输油管道监控系统研究与应用

[摘 要] 伴随着中国经济的快速腾飞和石油工业的蓬勃发展，管道运输已成为我国油气运输的重要途径，然而在利益的驱使下，不法分子肆意破坏油田设施、疯狂盗窃原油的案件时有发生，传统的安防监控系统已经很难适应新时期的要求。本文就油田输油管道安防中的难点问题提出探讨，并着重推介了利用光纤传感技术实现的新型油田管道安防系统，以期为油田生产的现代化建设做出巨大贡献。

[关键词] 管道运输；监控系统；光纤传感

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2015. 05. 081

[中图分类号] TP273 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2015）05- 0166- 02

石油是一种重要的战略物资，在国家经济中起到举足轻重的作用。伴随着中国经济的快速腾飞和石油工业的蓬勃发展，目前中国油气骨干管道里程已突破7万千米。管道运输作为五大运输方式之一，具有安全、经济、保质、无污染等优点，已经成为油气运输的重要途径，承担着我国70%的原油和99%的天然气的运输任务。到2020年，我国油气管网里程将达到20万千米，基本实现全国骨干管线联网。管道输送具有占地少、损耗少、成本低、输量大、快捷方便等优点，但也有管线长、跨区域多、沿途地质状况和自然环境复杂多变等缺点，还有对监控水平、安全保障性要求高等特点。且随着国际原油价格的攀升，在利益的驱使下，盗油分子不惜以身试法，疯狂地盗窃原油，同时肆无忌弹地破坏油田设备，对油田的正常生产造成了严重影响并对周边环境造成了严重的污染。

石油管线作为石油资源输送的重要途径，受犯罪分子破坏严重，对于通常的入侵、破坏等犯罪，安防部门已经建立了多种防范技术，如音频探测报警器、视频监控报警系统、主动红外入侵探测器等。但传统的安防监控方式受环境因素影响较为严重，存在误报率高、特殊天气条件下监控效果差，被动防御等缺点，我们需要一种能有效地识别非法入侵与接近的全天候的监控技术，来满足油田各单位的输油管安防需求。

1 油田输油管道安防中的难点问题

1.1 特殊天气条件下监控困难的问题

由于油田生产的特点，输油管道大都分布在野外，而输油管的连续传输又与企业的经济效益息息相关，对输油管道工作状态的实时监控一直是生产作业单位一项重要且困难的内容。随着近年来打击力度的加强，打孔盗油分子的嚣张气焰已经得到了有效地遏制，但目前偷盗油案件已经有了新的动向，即偷油分子选择天气条件恶略、能见度较低的时间段进行偷盗油犯罪，在此种天气条件下传统的监控方式无法发挥有效作用。

1.2 输油管道距离长、监控范围广的问题

油田范围内分布着大量的输油管线，由于许多井场和大站间距离较远，又由于管道运行过程的复杂性和周边环境的多样性，因此现有的各种管线安全监控系统难以达到令人满意的监控效果。

1.3 监控实时性和准确性问题

传统的输油管道防盗油技术均属于事后防范技术，只能查找泄漏、破裂等意外事件的定位，不能提前感知威胁来防范于未然，从而制止盗窃、破坏事件的发生。同时定位精度较低，且难以实时有效地实现长距离监测。

理想的油气管线安全监测系统，应能运用单套系统实现全天候长距离监控，便于维修管理。能在各种威胁发生前预警，从而采取有效措施避免破坏发生。意外发生时，能在第一时间准确地对事故定位，便于维护人员迅速开展工作，减少损失。

鉴于光纤传感技术具有可实现长距离分布式监控、可定位、耐腐蚀、能源依赖性小等优点，正符合我们的需求。传统的管道检测技术主要依靠管道起始点和结束点采集的信号参数进行泄漏判别，无法实现对管道中段的检测，而光纤传感技术则利用随管道铺设的光纤作为传感单元，实现对输油管道的全程监控，满足长路由输油管线的漏油定位报警需求。并且随输油管道铺设的光缆可对输油管附近的异常震动作出判断，实现预判功能，提高管道监控安全性。同时，由于光缆的物理特性决定其使用年限长、维护简便、费用低等特点，因此利用光纤传感器技术实现长距离输油管道的防漏、防盗检测越来越受到重视。

2 光纤传感器技术原理

光纤传感器是以光学量转换为基础，以光信号为变换和传输的载体，利用光导纤维输送光信号的一种传感器。光纤传感器主要由光源、光导纤维（简称光纤）、光检测器和附加装置等组成。光源种类很多，常用光源有钨丝灯、激光器和发光二极管等。光纤很细、较柔软、可弯曲，是一种透明的能导光的纤维。光纤之所以能进行光信息的传输，是因为利用了光学上的全反射原理，即入射角大于全反射的临界角的光都能在纤芯和包层的界面上发生全反射，反射光仍以同样的角度向对面的界面入射，这样光将在光纤的界面之间反复地发生全反射而进行传输。由于挖掘、盗油等行为会引起布放在输油管道附近的光缆震动，使得光缆的直射率发生变化，进而引起光波的相位和波形的变化，我们可以此作为依据来判定输油管道周围的环境变化、所在位置及变化原因。正常状态下的光路波形见

3 光纤油气管道安全监测系统的应用

目前，大港油田管线众多，输送介质繁多，管线型号各异，大致有7 244条管线，总长度约2 261千米。

管道沿线有多处在建厂房、桥梁、公路和楼群等，管道多次穿越公路及河流，现场环境复杂。惯例的检测方法是派工作人员沿管线巡查，也有采用一些传统的监测手段，但实践证明效果不佳，且原有的探测、检测技术也不十分可靠。

光纤传感技术通过埋设在管道旁的光纤来感受管线周围的震动，对于由于车辆等对地面冲击形成的振动信号，系统会分析后自动屏蔽。对于挖掘、敲打等形成的振动信号，系统则会发出准确报警，并将报警信号传输给监控主机告知值班人员管线出现事故的区域。各种振动形成的光路波形见图3。

4 总 结

光纤传感技术具有连续监测、本质安全、户外无源、无辐射、抗干扰、环境适应性强、灵敏度高、能耗低等优势，具体如下：

（1）监控路由中采用无源设计，降低功耗的同时提高了系统的环境适应性，降低了系统的复杂性。

（2）实现长距离、大范围监控，实现油气管线光纤干线监控系统的监控范围长达60千米。

（3）定位精度高，在判断有破坏行为发生时，可以实时对破坏行为发生点进行定位。在监控距离内，实现定位精度最高达到±200米。

（4）采集小波降噪、信号特征提取算法、模式识别等算法，降低工程应用的误报率。

（5）适应性强，其户外环境温度适应性在-50℃～80℃，光缆可埋设在潮湿的环境中长期使用。

5 结论

综上所诉，我们不难发现光纤管道监控技术相对于传统的输油管道监控技术有较大的优势，如果在油田推广必将大幅提高油田输油管线安防水平，为油田生产的现代化建设做出巨大贡献。

主要参考文献

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