輸油管道監控系統研究與應用

盧海波,王 中

（大港油田公司信息中心，天津 濱海 300280）

輸油管道監控系統研究與應用

盧海波,王 中

（大港油田公司信息中心，天津 濱海 300280）

伴隨著中國經濟的快速騰飛和石油工業的蓬勃發展，管道運輸已成為我國油氣運輸的重要途徑，然而在利益的驅使下，不法分子肆意破壞油田設施、瘋狂盜竊原油的案件時有發生，傳統的安防監控系統已經很難適應新時期的要求。本文就油田輸油管道安防中的難點問題提出探討，并著重推介了利用光纖傳感技術實現的新型油田管道安防系統，以期為油田生產的現代化建設做出巨大貢獻。

管道運輸；監控系統；光纖傳感

石油是一種重要的戰略物資,在國家經濟中起到舉足輕重的作用。伴隨著中國經濟的快速騰飛和石油工業的蓬勃發展，目前中國油氣骨干管道里程已突破7萬千米。管道運輸作為五大運輸方式之一，具有安全、經濟、保質、無污染等優點，已經成為油氣運輸的重要途徑，承擔著我國70%的原油和99%的天然氣的運輸任務。到2020年，我國油氣管網里程將達到20萬千米，基本實現全國骨干管線聯網。管道輸送具有占地少、損耗少、成本低、輸量大、快捷方便等優點，但也有管線長、跨區域多、沿途地質狀況和自然環境復雜多變等缺點，還有對監控水平、安全保障性要求高等特點。且隨著國際原油價格的攀升，在利益的驅使下，盜油分子不惜以身試法，瘋狂地盜竊原油，同時肆無忌彈地破壞油田設備，對油田的正常生產造成了嚴重影響并對周邊環境造成了嚴重的污染。

石油管線作為石油資源輸送的重要途徑，受犯罪分子破壞嚴重，對于通常的入侵、破壞等犯罪，安防部門已經建立了多種防范技術，如音頻探測報警器、視頻監控報警系統、主動紅外入侵探測器等。但傳統的安防監控方式受環境因素影響較為嚴重，存在誤報率高、特殊天氣條件下監控效果差，被動防御等缺點，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控技術，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問題

1.1 特殊天氣條件下監控困難的問題

由于油田生產的特點，輸油管道大都分布在野外，而輸油管的連續傳輸又與企業的經濟效益息息相關，對輸油管道工作狀態的實時監控一直是生產作業單位一項重要且困難的內容。隨著近年來打擊力度的加強，打孔盜油分子的囂張氣焰已經得到了有效地遏制，但目前偷盜油案件已經有了新的動向，即偷油分子選擇天氣條件惡略、能見度較低的時間段進行偷盜油犯罪，在此種天氣條件下傳統的監控方式無法發揮有效作用。

1.2 輸油管道距離長、監控范圍廣的問題

油田范圍內分布著大量的輸油管線，由于許多井場和大站間距離較遠，又由于管道運行過程的復雜性和周邊環境的多樣性，因此現有的各種管線安全監控系統難以達到令人滿意的監控效果。

1.3 監控實時性和準確性問題

傳統的輸油管道防盜油技術均屬于事后防范技術，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、破壞事件的發生。同時定位精度較低，且難以實時有效地實現長距離監測。

理想的油氣管線安全監測系統，應能運用單套系統實現全天候長距離監控，便于維修管理。能在各種威脅發生前預警，從而采取有效措施避免破壞發生。意外發生時，能在第一時間準確地對事故定位，便于維護人員迅速開展工作，減少損失。

鑒于光纖傳感技術具有可實現長距離分布式監控、可定位、耐腐蝕、能源依賴性小等優點，正符合我們的需求。傳統的管道檢測技術主要依靠管道起始點和結束點采集的信號參數進行泄漏判別，無法實現對管道中段的檢測，而光纖傳感技術則利用隨管道鋪設的光纖作為傳感單元，實現對輸油管道的全程監控，滿足長路由輸油管線的漏油定位報警需求。并且隨輸油管道鋪設的光纜可對輸油管附近的異常震動作出判斷，實現預判功能，提高管道監控安全性。同時，由于光纜的物理特性決定其使用年限長、維護簡便、費用低等特點，因此利用光纖傳感器技術實現長距離輸油管道的防漏、防盜檢測越來越受到重視。

2 光纖傳感器技術原理

光纖傳感器是以光學量轉換為基礎，以光信號為變換和傳輸的載體，利用光導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、激光器和發光二極管等。光纖很細、較柔軟、可彎曲，是一種透明的能導光的纖維。光纖之所以能進行光信息的傳輸，是因為利用了光學上的全反射原理，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生全反射，反射光仍以同樣的角度向對面的界面入射，這樣光將在光纖的界面之間反復地發生全反射而進行傳輸。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生變化，進而引起光波的相位和波形的變化，我們可以此作為依據來判定輸油管道周圍的環境變化、所在位置及變化原因。正常狀態下的光路波形見圖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測系統的應用

目前，大港油田管線眾多，輸送介質繁多，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，現場環境復雜。慣例的檢測方法是派工作人員沿管線巡查，也有采用一些傳統的監測手段，但實踐證明效果不佳，且原有的探測、檢測技術也不十分可靠。

圖3 各種振動形成的光路波形圖

光纖傳感技術通過埋設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，系統會分析后自動屏蔽。對于挖掘、敲打等形成的振動信號，系統則會發出準確報警，并將報警信號傳輸給監控主機告知值班人員管線出現事故的區域。各種振動形成的光路波形見圖3。

4 總結

光纖傳感技術具有連續監測、本質安全、戶外無源、無輻射、抗干擾、環境適應性強、靈敏度高、能耗低等優勢，具體如下：

（1）監控路由中采用無源設計，降低功耗的同時提高了系統的環境適應性，降低了系統的復雜性。

（2）實現長距離、大范圍監控，實現油氣管線光纖干線監控系統的監控范圍長達60千米。

（3）定位精度高，在判斷有破壞行為發生時，可以實時對破壞行為發生點進行定位。在監控距離內，實現定位精度最高達到±200米。

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

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

5 結論

綜上所訴，我們不難發現光纖管道監控技術相對于傳統的輸油管道監控技術有較大的優勢，如果在油田推廣必將大幅提高油田輸油管線安防水平，為油田生產的現代化建設做出巨大貢獻。

[1]陳逢春，光纖傳感安全監測系統[D].武漢：武漢理工大學，2004.

[2]文靜.油罐區的光纖安全監測系統探討[EB/OL].[2008-07-31].湖北安全生產信息網.

[3]趙愚.新型光纖傳感器在油田聯合站的研究與應用[J].武漢理工大學學報，2002(5).

10.3969/j.issn.1673-0194.2015.05.081

TP273

A

1673-0194（2015）05-0166-02

2014-12-22