輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)研究與應(yīng)用

盧海波,王 中

（大港油田公司信息中心，天津 濱海 300280）

輸油管道監(jiān)控系統(tǒng)研究與應(yīng)用

盧海波,王 中

（大港油田公司信息中心，天津 濱海 300280）

伴隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速騰飛和石油工業(yè)的蓬勃發(fā)展，管道運(yùn)輸已成為我國油氣運(yùn)輸?shù)闹匾緩剑欢诶娴尿?qū)使下，不法分子肆意破壞油田設(shè)施、瘋狂盜竊原油的案件時(shí)有發(fā)生，傳統(tǒng)的安防監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)很難適應(yīng)新時(shí)期的要求。本文就油田輸油管道安防中的難點(diǎn)問題提出探討，并著重推介了利用光纖傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)的新型油田管道安防系統(tǒng)，以期為油田生產(chǎn)的現(xiàn)代化建設(shè)做出巨大貢獻(xiàn)。

管道運(yùn)輸；監(jiān)控系統(tǒng)；光纖傳感

石油是一種重要的戰(zhàn)略物資,在國家經(jīng)濟(jì)中起到舉足輕重的作用。伴隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速騰飛和石油工業(yè)的蓬勃發(fā)展，目前中國油氣骨干管道里程已突破7萬千米。管道運(yùn)輸作為五大運(yùn)輸方式之一，具有安全、經(jīng)濟(jì)、保質(zhì)、無污染等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為油氣運(yùn)輸?shù)闹匾緩剑袚?dān)著我國70%的原油和99%的天然氣的運(yùn)輸任務(wù)。到2020年，我國油氣管網(wǎng)里程將達(dá)到20萬千米，基本實(shí)現(xiàn)全國骨干管線聯(lián)網(wǎng)。管道輸送具有占地少、損耗少、成本低、輸量大、快捷方便等優(yōu)點(diǎn)，但也有管線長、跨區(qū)域多、沿途地質(zhì)狀況和自然環(huán)境復(fù)雜多變等缺點(diǎn)，還有對監(jiān)控水平、安全保障性要求高等特點(diǎn)。且隨著國際原油價(jià)格的攀升，在利益的驅(qū)使下，盜油分子不惜以身試法，瘋狂地盜竊原油，同時(shí)肆無忌彈地破壞油田設(shè)備，對油田的正常生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響并對周邊環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。

石油管線作為石油資源輸送的重要途徑，受犯罪分子破壞嚴(yán)重，對于通常的入侵、破壞等犯罪，安防部門已經(jīng)建立了多種防范技術(shù)，如音頻探測報(bào)警器、視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)、主動紅外入侵探測器等。但傳統(tǒng)的安防監(jiān)控方式受環(huán)境因素影響較為嚴(yán)重，存在誤報(bào)率高、特殊天氣條件下監(jiān)控效果差，被動防御等缺點(diǎn)，我們需要一種能有效地識別非法入侵與接近的全天候的監(jiān)控技術(shù)，來滿足油田各單位的輸油管安防需求。

1 油田輸油管道安防中的難點(diǎn)問題

1.1 特殊天氣條件下監(jiān)控困難的問題

由于油田生產(chǎn)的特點(diǎn)，輸油管道大都分布在野外，而輸油管的連續(xù)傳輸又與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益息息相關(guān)，對輸油管道工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控一直是生產(chǎn)作業(yè)單位一項(xiàng)重要且困難的內(nèi)容。隨著近年來打擊力度的加強(qiáng)，打孔盜油分子的囂張氣焰已經(jīng)得到了有效地遏制，但目前偷盜油案件已經(jīng)有了新的動向，即偷油分子選擇天氣條件惡略、能見度較低的時(shí)間段進(jìn)行偷盜油犯罪，在此種天氣條件下傳統(tǒng)的監(jiān)控方式無法發(fā)揮有效作用。

1.2 輸油管道距離長、監(jiān)控范圍廣的問題

油田范圍內(nèi)分布著大量的輸油管線，由于許多井場和大站間距離較遠(yuǎn)，又由于管道運(yùn)行過程的復(fù)雜性和周邊環(huán)境的多樣性，因此現(xiàn)有的各種管線安全監(jiān)控系統(tǒng)難以達(dá)到令人滿意的監(jiān)控效果。

1.3 監(jiān)控實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性問題

傳統(tǒng)的輸油管道防盜油技術(shù)均屬于事后防范技術(shù)，只能查找泄漏、破裂等意外事件的定位，不能提前感知威脅來防范于未然，從而制止盜竊、破壞事件的發(fā)生。同時(shí)定位精度較低，且難以實(shí)時(shí)有效地實(shí)現(xiàn)長距離監(jiān)測。

理想的油氣管線安全監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)能運(yùn)用單套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全天候長距離監(jiān)控，便于維修管理。能在各種威脅發(fā)生前預(yù)警，從而采取有效措施避免破壞發(fā)生。意外發(fā)生時(shí)，能在第一時(shí)間準(zhǔn)確地對事故定位，便于維護(hù)人員迅速開展工作，減少損失。

鑒于光纖傳感技術(shù)具有可實(shí)現(xiàn)長距離分布式監(jiān)控、可定位、耐腐蝕、能源依賴性小等優(yōu)點(diǎn)，正符合我們的需求。傳統(tǒng)的管道檢測技術(shù)主要依靠管道起始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)采集的信號參數(shù)進(jìn)行泄漏判別，無法實(shí)現(xiàn)對管道中段的檢測，而光纖傳感技術(shù)則利用隨管道鋪設(shè)的光纖作為傳感單元，實(shí)現(xiàn)對輸油管道的全程監(jiān)控，滿足長路由輸油管線的漏油定位報(bào)警需求。并且隨輸油管道鋪設(shè)的光纜可對輸油管附近的異常震動作出判斷，實(shí)現(xiàn)預(yù)判功能，提高管道監(jiān)控安全性。同時(shí)，由于光纜的物理特性決定其使用年限長、維護(hù)簡便、費(fèi)用低等特點(diǎn)，因此利用光纖傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)長距離輸油管道的防漏、防盜檢測越來越受到重視。

2 光纖傳感器技術(shù)原理

光纖傳感器是以光學(xué)量轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，以光信號為變換和傳輸?shù)妮d體，利用光導(dǎo)纖維輸送光信號的一種傳感器。光纖傳感器主要由光源、光導(dǎo)纖維(簡稱光纖)、光檢測器和附加裝置等組成。光源種類很多，常用光源有鎢絲燈、激光器和發(fā)光二極管等。光纖很細(xì)、較柔軟、可彎曲，是一種透明的能導(dǎo)光的纖維。光纖之所以能進(jìn)行光信息的傳輸，是因?yàn)槔昧斯鈱W(xué)上的全反射原理，即入射角大于全反射的臨界角的光都能在纖芯和包層的界面上發(fā)生全反射，反射光仍以同樣的角度向?qū)γ娴慕缑嫒肷洌@樣光將在光纖的界面之間反復(fù)地發(fā)生全反射而進(jìn)行傳輸。由于挖掘、盜油等行為會引起布放在輸油管道附近的光纜震動，使得光纜的直射率發(fā)生變化，進(jìn)而引起光波的相位和波形的變化，我們可以此作為依據(jù)來判定輸油管道周圍的環(huán)境變化、所在位置及變化原因。正常狀態(tài)下的光路波形見圖1，受擠壓、觸碰等振動干擾后的光路波形見圖2。

圖1 正常狀態(tài)下光路波形

圖2 受擠壓、觸碰等振動干擾后的光路波形

3 光纖油氣管道安全監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

目前，大港油田管線眾多，輸送介質(zhì)繁多，管線型號各異，大致有7 244條管線，總長度約2 261千米。

管道沿線有多處在建廠房、橋梁、公路和樓群等，管道多次穿越公路及河流，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜。慣例的檢測方法是派工作人員沿管線巡查，也有采用一些傳統(tǒng)的監(jiān)測手段，但實(shí)踐證明效果不佳，且原有的探測、檢測技術(shù)也不十分可靠。

圖3 各種振動形成的光路波形圖

光纖傳感技術(shù)通過埋設(shè)在管道旁的光纖來感受管線周圍的震動，對于由于車輛等對地面沖擊形成的振動信號，系統(tǒng)會分析后自動屏蔽。對于挖掘、敲打等形成的振動信號，系統(tǒng)則會發(fā)出準(zhǔn)確報(bào)警，并將報(bào)警信號傳輸給監(jiān)控主機(jī)告知值班人員管線出現(xiàn)事故的區(qū)域。各種振動形成的光路波形見圖3。

4 總結(jié)

光纖傳感技術(shù)具有連續(xù)監(jiān)測、本質(zhì)安全、戶外無源、無輻射、抗干擾、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、靈敏度高、能耗低等優(yōu)勢，具體如下：

（1）監(jiān)控路由中采用無源設(shè)計(jì)，降低功耗的同時(shí)提高了系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

（2）實(shí)現(xiàn)長距離、大范圍監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)油氣管線光纖干線監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控范圍長達(dá)60千米。

（3）定位精度高，在判斷有破壞行為發(fā)生時(shí)，可以實(shí)時(shí)對破壞行為發(fā)生點(diǎn)進(jìn)行定位。在監(jiān)控距離內(nèi)，實(shí)現(xiàn)定位精度最高達(dá)到±200米。

（4）采集小波降噪、信號特征提取算法、模式識別等算法，降低工程應(yīng)用的誤報(bào)率。

（5）適應(yīng)性強(qiáng)，其戶外環(huán)境溫度適應(yīng)性在-50℃～80℃，光纜可埋設(shè)在潮濕的環(huán)境中長期使用。

5 結(jié)論

綜上所訴，我們不難發(fā)現(xiàn)光纖管道監(jiān)控技術(shù)相對于傳統(tǒng)的輸油管道監(jiān)控技術(shù)有較大的優(yōu)勢，如果在油田推廣必將大幅提高油田輸油管線安防水平，為油田生產(chǎn)的現(xiàn)代化建設(shè)做出巨大貢獻(xiàn)。

[1]陳逢春，光纖傳感安全監(jiān)測系統(tǒng)[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2004.

[2]文靜.油罐區(qū)的光纖安全監(jiān)測系統(tǒng)探討[EB/OL].[2008-07-31].湖北安全生產(chǎn)信息網(wǎng).

[3]趙愚.新型光纖傳感器在油田聯(lián)合站的研究與應(yīng)用[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2002(5).

10.3969/j.issn.1673-0194.2015.05.081

TP273

A

1673-0194（2015）05-0166-02

2014-12-22