管道光纤预警系统与管道泄漏监测系统

2026-07-28 15:10:00

(1)管道光纤预警系统。

长输油气管道纵横成千上万千米,随时随地可能出现威胁管道安全的事件。特别是近年来随着社会经济的发展和城市化进程的推进,管道沿线许多曾地广人稀的区域,已经变成了工厂、农田,甚至是现代化大都市。这些变迁给我们的社会带来了勃勃生机,却也使地下管道面临更多的安全危机。但是,管道有了“千里眼”,就可以提前发现危险了。

那么,“千里眼”长啥样,又是如何“看到”危险的呢?按照长输油气管道的建设要求,在敷设管道的同时,在管沟中要与管道平行埋设一条通信光缆,用来实时传输管道的压力、流量、温度等运行参数,这条光缆被称为管道伴行光缆。管道伴行光缆由多根光纤组成,利用光纤发送和回收专门的激光探测信号,便能感知管道沿线的振动、温度等参数变化,从而实现对管道的远程监测,这种激光监控平台叫做管道光纤预警系统。威胁管道安全的事件多种多样,通过光纤发射“聪明”的激光,可以探测并获得反映管道参数变化的信号,再运用人工智能对这些信号进行分析,就可以迅速发现并准确定位威胁管道安全的事件。这就像给管道装上了“千里眼”,而光纤则是“千里眼”的神经。

例如,管道附近的某个地方有第三方施工,必然要挖掘管道周围的土壤,如果不及时制止,就会对管道形成实质性威胁。而土壤挖掘产生的地面振动会对管道伴行光缆中的光纤产生影响,导致光纤发生微小变形,光纤中激光的传播形态也随之变化。这种传播形态的变化会根据振动的不同而表现出不同的特征,故将振动的数据与数据库中已有的各种不同挖掘事件的数据比较,就可以分析和判断出是人工挖掘还是机械挖掘,以及挖掘点与管道的相对位置等要点,从而完成第三方施工对管道安全威胁事件的判断。

“看得远”。“千里眼”能“看到”的最远距离称为监测距离,现有技术最大监测距离已经可以稳定达到60千米,如果给“千里眼”架上一台“望远镜”,即增加一级中继放大设备,就可以“看到”120千米啦!

“看得清”。“看得清”就是要能够判断出管道沿线使光纤产生振动信号的振动源是什么。引起光纤振动的原因有很多,并非每种原因都会对管道安全造成威胁。如果振动原因是一列火车从管道旁边经过,是农民伯伯在管道上方的田地里播种,是管道附近的工地在盖摩天大楼,就不会对管道造成实质性破坏,完全可以视而不见。但是,如果管道上方有大型施工设备在开展挖掘作业,或者有不明原因的持续微小的振动,那就要持续关注,必要时需要派巡护人员去现场核实,避免发生第三方施工破坏管道的事故。要准确判断事件的类型,就要建立强大的事件数据库,利用人工智能技术提高判断的准确性,使“千里眼”看得更清晰。

“看得准”。“看得准”就是要能够判断出振动源的位置在哪里,以便巡护人员迅速到达位置,尽快核实风险程度,并及时处理,把危险消灭在萌芽中。衡量“千里眼”是否“看得准”有一个专有术语叫作“定位精度”,现有技术的定位精度已经可以达到20米范围以内。

随着激光探测技术的发展,期待在不久的将来,“千里眼”能够“看”得更远、更清晰、更准确,发挥更大的作用,保护管道不受伤害。

(2)管道泄漏监测系统。

长输油气管道的“顺风耳”,学名叫“管道泄漏监测系统”,它可以实时监测管道是否发生泄漏,并准确定位泄漏点,以便及时采取有效措施,减少管道泄漏造成的危害和损失。

管道泄漏监测系统为什么能被称为“顺风耳”呢?这是因为,当管道发生泄漏时,在管道输送压力的作用下,管输油品就会从泄漏部位喷射出来,因而造成管道压力波动,称之为负压波。管道泄漏产生的负压波包含了管道发生泄漏的信息,其在管道内的流体介质中向泄漏点的上下游传播。对于液体管道,负压波可以传播至几十千米以外才减弱消失,就像我们说话产生的声波,在空气介质中可以“顺风”传播到相当远的距离而被听到。利用在管道沿线站场和阀室中安装的压力传感器,便是管道的“顺风耳”,它们可以探听到管道泄漏产生的负压波信号。

管道的“顺风耳”如何定位泄漏点呢?管道的“顺风耳”分布在管道沿线各个站场和阀室之中。当位于两个站场(或阀室)之间的管段某一点发生泄漏时,如果管道内流体没有流动,泄漏负压波在液体中以大约每秒1千米的速度沿管道由泄漏点向两侧传播。当泄漏点位置正好位于管段中点位置时,管段两端压力传感器会同时探测到泄漏压力波信号;当泄漏点到管段两端的距离不相等时,靠近泄漏点的压力传感器比远离泄漏点的压力传感器会更早探测到泄漏压力波信号。通过它们接收到信号的时间差,结合管段长度和泄漏压力波的传播速度,则可以方便地计算出泄漏点的准确位置。如果管道内流体在流动,计算泄漏点位置时,管道泄漏负压波向上游传播速度要减去流体的流动速度,反之,向下游传播速度要加上流体的流动速度,这样便能计算出泄漏点的准确位置了。

管道的“顺风耳”已经成为管道安全生产运行不可或缺的好帮手,其不仅灵敏度高,而且响应时间快、定位精度高。由于管道内压力波的传播速度很快,几十千米之外的泄漏压力波信号可以在几十秒内快速传播到管段两端站场(或阀室)的压力传感器,使得“顺风耳”可以快速发现管道的泄漏情况并定位泄漏点,泄漏点的定位精度已可以达到监测管段长度的1%。

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