然氣科學 2021年12期
        關(guān)鍵詞:長輸管道應(yīng)用

        摘要:通過分析光纖干涉儀原理來建立分布式光纖預(yù)警系統(tǒng),分布式傳感器應(yīng)當與管道進行同溝鋪設(shè),從而能夠?qū)崿F(xiàn)油氣管道的長距離預(yù)警和精確定位,增強長輸管道的安全保護距離。通過研究光纖預(yù)警技術(shù)的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出相應(yīng)的改進措施,從而增強長輸管道在運行過程中的安全性和穩(wěn)定性。

        關(guān)鍵詞:光纖預(yù)警;長輸管道;應(yīng)用

        隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,各行各業(yè)對油氣資源的需求量越來越高,因此石油和天然氣成為了重要的經(jīng)濟發(fā)展基礎(chǔ),長輸管道是油氣資源最為重要的運輸方式,在實際運輸過程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。然而在運行過程中長輸管道會受到自然災(zāi)害和人為因素的影響,導致安全事故頻繁發(fā)生,對油氣企業(yè)的造成嚴重的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染,因此加強長輸管道的安全運輸已經(jīng)成為了重要的研究內(nèi)容。

        人工巡檢是長輸管道安全防護的主要運行方式,但是在實際運行過程中無法實現(xiàn)對長輸管道的長距離監(jiān)測和快速事故定位。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展,壓力梯度流量平衡法和超聲波監(jiān)測法作為主要的防漏監(jiān)測方法,在實際運行過程中無法實現(xiàn)及時報警和預(yù)警功能,并且報警定位無法達到合理精度,為維修工作人員的搶修工作造成困難。因此利用光纖預(yù)警系統(tǒng)能夠有效實現(xiàn)長輸管道的長距離監(jiān)測,并且能夠?qū)崿F(xiàn)提前預(yù)警和精確定位的功能,從而實現(xiàn)了油氣長輸管道的安全防護。

        1光纖預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理分析

        光纖傳感作為一種新型的傳感技術(shù),主要對壓力、溫度等物理量進行有效監(jiān)測,光纖預(yù)警系統(tǒng)采用于管道同向鋪設(shè)的方式進行傳感器鋪設(shè),對管道線路的振動信號進行監(jiān)測,在實際運行過程中,主要利用三條光線進行工作,兩條光線作為感應(yīng)傳感器,能夠有效監(jiān)測管道周圍左發(fā)生的振動信號,另一條光線來實現(xiàn)信號的傳輸。首端傳感器作為光源可以發(fā)出連續(xù)光波,當傳感器感受到外界應(yīng)力時,相對的傳播波形會發(fā)生明顯變化,傳感控制器會采用相關(guān)時延估計法,能夠有效獲得長輸管道發(fā)生事故的位置。

        2光纖預(yù)警系統(tǒng)信號監(jiān)聽形態(tài)智能分析

        光纖預(yù)警系統(tǒng)主要是根據(jù)管道周圍所發(fā)出的振動信號來判斷管道的安全狀況,因此監(jiān)聽信號的準確度和靈敏度是確保整個長輸管道預(yù)警系統(tǒng)效果的重要影響因素,其中主要包括以下幾個方面:

        (1)強度分析。以信號幅度提升警報時間,其中背景噪音和輸油的信號幅度很小,并無起伏;外界侵入信號的連續(xù)幅度較強,根據(jù)信號幅度的強度對比,能夠有效判斷長輸管道周圍是否發(fā)生異常變化。

        (2)節(jié)拍分析。以信號波群節(jié)拍特征來提示長輸管道周圍環(huán)境的干擾,根據(jù)節(jié)拍特征能夠明確判斷出周圍環(huán)境所發(fā)生干擾的原因。例如氣動工具的節(jié)拍特征為連發(fā)錘擊;重型沖擊錘的節(jié)拍為大力連發(fā)錘擊,不用的節(jié)拍會出現(xiàn)不同的特征。

        (3)形態(tài)分析。信號的包絡(luò)形態(tài)分析能夠有效提示入侵時間。例如電動工具信號包絡(luò)為急聲持續(xù),手動挖掘工具的信號為急聲快降。

        (4)特征學習。該方法能夠有效收錄長輸油氣管道在運行過程中的可疑報警事件。需要通過人工確認來對比事件發(fā)生的情況。在發(fā)生情況時,利用檢測到的信號與數(shù)據(jù)庫中的事件進行有效對比,從而明確事故所發(fā)生的原因。

        (5)環(huán)境過濾。將常見的工作環(huán)境干擾情況進行保存,從而對比過濾自然環(huán)境和人為活動的干擾頻率等,從而有效減少預(yù)警報警系統(tǒng)的誤報率。

        3光纖預(yù)警技術(shù)在長輸管道中的應(yīng)用

        3.1光纜鋪設(shè)

        新建長輸油氣管道為了傳輸站場與系統(tǒng)之間的有效聯(lián)系,通常情況下需要沿著長輸管道的鋪設(shè)方向增加通信光纜。通信光纜一般鋪設(shè)于長輸管道輸送方向的右側(cè),與管道頂部平齊。水平之間的距離保持在0.3米。光纖預(yù)警系統(tǒng)可以有效利用通信光纜的3芯,不再進行單獨鋪設(shè),從而有效降低投資成本。預(yù)警系統(tǒng)的防護執(zhí)行應(yīng)當大于4米,從而有效滿足長輸管道的防護需求。

        3.2系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

        長輸管道安全預(yù)警系統(tǒng)主要由報警中心、傳感控制器、傳感器和光纜等部分組成。傳感器的主要運行特點是對預(yù)處理和振動信號進行分析,并將所收集到的數(shù)據(jù)信息向報警中心進行傳送。報警中心對所收集到的數(shù)據(jù)信息進行分析并明確傳感控制器的工作狀態(tài),接收各個傳感器上所傳授的數(shù)據(jù)信息,并進行實時跟蹤,從而明確詳細的報警信息。

        如果光纖預(yù)警系統(tǒng)的有效傳輸距離大于40公里,就需要進行分段配置,在各個區(qū)域內(nèi)的臨近站場內(nèi)設(shè)置傳感控制器,并且通過信息傳輸設(shè)備對所收集到的信號數(shù)據(jù)進行匯總,從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理,實現(xiàn)安全預(yù)警網(wǎng)絡(luò)的總體控制。

        3.3風險處理措施

        針對光纖預(yù)警系統(tǒng)在運行過程中所發(fā)生的不同風險源,應(yīng)當采取相應(yīng)的有效措施來減緩風險影響,工作人員應(yīng)當加強對管道安全運輸?shù)奈kU性和重要性進行宣傳,減少周圍人為因素對管道運行所帶來的影響,同時應(yīng)當加強水利保護工程,防止河水對管道的侵蝕。另外針對管道不同區(qū)間的綜合風險指數(shù),需要制定不同的巡檢頻率,在條件允許的情況下應(yīng)當采用無人機和光纖預(yù)警系統(tǒng)相結(jié)合的方式進行巡檢,從而有效掌握長輸管道沿線的各項安全信息。最后,應(yīng)當精心維護光纖預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備,在實際運行過程中,應(yīng)當針對不同的自然環(huán)境采取有效措施,維護光纖預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備的正常運行,實現(xiàn)對長輸管道的實時動態(tài)監(jiān)控,確保長輸管道能夠安全運行。

        4結(jié)束語

        綜上所述,光纖預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常簡單并且可靠性強,在使用過程中不會受到外界自然因素的影響,對長輸管道的周圍環(huán)境進行實時監(jiān)控,從而實現(xiàn)對安全預(yù)警和精確定位,通過與人為巡檢方式的有效結(jié)合,能夠?qū)崿F(xiàn)對長輸管道安全防護水平的提高,另外光纖預(yù)警系統(tǒng)主要采用光纖來作為傳感器,在實際使用過程中具有絕緣性和耐腐蝕性的特點,并且光纖的使用壽命較長,由此說明光纖預(yù)警系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中能夠提高長輸管道的安全性。

        參考文獻:

        [1]張聰,禹勝陽,李興濤.光纖預(yù)警系統(tǒng)在長輸管道完整性管理中的應(yīng)用[J].石油規(guī)劃設(shè)計,2020:9-12.

        [2]張濤.分布式瑞利散射光纖預(yù)警技術(shù)在長輸油氣管道的應(yīng)用[J].數(shù)字通信世界,2018:183-184.

        [3]劉二利,宋磊,王齊.光纖預(yù)警系統(tǒng)在長輸管道保護中的應(yīng)用[J].石油規(guī)劃設(shè)計,2013:48-50+53.

        光纖預(yù)警技術(shù)在長輸管道中的研究與應(yīng)用

        蘭劍

        中國石油天然氣管道工程有限公司珠海分公司 ?廣東省 ?珠海市 ?519000

        摘要:通過分析光纖干涉儀原理來建立分布式光纖預(yù)警系統(tǒng),分布式傳感器應(yīng)當與管道進行同溝鋪設(shè),從而能夠?qū)崿F(xiàn)油氣管道的長距離預(yù)警和精確定位,增強長輸管道的安全保護距離。通過研究光纖預(yù)警技術(shù)的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出相應(yīng)的改進措施,從而增強長輸管道在運行過程中的安全性和穩(wěn)定性。

        關(guān)鍵詞:光纖預(yù)警;長輸管道;應(yīng)用

        隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,各行各業(yè)對油氣資源的需求量越來越高,因此石油和天然氣成為了重要的經(jīng)濟發(fā)展基礎(chǔ),長輸管道是油氣資源最為重要的運輸方式,在實際運輸過程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。然而在運行過程中長輸管道會受到自然災(zāi)害和人為因素的影響,導致安全事故頻繁發(fā)生,對油氣企業(yè)的造成嚴重的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染,因此加強長輸管道的安全運輸已經(jīng)成為了重要的研究內(nèi)容。

        人工巡檢是長輸管道安全防護的主要運行方式,但是在實際運行過程中無法實現(xiàn)對長輸管道的長距離監(jiān)測和快速事故定位。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展,壓力梯度流量平衡法和超聲波監(jiān)測法作為主要的防漏監(jiān)測方法,在實際運行過程中無法實現(xiàn)及時報警和預(yù)警功能,并且報警定位無法達到合理精度,為維修工作人員的搶修工作造成困難。因此利用光纖預(yù)警系統(tǒng)能夠有效實現(xiàn)長輸管道的長距離監(jiān)測,并且能夠?qū)崿F(xiàn)提前預(yù)警和精確定位的功能,從而實現(xiàn)了油氣長輸管道的安全防護。

        1光纖預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理分析

        光纖傳感作為一種新型的傳感技術(shù),主要對壓力、溫度等物理量進行有效監(jiān)測,光纖預(yù)警系統(tǒng)采用于管道同向鋪設(shè)的方式進行傳感器鋪設(shè),對管道線路的振動信號進行監(jiān)測,在實際運行過程中,主要利用三條光線進行工作,兩條光線作為感應(yīng)傳感器,能夠有效監(jiān)測管道周圍左發(fā)生的振動信號,另一條光線來實現(xiàn)信號的傳輸。首端傳感器作為光源可以發(fā)出連續(xù)光波,當傳感器感受到外界應(yīng)力時,相對的傳播波形會發(fā)生明顯變化,傳感控制器會采用相關(guān)時延估計法,能夠有效獲得長輸管道發(fā)生事故的位置。

        2光纖預(yù)警系統(tǒng)信號監(jiān)聽形態(tài)智能分析

        光纖預(yù)警系統(tǒng)主要是根據(jù)管道周圍所發(fā)出的振動信號來判斷管道的安全狀況,因此監(jiān)聽信號的準確度和靈敏度是確保整個長輸管道預(yù)警系統(tǒng)效果的重要影響因素,其中主要包括以下幾個方面:

        (1)強度分析。以信號幅度提升警報時間,其中背景噪音和輸油的信號幅度很小,并無起伏;外界侵入信號的連續(xù)幅度較強,根據(jù)信號幅度的強度對比,能夠有效判斷長輸管道周圍是否發(fā)生異常變化。

        (2)節(jié)拍分析。以信號波群節(jié)拍特征來提示長輸管道周圍環(huán)境的干擾,根據(jù)節(jié)拍特征能夠明確判斷出周圍環(huán)境所發(fā)生干擾的原因。例如氣動工具的節(jié)拍特征為連發(fā)錘擊;重型沖擊錘的節(jié)拍為大力連發(fā)錘擊,不用的節(jié)拍會出現(xiàn)不同的特征。

        (3)形態(tài)分析。信號的包絡(luò)形態(tài)分析能夠有效提示入侵時間。例如電動工具信號包絡(luò)為急聲持續(xù),手動挖掘工具的信號為急聲快降。

        (4)特征學習。該方法能夠有效收錄長輸油氣管道在運行過程中的可疑報警事件。需要通過人工確認來對比事件發(fā)生的情況。在發(fā)生情況時,利用檢測到的信號與數(shù)據(jù)庫中的事件進行有效對比,從而明確事故所發(fā)生的原因。

        (5)環(huán)境過濾。將常見的工作環(huán)境干擾情況進行保存,從而對比過濾自然環(huán)境和人為活動的干擾頻率等,從而有效減少預(yù)警報警系統(tǒng)的誤報率。

        3光纖預(yù)警技術(shù)在長輸管道中的應(yīng)用

        3.1光纜鋪設(shè)

        新建長輸油氣管道為了傳輸站場與系統(tǒng)之間的有效聯(lián)系,通常情況下需要沿著長輸管道的鋪設(shè)方向增加通信光纜。通信光纜一般鋪設(shè)于長輸管道輸送方向的右側(cè),與管道頂部平齊。水平之間的距離保持在0.3米。光纖預(yù)警系統(tǒng)可以有效利用通信光纜的3芯,不再進行單獨鋪設(shè),從而有效降低投資成本。預(yù)警系統(tǒng)的防護執(zhí)行應(yīng)當大于4米,從而有效滿足長輸管道的防護需求。

        3.2系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

        長輸管道安全預(yù)警系統(tǒng)主要由報警中心、傳感控制器、傳感器和光纜等部分組成。傳感器的主要運行特點是對預(yù)處理和振動信號進行分析,并將所收集到的數(shù)據(jù)信息向報警中心進行傳送。報警中心對所收集到的數(shù)據(jù)信息進行分析并明確傳感控制器的工作狀態(tài),接收各個傳感器上所傳授的數(shù)據(jù)信息,并進行實時跟蹤,從而明確詳細的報警信息。

        如果光纖預(yù)警系統(tǒng)的有效傳輸距離大于40公里,就需要進行分段配置,在各個區(qū)域內(nèi)的臨近站場內(nèi)設(shè)置傳感控制器,并且通過信息傳輸設(shè)備對所收集到的信號數(shù)據(jù)進行匯總,從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理,實現(xiàn)安全預(yù)警網(wǎng)絡(luò)的總體控制。

        3.3風險處理措施

        針對光纖預(yù)警系統(tǒng)在運行過程中所發(fā)生的不同風險源,應(yīng)當采取相應(yīng)的有效措施來減緩風險影響,工作人員應(yīng)當加強對管道安全運輸?shù)奈kU性和重要性進行宣傳,減少周圍人為因素對管道運行所帶來的影響,同時應(yīng)當加強水利保護工程,防止河水對管道的侵蝕。另外針對管道不同區(qū)間的綜合風險指數(shù),需要制定不同的巡檢頻率,在條件允許的情況下應(yīng)當采用無人機和光纖預(yù)警系統(tǒng)相結(jié)合的方式進行巡檢,從而有效掌握長輸管道沿線的各項安全信息。最后,應(yīng)當精心維護光纖預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備,在實際運行過程中,應(yīng)當針對不同的自然環(huán)境采取有效措施,維護光纖預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備的正常運行,實現(xiàn)對長輸管道的實時動態(tài)監(jiān)控,確保長輸管道能夠安全運行。

        4結(jié)束語

        綜上所述,光纖預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常簡單并且可靠性強,在使用過程中不會受到外界自然因素的影響,對長輸管道的周圍環(huán)境進行實時監(jiān)控,從而實現(xiàn)對安全預(yù)警和精確定位,通過與人為巡檢方式的有效結(jié)合,能夠?qū)崿F(xiàn)對長輸管道安全防護水平的提高,另外光纖預(yù)警系統(tǒng)主要采用光纖來作為傳感器,在實際使用過程中具有絕緣性和耐腐蝕性的特點,并且光纖的使用壽命較長,由此說明光纖預(yù)警系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中能夠提高長輸管道的安全性。

        參考文獻:

        [1]張聰,禹勝陽,李興濤.光纖預(yù)警系統(tǒng)在長輸管道完整性管理中的應(yīng)用[J].石油規(guī)劃設(shè)計,2020:9-12.

        [2]張濤.分布式瑞利散射光纖預(yù)警技術(shù)在長輸油氣管道的應(yīng)用[J].數(shù)字通信世界,2018:183-184.

        [3]劉二利,宋磊,王齊.光纖預(yù)警系統(tǒng)在長輸管道保護中的應(yīng)用[J].石油規(guī)劃設(shè)計,2013:48-50+53.

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