舒亮1 曹國飛2 沈煜博1

1.國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸武漢輸氣分公司；2.國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸公司管道部

摘要：為有效預(yù)防和減少油氣管道內(nèi)檢測通球作業(yè)時卡堵事件發(fā)生，利用光纖預(yù)警系統(tǒng)實(shí)時跟蹤定位檢測器位置并進(jìn)行應(yīng)用效果分析。通過現(xiàn)場應(yīng)用和測試，經(jīng)與人工偵測結(jié)果對比，光纖預(yù)警系統(tǒng)所測算的檢測器運(yùn)行平均速度與實(shí)時速度差值約在0.1 m/s左右；所測算的實(shí)時位置（定位精度）以到達(dá)時間衡量其差值約在1 min以內(nèi)。結(jié)果表明，光纖預(yù)警系統(tǒng)能夠較好地滿足內(nèi)檢測器實(shí)時跟蹤應(yīng)用需求，亦能滿足跟蹤過程中對區(qū)段內(nèi)第三方外部風(fēng)險的有效篩別。

關(guān)鍵詞：光纖預(yù)警；管道內(nèi)檢測；實(shí)時跟蹤；應(yīng)用效果

油氣管道在進(jìn)行內(nèi)檢測作業(yè)時，傳統(tǒng)的檢測器跟蹤方法主要采取定標(biāo)設(shè)備監(jiān)測和離散點(diǎn)人工監(jiān)聽相結(jié)合的方式，無法獲取檢測器運(yùn)行實(shí)時速度和精準(zhǔn)位置。如何能及時準(zhǔn)確地判定檢測器的位置，為管理者更早介入和跟蹤后續(xù)作業(yè)爭取時間，有效預(yù)防和減少卡堵事件帶來的影響，是行業(yè)管理者迫切需要解決的難題。筆者探討利用油氣管道伴行光纜，采用光纖預(yù)警系統(tǒng)對檢測器進(jìn)行實(shí)時跟蹤。

1  技術(shù)原理概述

光纖預(yù)警系統(tǒng)利用埋地鋪設(shè)的管道伴行光纜，采用光纖傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信設(shè)備和信號處理等技術(shù)手段，完成長距離管道沿線信息的檢測、采集、處理和傳輸，對各種不同的振動信號進(jìn)行分析和識別。當(dāng)外界有振動壓力信號作用于光纖時，會引起光纖折射率的變化，進(jìn)而引起光波相位的變化，不同的振動頻率和壓力光波相位會發(fā)生不同的變化，從而產(chǎn)生的信號也不同。最后，通過對光纖路由的數(shù)據(jù)采集，結(jié)合振動信號反饋的時間和里程，可精準(zhǔn)判斷振動事件發(fā)生的位置。

通過對光纖預(yù)警系統(tǒng)的延伸探索，管道內(nèi)檢測作業(yè)時檢測器與管壁緊密接觸，運(yùn)行時摩擦必將形成振動信號，管道與土壤的耦合，振動信號作用到同溝敷設(shè)的光纜上，將使得光纖中傳輸?shù)募す庀辔话l(fā)生改變，檢測器在行進(jìn)過程中與管道焊縫的每一次撞擊，產(chǎn)生的振動都會在振動瀑布圖上產(chǎn)生一個類似字母“V”的形狀（圖 1），通過檢測該振動信號變化可以實(shí)現(xiàn)檢測器的跟蹤和定位。

圖 1 檢測器在運(yùn)行過程中撞擊焊縫產(chǎn)生V字型振動

2  實(shí)際應(yīng)用

由于光纖預(yù)警系統(tǒng)受外部環(huán)境影響較大，信號收集時間是否與現(xiàn)場實(shí)時對應(yīng)，管道周邊外部入侵活動振動信號源是否對檢測器信號造成干擾，是本次跟蹤定位檢測器過程中需探索的課題。

2.1  實(shí)施區(qū)間

西氣東輸忠武線管徑610 mm，設(shè)計(jì)壓力6.3 MPa，潛江至監(jiān)利段全長107 km，沿線設(shè)有2座閥室、3座分輸站。內(nèi)檢測作業(yè)從潛江分輸站（管道里程為0 km）發(fā)球至監(jiān)利清管站（107.614 km）收球，選定監(jiān)利分輸站（62.013 km）至監(jiān)利清管站44 km區(qū)段實(shí)施本次光纖預(yù)警系統(tǒng)對檢測器的跟蹤定位，同時對區(qū)段內(nèi)第三方外部風(fēng)險進(jìn)行篩別。

2.2  實(shí)施過程

在起始端監(jiān)利分輸站安裝光纖預(yù)警系統(tǒng)主機(jī)（圖 2），并對區(qū)段光纖衰減情況進(jìn)行檢測以選取光纜衰減程度較好的光纖，通過光纜熔接并在光纜末端增設(shè)放大器，使光纖鏈路整體完整有利于事件檢出。對沿線管道進(jìn)行現(xiàn)場踏勘，沿管道路由進(jìn)行信息采集，平均每100 m～150 m采集一次傳感信號（圖 3），對管道樁牌信息、現(xiàn)場環(huán)境、光纜進(jìn)行GIS定位。結(jié)合管道外部告警事件進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)核，對算法庫進(jìn)行更新優(yōu)化，以區(qū)別外部威脅和檢測器信號告警。通過現(xiàn)場人工跟蹤檢測器（圖 4）結(jié)果與光纖預(yù)警系統(tǒng)測算數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對，以驗(yàn)證跟蹤定位效果。

圖 2 光纖預(yù)警系統(tǒng)設(shè)備安裝現(xiàn)場

圖 3 沿線光纖信息采集點(diǎn)示例（每100 m～ 150 m ）

圖 4 現(xiàn)場監(jiān)聽點(diǎn)位設(shè)置

2.3  應(yīng)用效果

本次內(nèi)檢測共計(jì)5次通球作業(yè)，分別為測徑清管器、鋼刷清管器、磁力檢測器、幾何檢測器及漏磁檢測器。5次通球作業(yè)現(xiàn)場監(jiān)聽點(diǎn)人工偵測時間與光纖預(yù)警系統(tǒng)測算時間對比分析如表 1所示。

表 1 現(xiàn)場監(jiān)聽點(diǎn)人工偵測時間與光纖預(yù)警系統(tǒng)測算時間對比分析表

由表 1可知， 與現(xiàn)場人工偵測結(jié)果對比，光纖預(yù)警系統(tǒng)所測算的檢測器運(yùn)行平均速度與實(shí)時速度差值約為0.1 m/s，所測算的跟蹤定位實(shí)時位置（定位精度）以到站時間衡量，差值約在1 min以內(nèi)。

現(xiàn)場應(yīng)用過程中，通過信號甄別，在光纖預(yù)警系統(tǒng)振動信號中也反饋了不同于檢測器的其他信號源（圖 5）。由圖 5可知，光纖預(yù)警系統(tǒng)對管道周邊入侵活動信號識別不受其跟蹤定位檢測器的影響，可同時實(shí)時監(jiān)測。

圖 5 系統(tǒng)反饋的檢測器及外部活動信息

3  結(jié)語

本次應(yīng)用光纖預(yù)警系統(tǒng)跟蹤定位內(nèi)檢測器，表明其能夠有效識別檢測器運(yùn)行過程中外部環(huán)境因素產(chǎn)生的其他信號來源，客觀實(shí)時對事件有效告警，在跟蹤定位檢測器位置和運(yùn)行時間上與現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行參數(shù)誤差較小，具有參考性。同時，光纖預(yù)警系統(tǒng)能夠進(jìn)行可視化提示且可復(fù)制性強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)以下功能。

（1）能自動記錄并分析內(nèi)檢測器運(yùn)行的實(shí)時速度、平均速度，以評估運(yùn)行速度是否在合理區(qū)間，并結(jié)合當(dāng)前位置與管道里程計(jì)算下一關(guān)鍵點(diǎn)到達(dá)時間。

（2）在GIS地圖上實(shí)時動態(tài)展示內(nèi)檢測器位置，通球信息自動彈出并實(shí)時更新，通過能量圖直觀呈現(xiàn)出清管器運(yùn)行狀態(tài)。

（3）可以精準(zhǔn)計(jì)劃內(nèi)檢測過程中檢測器位置上下游的作業(yè)流程，對于管輸過程的閥門開閉及啟輸作業(yè)有指導(dǎo)意義，有效提高工作效率。

作者簡介：舒亮，工程師，主要從事長輸油氣管道保護(hù)、腐蝕控制、管道本體完整性等管理工作。聯(lián)系方式：13971236769，30013608@qq.com。