智能感知管道安全管理解决方案

智能感知管道安全管理解决方案—— 全信息光纤传感管道安全预警系统2019年3月我国油气管道现状据权威机构统计，2018年，我国原油进口量突破4.6亿吨，进口天然气突破1000亿立方米，成为全球第一大进口国。

根据“十三五”规划，到2020年，我国长输油气管道总里程将超过16万千米。

随着我国油气管道建设，跨越省份和区域的管道越来越多，油气管道网络越来越长。

长输油气管道路径长，地质条件恶劣，管道经过的区域气候多变，周边环境复杂；如此庞大的系统每天都遭受到来自管道自身和外界环境诸多因素的影响，管道泄漏、地质灾害、第三方破坏、管道堵塞、管道沉降等，这些都成为管道失效的主要原因。

长输油气管道安全管理任务繁重，责任重大，面临巨大的挑战，智能管道安全管理是必由之路。

智能感知油气管道安全管理智能感知亦称感知智能，指通过各种传感器获取信息的能力。

智能感知是手段，其目的是为了智能决策，是在对环境和对象智能感知的基础上，为达到某种目的，经过记忆、学习、判断、推理等过程，达到认知环境和对象类别与属性，使基于经验判断和智能处理的决策成为可能。

智能感知油气管道安全管理，是利用智能感知手段，结合油气管道安全管理的特殊性，在对油气管道地质条件、周围环境和管道本身特点感知的基础上，采集大量现场数据，对数据进行分析、学习、判断和推理，掌握油气管道的安全属性，结合以往的工作经验，为管道安全管理提供决策，提高管理效率。

油气管道安全信息感知方式感知方式特点应用卫星遥感探测面积广，系统成本和运行成本都很高；数据判读时间长，不能实时监控，时效性较差。

国外少量应用人工巡检人工巡检直接，成本相对较低，但效率也低；不能适时监测，有数据遗漏，没有预警功能。

国内应用较多无人机巡检利用无人机巡检，反应迅速，效率较高；不能实时获取数据，应用受限，没有预警功能。

国内外有应用光纤传感温度监测可以实时检测管道泄漏数据，定位准确；但没有预警功能，不能监测第三方破坏。

国内外有应用应变监测检测第三方破坏/管道泄漏/地质灾害/管道沉降等；可以确定事故位置，具有预警功能。

国内外有应用声学检测可以实时监测管线周围震动情况；沿线需安装大量声学传感器，可靠性差，维护困难。

国外少量应用压力检测通过监测管内压力变化确定泄漏，定位精度差。

无法检测小泄漏和第三方破坏，没有预警功能。

国内外有应用综合评判，光纤传感是目前比较有效的油气管道安全信息的感知方式。

光纤传感器光纤传感器是20世纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器。

它以光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏感信息的媒质，将被测对象的状态转变为可测的光信号探测，它同时具有光纤及光学测量的特点。

* 灵敏度高 * 电绝缘性好* 无电磁辐射 * 非侵入性* 易于实现远距离监测光纤传感器种类繁多，其中应用于管道安全监控领域的主要采用分布式光纤传感器。

分布式光纤传感器分布式光纤传感有多种类型这里重点介绍干涉法分布式光纤传感器中的两种：M-Z干涉法和Michelson干涉法。

其工作原理是激光器发出连续波，当有外界扰动时，光纤中的光产生干涉现象，传感臂中两束光的相位被调制，产生相位差，经过探测器对干涉信号进行解调、分析，排除干扰，实现分布式震动传感，并利用干涉信号传输时间差定位。

新一代干涉型分布式光纤传感器LR系列产品LR-50我方推出的是一款新一代分布式光纤传感器LR系列产品，基于改进型M-Z干涉原理，采用全新的硬件平台和嵌入式系统，克服了第一代同类产品的缺陷，具有性能优良、探测动态范围大、稳定性好、可靠性高等特点，其产品性能达到世界先进水平。

LR分布式光纤传感器LR-5012A AB B 监控主机引导光缆传感光缆首端模块末端模块40 - 50 k m S.SE.SLR工作原理示意图传感器类型改进型M-Z分布式光纤传感器激光器连续波 需要用三根光纤空间分辨率系统定位精度与传感臂两根光纤的平衡度有一定的关系，与埋设深度也有关系，在工程应用中只要正确安装传感光缆，定位精度可达到25m 左右。

有效探测距离系统采用特殊结构和算法，解调后的相干信号信噪比很高，最大有效探测距离可以达到50km。

测量时间激光器发射的是连续波，系统采集和处理的是反射波，信号的信噪比很高，无需进行多次加权积累运算，测量时间非常很短（小于10ms），对一个事件的报警时间大约5s，时效性好，可实现多目标探测。

LR分布式光纤传感器主要技术特点传感器类型改进型M-Z分布式光纤传感器误报率信号识别：强度(干涉)+频率+时间干涉法解调的是连续波信号，解调后的信号包含有外部震动的全信息，可以直接还原外界扰动信号的强度和频率信息；同时建立了丰富的入侵事件模型，对外界扰动信号的识别比较准确，误报率非常低。

线性度采用两根光纤作为传感臂，受到扰动时光纤内光发生干涉，干涉信号强度与扰动位置无关，解调后的干涉信号强度不随探测距离的增加而衰减，系统性能在整个光纤链上基本一致，线性度很好。

频率响应系统可以对回波直接进行变换得到扰动事件的全频谱，频响范围非常宽，从10Hz到500KHz，频谱可以覆盖绝大多数非法入侵事件；同时，系统采用了特殊的信号处理和算法，可以建立丰富的入侵事件模型，有效识别各种入侵事件。

LR分布式光纤传感器主要技术特点LR管道安全预警系统基本配置LR系统通过不同的软硬件配置，可沿传感光缆设置多种不同的检测灵敏度。

LR长距离管线安全预警系统配置M a g n i tu d e Fre q u e n c y频率振幅H i g hH i g h Lo wLo w 高高低低( Q u a si -sta ti c )准静态Se c u ri ty 监控Le a ka g e 泄漏H ig h F re q u e n c y Lo w M a g n itu d e >100K H zLo w F re q u e n c y H ig h M a g n itu d e 低频/高振幅高频/低振幅O th e r s Te c h n o l o g y其它技术Lo n g R a n g e r P re v e n ta tiv eLo n g R a n g e r P re v e n ta tiv eLR分布式光纤传感器频响范围LR管道安全预警系统功能1）第三方事件预警* 人工挖掘/机械挖掘* 管线上重载车辆运动* 水平定向钻作业2）管道泄漏探测（输油/输气）3）灾害监测* 管线堵塞定位* 洪水/滑坡等地质灾害4）清管器定位/运动轨迹跟踪5）通信光缆安全监控主要性能指标* 传感类型：分布式光纤传感器* 系统类型：嵌入式* 工作方式：全天候/全实时监控* 响应时间：<2秒* 频率响应：10Hz–500KHz* 报警概率：>95％* 虚警概率：<5％* 有效监控距离：50km（取决于光缆衰减值）* 定位精度：25m--50m左右（因地质条件变化）* 监测功能：入侵预警/泄漏探测/灾害监测* 多目标报警：可同时检测多个入侵目标应用案例地点项目名称项目规模国外应用美国/加拿大/阿联酋/墨西哥/…42km/74km/900km 中国北京军用骨干光缆安全监控30km中国新疆边境线周界安全监控28km中国天津输油管线安全监控16km中国河北天然气管线安全监控（陕京二线）16km/23km中国内蒙古天然气管线应急抢险（陕京四线）18km/20km/24km 中国重庆西南储气库输气管线13km智能感知油气管道安全管理解决方案全信息光纤传感管道全预警系统智能感知油气管道安全管理工程实践案例一：管道潜在危害区域预警天然气管线安全监测管线为西南储气库所属天然气管线，全长约13km，管径813mm，埋深1 – 4m 。

该段管线地处我国西南地区，地质环境复杂，多山地貌，粘性土壤，土壤含水量极高；管线沿途路况较差，经过村庄、道路较多，经常有修路和工程施工，巡线工作量较大且艰苦。

管道基本情况监测地点：西南储气库铜相线（八塘-西山坪区段）管道性质：天然气输气管线管道长度：13km管道直径：Φ813mm管道埋深：1 – 4m传感光缆：借用管道通信光缆（3芯光纤）光缆结构：12芯标准铠装通信光缆；平均衰减：0.24dB/km/1550nm光缆状况：部分直埋，部分穿管，埋深1 – 4m光缆位置：部分在管线旁，部分在管线下方管道路由：途经两个乡镇、二十多个村庄，穿越三条公路（国道、省道）若干乡村公路、嘉陵江、山地、农田、小溪、鱼塘等现场状况首端模块末端模块末端阀室首端阀室监控主机野外测试人工作业机械作业报警定位（近端定位）（远端定位）日常监控数据统计统计时间：2018年10月25日至2019年1月25日（92天）有效报警：总计486次报警定位：5处（6.8km/8.3km/8.8km/5.2km/12.9km）核实报警：478次，报警概率>98%不明报警：8次（无法查证），误报率<2%报警定位（m）第一时段2018/10/252018/11/26第二时段2018/11/272018/12/31第三时段2019/01/012019/01/25报警合计占比现场情况6850 - 688015015914245192.80%超载卡车经过管道上方道路5310 - 53604-48 1.65%情况不详8310 - 8350-5-5 1.03%放电桩整改作业8301 - 8351-6-6 1.23%公路硬化作业8510 - 88505--5 1.03%公路硬化作业12960-13000--1111 2.26%人为触碰传感光缆总 计486100%数据统计数据分析与验证事件一数据分析：2018年11月22日，15:00 - 15:40期间，监控设备共记录报警5次，报警地点在8301m—8351m附近。

2018年12月18日，11:30 - 13:30期间，监控设备共记录报警6次，报警地点在8590m—8701m附近。

公路硬化作业经现场查证，报警地点位于一个村庄附近，管道途经该区域有一条乡村公路。

报警日当天，是公路部门在该区段公路进行公路硬化作业，筑路机械在该区域施工，监控设备报警并定位。

数据分析与验证经现场查验，是管道维护人员组织当地民工进行充电桩整改作业，事先没有通知我方。

当民工在管道周边进行人工挖掘作业时，监控主机发出报警并定位。

右图显示作业人员在现场挖掘。

放电桩整改作业事件二数据分析：2018年11月28日，11:00 - 15:00期间，监控设备共记录报警5次，报警地点在8310m—8350m附近。

数据分析与验证事件三数据分析：报警范围：5310m–5360m（均值5315m）报警次数：8次，总报警比例1.65%报警时间：2天 （2019/1/13-1/14）情况分析：报警天数只有两天，报警数量只有8次，报警分布100米范围内，报警时间分布11:30-13:30，报警地理位置附近就是一个村庄，经过现场查验，没什么有价值的线索，以后再也没有发生过报警。