分布光纤式输油管道安全监测预警系统

文章编号：2095-6835（2023）22-0165-04长输天然气管道智能监测预警系统设计与应用延旭博（河北省天然气有限责任公司，河北石家庄050000）摘要：管道线路安全是长输天然气管网运行管理的难点，其安全防控技术和体系仍处于起步阶段。

除加强传统的巡护、检测工作外，还需要积极引进新的监控技术手段提前进行预防，依托快速发展的4G/5G、人工智能、智能视频监控、光纤预警等多种手段实时监测，对第三方破坏和违法占压行为提前预警，从而降低管网系统的安全风险。

关键词：长输管道；智能监测预警；视频监控；预警系统中图分类号：TP29文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.22.047长输天然气管网是连接上游油气管网和下游天然气用户的纽带和中间环节，其安全运行对能源保障和民生都有重要意义。

随着经济发展，城乡建设加快，长输天然气管网周边高后果区明显增多，一旦发生破坏事故，将会严重影响周边安全和下游用户的能源供给。

为弥补传统人工巡检空窗期长、时效性差的不足，在管道沿线加装智能视频监控、光纤预警设备及环境参数采集等设备，并结合大数据、人工智能分析等手段，开发长输管道智能监测预警系统[1]，全时全天候监控第三方在管线周边实施灵活机动的机械挖掘、地勘钻探和定向穿越等影响管道安全的高危作业，可在管道遭遇实质性破坏之前给出报警信息，为管道安全巡护提供指导。

1智能监测预警系统设计思路1.1长输管道的安全风险长输天然气管道管理的主要依据和规范有《石油天然气管道保护法》《油气输送管道完整性管理规范》《关于加强油气输送管道途经人员密集场所高后果区安全管理工作的通知》《压力管道定期检验规则—长输管道》等。

上述法律、规范对于管道的线路安全，特别是对高后果区段管道提出了明确要求：要采取有效的措施，降低高后果区的风险，严格控制高后果区增加，同时提升风险处置能力。

管道面临的主要风险有以下3个方面：①第三方施工破坏。

2012年12月第40卷第23期机床与液压MACHINE TOOL ＆HYDRAULICS Dec．2012Vol.40No.23DOI ：10．3969/j.issn.1001－3881.2012.23.029收稿日期：2011－11－16基金项目：河北省教育厅青年基金项目（2010206；2011243）；北京市教委科技计划资助项目（KM201211232008）；廊坊市科技支撑计划项目（2012011010）作者简介：李迎春（1976—），女，博士，讲师，主要从事DSP 技术及其应用研究。

E －mail ：lycfxj@ 。

输油管道盗警信号基站实时监测系统设计李迎春1，王玉峰1，付兴建2(1.北华航天工业学院电子工程系，河北廊坊065000;2.北京信息科技大学自动化学院，北京100192)摘要：为解决输油管道沿途盗油的难题，设计了管道盗警信号实时监测系统中的基站单元。

选取压电加速度传感器采集管道应力波信号，设计了A /D 与单片机、单片机与DSP 的接口电路，并给出了基站系统工作的软件编程流程图。

实验结果验证该基站系统的软硬件设计合理可行。

该系统成本低、功耗小、使用方便、灵活，有广阔的应用前景。

关键词：盗警信号；实时监测；MCU ；DSP ；提升小波中图分类号：TP391文献标识码：B文章编号：1001－3881（2012）23－108－4Design of Base-station System Monitoring in Real-time for Stealing Oil Signal of PipelineLI Yingchun 1，WANG Yufeng 1，FU Xingjian 2（1.Electronics Engineering Department ，North China Institute of Astronautic Engineering ，Langfang Hebei 065000，China ；2.School of Automation ，Information Science and Technology University ，Beijing 100192，China ）Abstract ：To solve the problem of the stolen events along pipeline ，the design of basic-station system monitoring in real-time for stealing oil signal in pipeline was presented．Firstly ，piezoelectric acceleration sensor was selected to collect stress wave signal．Sec-ondly ，the interface circuit design about A /D and MCU ，MCU and DSP were designed．Finally ，the software flowchart was given．Ex-perimental results demonstrate that the software and hardware design is feasible．This basic-station system is low cost ，low consump-tion ，easy to install and convenient to use ，which has broad application prospects．Keywords ：Stealing oil signal ；Monitoring in real-time ；MCU ；DSP ；Lifting wavelet由于管道在运送石油等物品方面所具有的独特优势，管道运输在经济和国防建设中发挥着重要作用。

物联网面向油气长输管道的物联网系统总体要求1范围本文件规定了油气长输管道安全监测物联网系统数据采集、边缘服务、数据处理、业务应用、通信传输、运维管理和系统安全的技术要求。

本文件适用于油气长输管道安全监测物联网系统的规划、设计、建设、应用和运维。

2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。

其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T22239-2019信息安全技术网络安全等级保护基本要求GB32167-2015油气输送管道完整性管理规范GB/T33863.8-2017OPC统一架构第8部分：数据访问GB/T37044-2018信息安全技术物联网安全参考模型及通用要求GB/T41780.1-2022物联网边缘计算第1部分：通用要求3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。

3.1油气长输管道oil and gas pipeline在不同区域间输送经过矿场净化处理的原油、天然气或液态石油产品（成品油）的管道。

[来源：SY/T7031-2016，2.1,有修改]3.2站场station对管输油气进行增压、减压、储存、注入、分输、计量、加热、冷却或清管等操作的设施及场地。

[来源：SY/T7031-2016，2.9]3.3管道光纤告警系统pipeline optical fiber warning system基于光纤传感技术的原理，能够实时检测管道周边的振动、温度、应变等参数情况并准确定位，实现管道事件告警的装置。

3.4高后果区high consequence areas;HCAs管道泄漏后可能对公众和环境造成较大不良影响的区域。

[来源：GB32167-2015，3.8]3.5高风险段high risk pipeline segment通过失效发生概率（可能性）和后果大小度量的潜在损失较高的一段管道。

西南大学毕业论文题目：分布式光纤测温系统的设计与实现专业：电子信息工程技术班级：一班学生姓名：杨杰指导教师：谢熹摘要以光纤通信和光纤传感技术为代表的信息技术和传感技术在20世纪后半叶至今的几十年里R新月异，极大地推动了人类社会的进步。

与其他传感器相比，光纤作为一种新型的传感器件有其独特的优势。

它抗电磁，耐高温，对温度、应变等外界变化敏感，而且价格便宜，容易获取，可以形成分布式的线测量甚至是场测量。

因此光纤传感在最近几年的到快速发展．将应用于更广的范围。

分布式光纤测温系统的信号采集、数据处理，以及后台软件的编写占系统成本的绝大部分。

它的检测精度和速度决定了整个系统的测量精度，空问分辨率，采集速度以及最后的请求响应时间。

如何提高系统各个部分的处理速度，协调好数据传输，成为分布式光纤铡温系统的关键。

论文提出了一种基于嵌入式的利用光纤拉曼散射原理的分布式测温解调方案。

由于传感距离长，使得系统可以进行场式的温度测量，可以全面的获得空间式的3维温度模型，满足大型工程传感网络的实时监测。

论文详细介绍了嵌入式光纤传感分布测温系统的光路设计，硬件电路设计和软件设计。

光路设计包括：在嵌入式主机的控制下利用激光源和脉冲调整器形成固定周期的脉冲光，作为光纤传感器的激励信号；使用3dB耦合器对激励光进行分束，传入光纤传感器，散射拉曼光回传经过耦合器进入分光系统，只有固定频率的Stokes光和Anti ．Stokes光透过分光系统；两束光分别进入光电探测器( PD) ，完成光电转换过程。

系统中各个模块间的同步由硬件电路控制，主控芯片为TI公司的双核微处理器。

0M AP5912对FPG A模块发出采集控制信号，FPG 巩负责控制与脉冲调制器间的同步，计时，同时触发AD采集。

采集结束，FPG A发出中断，通知采集过程结束。

O M AP5912发出传输数据指令，将外接RAM 中的数据读入DSP进行数据处理。

在DSP中对数据进行小波变换多分辨分析对采样的数字量进行降噪处理，消除传输和测量过程中的各种噪音和随机干扰。

输油管道监控与数据采集（SCADA）系统输油管道自动化是管道安全经济运行的重要保证。

随着自控技术、计算机技术、通信技术的发展，油气长输管道的自动化进展迅速。

目前，计算机监测控制与数据采集（SCADA，SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION）系统已广泛应用，成为管道自控系统的基本模式。

我国铁大线和东黄复线引进的SCADA系统达到了国外80年代中期水平。

目前，SCADA系统一般由设在管道控制中心的小型或超级微型计算机，通过数据传输系统对设在泵站、计量站或远控阀室的远程终端装置（RTU）定期进行查询，连续采集各站的操作数据和状态信息，并向RTU发出操作和调整设定值的指令。

这样，中心计算机对整个管道系统进行统一监视、控制和调度管理。

各站控系统的核心是RTU可可编程序控制器PLC。

它们与现场传感器、变送器和执行机构可泵机组、加热炉的工业控制计算机等连接，具有扫描、信息预处理及监控功能，并能在与中心计算机的通信一旦中断时独立工作。

站上可以做到无人值守。

SCADA系统是一种可靠性高的分布式计算机控制系统。

1、SCADA系统的发展科史SCADA系统的概念是60年代中期开始形成的。

当时，主控站能够与远控站进行通信并对其进行控制。

那时的SCADA系统采用固态逻辑线路、硬布线扫描器、大型模拟显示盘及在预定的表格上打印报表的打印机等。

这种系统主要起监视作用，而管道运行管理的大部分工作需调度人员完成。

当时的系统不灵活而且故障率高。

70年代，大规模集成电路研制成功，低功耗存储器出现，小型、微型计算机的应用及软件开发，使SCADA系统的硬件和软件水平均有较大的提高。

开发出来标准的SCADA软件包已初步具有数据库管理、显示生成和记录生成的功能。

70年代中期，可编程序控制器PLC开始应用于输油管道。

PLC是一种给系统提供控制和操作的电子装置，专为在工业环境下使用而设计。

它采用可编程序的存储器，可以执行逻辑、顺序、计时、计数或演算等功能，通过数字或模拟输入/输出，控制各种形式的工艺过程。

iSafe油气管道泄漏在线监测系统解决方案一、概述1.1 国内油气管道现状中国油气管道建设一直以突飞猛进的速度增长。

新中国成立伊始，中国油气管道几乎一片空白，2004年我国油气管道总长度还不到3万千米，但截至2015年4月，油气管道总长度已达近14万公里，油气管网是能源输送的大动脉。

过去10年，我国油气管网建设加速推进，覆盖全国的油气管网初步形成，东北、西北、西南和海上四大油气通道战略布局基本完成。

频发的事故与不断上升的伤亡数字，也成为伴随着中国油气管道行业高速发展的阴影。

2000年，中原油田输气管道发生恶性爆炸事故，造成15人死亡、56人受伤；2002年，大庆市天然气管道腐蚀穿孔，发生天然气泄漏爆炸，造成6人死亡、5人受伤；2004年，四川省泸州市发生天然气管道爆炸，5人死亡、35人受伤；2006年，四川省仁寿县富加输气站进站管道发生爆炸，造成10人死亡、3人重伤、47人轻伤。

2013年11月22日青岛黄岛区，中石化输油储运公司潍坊分公司输油管线破裂后发生爆炸，造成62人遇难。

多发的管道事故特别是一些重大的油气泄漏、火灾爆炸等恶性事故对人身安全、自然环境造成了巨大危害。

1.2 国家和政府的要求自2013年底开展油气输送管道安全隐患专项排查整治以来，各地区、各有关部门和单位协同行动、共同努力，取得了积极进展，全国共排查出油气输送管道占压、安全距离不足、不满足安全要求交叉穿越等安全隐患近3万处。

2014年9月，国务院安委会发布关于深入开展油气输送管道隐患整治攻坚战的通知，要求完善油气输送管道保护和安全运行等法律法规、标准规范、安全生产监管体系和应急体系建设。

1.3 系统建设目标管道的完整性和安全运营的重要性和必要性显得尤为突出。

为确保管道安全运行，消除事故隐患，保护环境，迫切需要对油气管道建设可靠的泄漏监测系统。

用音波法、负压波法、质量平衡法融合一起的管道泄漏监测系统对压力管道进行泄漏监测是目前最先进、最可靠的泄漏监测技术。

一、分布式光纤温度传感器二、分布式光纤应变传感器Sentinel-DTSS分布式光纤温度和应变测量系统是目前国际上唯一的可以实现温度与应变不交叉测量的系统，已经被成功的应用到与结构、变形相关的应用中。

DTSS分布式光纤温度和应变传感系统同时利用光纤感测信号和传输信号，采用先进的OTDR技术和Brillouin散射光对温度和应变敏感的特性，探测出沿着光纤不同位置的度和应变的变化，实现真正分布式的测量。

系统特点•整条光纤既传输信号又感应被测量•测试距离远：可达24km（可定做30Km）•空间分辨率高：1-5m•温度分辨率为0.5o C，应变分辨率为10με•同时的温度和应变独立测量•压力分辨率为2psi•单端测量•友好的用户界面•嵌入的网络接口和调制解调器应用领域•连续分布式测量•抗电磁干扰，适用于高电磁环境•本征防雷•测量距离远，适于远程监控•灵敏度高，测量精度高•寿命长，成本低，系统简单三、探测光缆Sensornet探测光缆内部采用普通标准的多模光纤，专门用于连接高性能的Sentinel-DTS实现分布式的温度测量，组成线型光纤火灾探测系统。

可以根据用户要求任意选择50/125μm或62.5/125μm的两种光纤。

Sensornet探测光缆本身就是传感器，性能稳定、可靠，不受各种电磁干扰。

通过它可以测得沿光缆所有点的温度分布情况，不会漏掉任何点，大大减小系统的误报和漏报。

Sensornet探测光缆不但具有很好的热传导特性，同时可以在恶劣环境中长期生存和工作。

Sensornet探测光缆主要包括：1. Sentinel-SST2. Sentinel-T3. 高温光缆这是一种可以在石油井下生存的，耐高温耐高压的特殊光缆。

它是一种高强度的并具备热敏反应的光缆。

这种光缆之所以能在高温下生存，是因为它含有4种保护层，而这4种保护层都是抗氢的。

•光纤的几何机构/涂覆层含有独一无二的抗氢特能• 2.0mm直径的不锈钢管能够保护光纤的机械性能•铝包层进一步强化了抗氢能力•第二层不锈钢管――0.25直径提供额外的机械保护这种类型的钢合金可以根据井下条件而变化(比如，有硫化氢H2S的环境下)，其厚度也可根据安装类型进行调整(比如，水平井，竖井或深井)这种类型的光纤可以在> 650°C的环境下测试成功，并且可以进行全面的抗氢测试。

第３２卷第４期　２０１　０年８月　压电与声光　

ＰＩＥＺＯＥＩ　ＥＣＴＲＩＣＳ＆ＡＣＯＵＳＴ００ＰＴＩＣＳ　ＶｏＬ　３２　ＮＯ．４　

Ａｕｇ．２Ｏ１０　文章编号：１００４—２４７４（２０１０）０４—０５４３～０４　

输油管道冻胀融沉监测的光纤布里渊传感技术　周　智，何建平，欧进萍　（大连理工大学土木工程学院，辽宁大连１１０６２４）　摘要：针对高纬度冻土环境下输油管道在冬夏交替的冻胀融沉作用下易发生大变形，其损伤具有范围广、隐　蔽、随机及滞后性等特点。提出采用光纤布里渊全分布式传感技术对输油管道进行长期监测，通过ＰＶＣ管模型的　单点集中荷载实验验证了该技术测试的正确性，并利用ＰＶＣ管在水结冰冻胀和冰受热融沉过程的受力状态模拟　输油管道在真实冻胀融沉过程的受力状况。结果表明，光纤布里渊传感器可有效揭示冻胀融沉过程中ＰＶＣ的受　力状况，应变测量值与局部高精度光纤光栅传感器应变测量值比较吻合，适于输油管道的冻胀融沉长期监测。　关键词：输油管；布里渊光纤传感器；冻胀；融沉；长期应变监测；模型试验　中图分类号：ＴＮ２５３；ＴＵ１９６　文献标识码：Ａ　

Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ　Ｆｉｂｅｒ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｏｉｌ　Ｐｉｐｅｌｉｎｅ’Ｓ　Ｓｅｔｔｔｌｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｕｐｌｉｆｔ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　ｂｙ　Ｉｃｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｈａｗｉｎｇ　ＺＨＯＵ　Ｚｈｉ，ＨＥ　Ｊｉａｎｐｉｎｇ，ＯＵ　Ｊｉｎｐｉｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｄａｌｉａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ　１１６０２４．Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｏ｜１　ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ　ｉｎ　ｈｉｇｈ　ｌａｔｉｔｕｄｅ　ｃｏｌｄ　ａｒｅａ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄａｍａｇｅｄ　ａｌｏｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｌａｒｇｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｉｎｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｉｃｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈａｗｉｎｇ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｗｉｎｔｅｒ　ａｎｄ　ｓｕｍｍｅｒｌ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄａｍａｇｅ　ｉｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ａｓ　ｌａｒｇｅ　ｒａｎｇｅ，ｈｉｇｈｌｙ－ｈｉｄｄｅｎ　ａｎｄ　ｓｔｒｏｎｇ　ｒａｎｄｏｍｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ，ｅｔｃ．Ｔｈｅ　Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｕｌｌ—ｓｃａｌｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｗａｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔＯ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｔｈｅ　ｓｔｒａｉｎ　ｏｆ。Ｉｌ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｄｅａ　ｗａｓ　ｖａｌｉｄａｔｅｄ　ｕｎｄｅｒ　ｐｏｉｎｔ　ｌｏａｄ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈ１ｏｒｉｄ（ＰＶＣ）ｔｕｂｅ．　Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅ　ｓｔｒａｉｎ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ　ｕｎｄｅｒ　ｉｃｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈａｗｉｎｇ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ａ　ＰＶＣ　ｍｏｄｅｌ　ｔｅｓｔ　ｏｕｔｄｏｏｒｓ．Ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ　ｓｅｎｓｏｒ　ｃａｎ　ｒｅｖｅａｌ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ＰＶＣ　ｔｕｂｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒａｉｎ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｂｙ　Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ　ｓｅｎｓｏｒ　ａｇｒｅｅｓ　ｗｅｌｌ　ｗｉｔｈ　ｔｈａｔ　ｆｒｏｍ　ｆｉｂｅｒ　Ｂｒａｇｇ　ｇｒａｔｉｎｇ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｌｏｎｇ　ｔｅｒｍ　ｈｅａｌｔｈ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｆｏｒ　ｏ｜ｌ　ｐｉｐｅｌｉｎｅｓ　ｉｎ—ｓｅｒｖｉｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｏｉｌ　ｐｉｐｅｌｉｎｅ；ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ　ｓｅｎｓｏｒ；ｆｒｏｓｔ—ｈｅａｖｉｎｇ；ｔｈａｗｉｎｇ～ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ；ｌｏｎｇ—ｔｅｒｍ　ｓｔｒａｉｎ　ｍｏｎｉｔｏ　ｒｉｎｇ；ｍｏｄｅｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ