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ATF1508ASV-15AU100油氣管道狀態(tài)監(jiān)測是其安全運(yùn)行的重要保障，目前上發(fā)展了包括非光纖型和基于光纖的多種監(jiān)測技術(shù)，分為視頻監(jiān)控、基于電的聲學(xué)傳感、水聽器技術(shù)、浮球、光纖傳感等類型。其中光纖傳感方法以其隱蔽性、經(jīng)濟(jì)性和安全性而具有的優(yōu)勢，具有較好的推廣應(yīng)用前景。

　　石油和天然氣輸運(yùn)與國民經(jīng)濟(jì)和人民生活息息相關(guān)，管道輸送相比道路運(yùn)輸具有安全、便捷、經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，但管道可能由于外部擾動、腐蝕、管材和施工質(zhì)量等原因發(fā)生失效事故，威脅國家經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。盡管在設(shè)計(jì)和施工方面，當(dāng)前我國與水平基本相當(dāng)，在管理方面，我國也開展的大量工作，但與發(fā)達(dá)國家相比，油氣管道的安全性仍有差距。有數(shù)據(jù)顯示，我國油氣管道事故率平均為 3 次/（1 000 km·年），遠(yuǎn)高于美國的 0.5 次/（1 000 km·年）和歐洲的 0.26 次/（1 000 km·年）。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國油氣管道事故，多為人為因素所致，近些年來，第三方破壞對我國油氣管道事故的"貢獻(xiàn)率"高達(dá) 40%，隨后依次是腐蝕、管材質(zhì)量、施工質(zhì)量和突發(fā)性自然災(zāi)害。為保障油氣管道輸運(yùn)安全，需要對管道實(shí)施監(jiān)控，當(dāng)管道發(fā)生泄漏和有外力實(shí)施破壞行為時(shí)能夠及時(shí)告警和預(yù)警。以下對當(dāng)前較新或有代表性的管道監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行評述。
　　1 光纖監(jiān)控方法
　　1.1 Secure Pipe 產(chǎn)品性能及應(yīng)用案例
　　澳大利亞 FFT（Future Fiber Technology）公司的管道入侵探測產(chǎn)品 Secure Pipe 是基于 MZ 干涉儀技術(shù)，利用敷設(shè)在管道上方的光纜作為傳感器，探測和定位入侵，大傳感距離 40 km。系統(tǒng)需要利用光纜中的三根光纖，其中兩根為傳感光纖，一根為引導(dǎo)光纖；也可利用現(xiàn)有光纜中的空閑光纖。FFT 的 CAMS（中央告警監(jiān)控系統(tǒng)）所管理的探測系統(tǒng)數(shù)量不限，使用圖形界面、電子郵件或短消息提供告警。CAMS的 GUI（圖形用戶界面）屏幕可以基于衛(wèi)星照片、地圖或 CAD 圖像。
　　2003 年，NYSEARCH（美國天然氣研發(fā)與演示組織）在新澤西沿一段 40 km 高壓天然氣管道布設(shè)了FFT Secure Pipe 監(jiān)測系統(tǒng)，當(dāng)不被許可的車輛或活動離管道太近時(shí)，其為運(yùn)營者提供足夠的預(yù)警。要求系統(tǒng)在管道附近的道路交叉、鐵路線、居民區(qū)和商業(yè)區(qū)不發(fā)生誤報(bào)警。在布設(shè)后的兩年多時(shí)間里，管道沿線經(jīng)歷了多種類型挖掘設(shè)備的多次作業(yè)，系統(tǒng)沒有因這些挖掘設(shè)備作業(yè)而產(chǎn)生誤報(bào)警。但是，系統(tǒng)的敏感度較高，以至于許多報(bào)警源自管道巡視和其他駛過光纜的車輛。根據(jù) NYSEARCH 的技術(shù)總結(jié)報(bào)告（表 1），Secure Pipe 的定位精度優(yōu)于產(chǎn)品說明，在小于 10 m 范圍內(nèi)，產(chǎn)品探測有效性與土壤類型相關(guān)，在軟質(zhì)土壤中探測有效率只有 30%～60%。
表 1 Secure Pipe 對管道沿線不同類型挖掘設(shè)備作業(yè)的監(jiān)測結(jié)果

1.2 OptaSense 產(chǎn)品性能及應(yīng)用案例
　　英國 QinetiQ 公司的安全監(jiān)控產(chǎn)品 OptaSense 可以在 50 km 距離內(nèi)，利用現(xiàn)存埋設(shè)于管道附近的通信或 SCADA 標(biāo)準(zhǔn)光纜中的一根空閑光纖作為聲學(xué)傳感元件，探測到光纜附近 5 m內(nèi)的人員，10 m內(nèi)的車輛和 20 m內(nèi)的機(jī)器，傳感原理基于分布式聲學(xué)傳感[8]。通過改變脈沖的寬度，沿光纖的空間分辨率在 5～15m 之間可變。各種土壤類型和埋設(shè)狀態(tài)（如光纜在保護(hù)套管內(nèi)）均可接受，不要求特別的土地狀態(tài)或回填物質(zhì)。
　　直觀的圖形用戶界面在 3 個(gè)窗口中提供的信息（圖1）包括：第一個(gè)窗口顯示航拍照片并顯示光纖的路徑，當(dāng)事件被觸發(fā)時(shí)，OptaSense 可以告知用戶干擾的 GPS 坐標(biāo)；第二個(gè)窗口給出告警歷史，顯示曾探測到什么時(shí)間、什么地點(diǎn)的什么事件；第三個(gè)窗口為兩個(gè)柱狀圖，一個(gè)顯示沿光纖整個(gè)長度的行為，一個(gè)顯示可選區(qū)域的放大圖；每個(gè)柱狀圖顯示在每個(gè) 10 m 長度光纖探測到的信號幅度。除自動告警外，系統(tǒng)操作員也可以通過耳機(jī)收聽沿光纖任何位置探測到的聲音，例如人走動或風(fēng)鉆的特征聲音。


　　由于管道泄漏時(shí)會產(chǎn)生聲學(xué)振動，因此，OptaSense 也可以探測泄漏。同時(shí)，OptaSense 還可以檢測溫度，因而對泄漏檢測多了一重保障。2009 年 11 月，東歐為了保護(hù) 100 km 石油管道不受第三方干擾尤其是打孔盜油的危害，兩套 OptaSense系統(tǒng)投入使用（在相反方向各監(jiān)控 50 km）。幾周后的一個(gè)深夜，系統(tǒng)在一個(gè)道路與管道交叉處發(fā)出有挖掘的告警。警察到達(dá)現(xiàn)場前嫌疑犯逃了，到達(dá)后發(fā)現(xiàn)盜油設(shè)備和挖掘的現(xiàn)場，管道沒有受損（圖 2）。
安徽藍(lán)普特種電纜集團(tuán)有限公司      聯(lián)系電話：13965984935 郭中清】

（a）盜油現(xiàn)場及位置圖像

（b）盜油的處理過程及結(jié)果
圖2 OptaSense 現(xiàn)場應(yīng)用情況
　安徽藍(lán)普特種電纜集團(tuán)有限公司 【聯(lián)系電話：13965984935 0550-7531654 郭中清】　2009 年，OptaSense 在厄瓜多爾發(fā)現(xiàn)了一起在管道周圍 20 m 內(nèi)施工的事件，避免了發(fā)生事故。2010年初，哈薩克斯坦的系統(tǒng)集成商 AVENCOM 報(bào)道，哈薩克斯坦 KasTransOil 公司通過大量系統(tǒng)測試，決定以 OptaSense 替換 FFT 的 Secure Pipe，后者不能保護(hù) Aktubinsk 區(qū)域的 Kenkiyak―Zhanazhol 管道，這段管道因在該國范圍內(nèi)盜油賊多而聞名。
　　1.3 Helios 分布式聲學(xué)傳感系統(tǒng)
　　英國 Fotech solutions 的 Helios 分布式聲學(xué)傳感系統(tǒng)是基于光纖內(nèi)脈沖反射光的干涉原理，探測沿光纖的挖掘、鉆孔、破壞、滑坡等事件。其大傳感距離為 50 km，在 15 km 處的高空間分辨率為 1 m，在 50 km 處的高空間分辨率為±5 m。2010 年曾有報(bào)道稱，在美國和墨西哥邊境上試用 Helios 系統(tǒng)監(jiān)測越境，結(jié)論顯示：通過足夠的訓(xùn)練，觀察者足可以區(qū)分由一群人、牛、馬、挖掘隧道、汽車或偷偷摸摸的越境者觸發(fā)的事件。
　　1.4 Omnisens 與 SMARTEC SA 的產(chǎn)品性能及應(yīng)用案例
　　瑞士 Omnisens 公司基于 BOTDA 技術(shù)的 DiTEST 測試儀大傳感距離為 50 km。溫度和應(yīng)變分辨率與測試距離和測試時(shí)間的關(guān)系：測試距離越長，測試分辨率越低；測試時(shí)間越長，測試分辨率越高。測試距離為 50 km、測試時(shí)間為 1 min 時(shí)，溫度分辨率為 3.2 ℃，應(yīng)變分辨率為 65 με；測試距離為 50 km、測試時(shí)間為 10 min 時(shí)，溫度分辨率為 1.1 ℃，應(yīng)變分辨率為 22 με，測試距離為 10 km、測試時(shí)間為 1 min 時(shí)，溫度分辨率為 1 ℃，應(yīng)變分辨率為 20 με，測試距離為 10 km、測試時(shí)間為 10 min 時(shí)，溫度分辨率為 0.4 ℃，應(yīng)變分辨率為 8 με。
　　Omnisens 公司的合作公司瑞士 SMARTEC SA 開發(fā)的于應(yīng)變傳感的 SMARTape 光纜呈扁平型（圖3a），可以粘貼在被測件表面。SMARTEC SA 公司用于應(yīng)變和溫度同時(shí)傳感的 SMARTprofile 光纜（圖 3b，其中紅色管內(nèi)為溫度傳感光纖），因紅色套管隔離了應(yīng)變，故使其中的光纖不受應(yīng)變影響而只感應(yīng)溫度。
　　Omnisens 公司采用可直接埋地的應(yīng)變測量光纜（圖 3c），能夠承受的沖擊和擠壓。此外，標(biāo)準(zhǔn)通信鎧裝光纜也可用于溫度傳感（圖 3d），其中部分光纖用于溫度傳感，同時(shí)其他光纖用于數(shù)據(jù)通信及 DiTEST測試單元和控制室之間的通信。

（a）SMARTape 應(yīng)變傳感光纜

（b）SMARTprofile 應(yīng)變和溫度同時(shí)傳感光纜

（c）埋地應(yīng)變測量光纜（SMC）

（d）標(biāo)準(zhǔn)通信光纜
圖3 傳感光纜示意圖
　　安徽藍(lán)普特種傳感光纜被用于意大利 Rimini 地區(qū)埋地天然氣管道，該管道已服役 35 年，長 500 m，SMARTape 應(yīng)變傳感光纜敷設(shè)在管道的 0°、120°、-120°方位。另有一根溫度傳感光纜敷設(shè)在管道頂部的 0°位置，用以補(bǔ)償應(yīng)變監(jiān)測值。傳感線路分為 5 段，長度從 71 m至 132 m 不等，所有傳感光纜通過延長光纜和接頭盒連接至中央監(jiān)測點(diǎn)，并利用一個(gè) DiTEST 設(shè)備解調(diào)。由于塌方過程緩慢，每個(gè)月進(jìn)行一次人工測試。經(jīng)過兩年測試，得到了管道形變和塌方進(jìn)程的信息，并利用溫度傳感光纜成功進(jìn)行了一次氣體泄漏模擬試驗(yàn)。
　　秘魯某液化天然氣公司擬修建一條 408 km 高壓輸氣管道系統(tǒng)，輸氣管道路徑在有陡坡、高峰和低谷的地質(zhì)不穩(wěn)定的地區(qū)從東至西經(jīng)過秘魯?shù)陌驳谒股剑０?4 000～6 000 m。輸氣管道氣候范圍包括溫暖、潮濕、寒冷和強(qiáng)季節(jié)性降水。在安第斯山脈，超過 50%的管道故障由地質(zhì)災(zāi)害引起，因此實(shí)時(shí)監(jiān)測對于維護(hù)管道的完整性至關(guān)重要。在拉美，曾有地表被大雨沖走導(dǎo)致管道暴露沒有支撐并引起重復(fù)性管道故障。過去采用的視覺監(jiān)測難以應(yīng)用于遙遠(yuǎn)的山區(qū)，傳統(tǒng)的傾斜儀和測斜儀只能提供傳感器所在局部信息，不適于長距離監(jiān)測。因此，需要一個(gè)管道完整性監(jiān)測系統(tǒng)，可以探測泄漏和地表移動，防止大的故障和事故發(fā)生并在崎嶇地形中保持自然環(huán)境。Omnisens 為其設(shè)計(jì)的監(jiān)測系統(tǒng)包括兩根布設(shè)在管道上方溝中的光纜。起始 60 km 裝備有 DiTEST-AIM 光纖監(jiān)測系統(tǒng)，能夠探測和定位地表移動和泄漏。完整的監(jiān)測系統(tǒng)包括一個(gè)應(yīng)變和溫度解調(diào)儀，一個(gè)光開關(guān)，一根用于地質(zhì)探測的應(yīng)變測量光纜（圖 3c），一根用于泄漏探測的溫度測量光纜（圖3d），其中溫度監(jiān)測光纜是通信光纜的一部分，通信光纜貫穿整個(gè)管道長度，而應(yīng)變監(jiān)測光纜只限于暴露的山區(qū)。
1.5藍(lán)普光電ATFVS分布式光纖振動監(jiān)測系統(tǒng)
ATFVS結(jié)合了光纖干涉原理和分布式傳感理論，通過布設(shè)于設(shè)防區(qū)域的光纖（纜）中的光對觸及或通過承載物（如墻壁、覆土、圍欄等）的環(huán)境應(yīng)力感應(yīng)、分析，將擾動信號傳遞至系統(tǒng)主機(jī)，經(jīng)信號提取、波形分析及智能化的行為判別，判斷出不同的干擾類型，如禁行區(qū)域的闖入、攀爬圍墻、挖掘、鉆探等，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)警和告警，并可以聯(lián)動視頻、聲光等設(shè)備，真正實(shí)現(xiàn)、全時(shí)段的入侵監(jiān)控。