管道安全光纤预警系统解决方案

一:系统介绍

1、简介

       石油、天然气主要靠管道进行运输,管道运输是一种比较经济、安全、可靠和便捷的运输方式。具有连续输送、平稳的特点,能很好地协调油气田和炼厂、石油化工厂的生产。与公路、铁路、水路等运输方式相比,管道输送具有输送量大、投资省、建设周期短、输送费用低、管道建设占地小、管道输送油品损失小、对生态环境影响小、管理方便以及安全、可靠等优点。

       油气长输管道具有管径大、运输距离长、输送压力高和运量大等特点。沿途一旦系统发生事故,不仅给管道系统本身造成严重后果,而且会给社会和环境带来严重后果。随着管线的增多,管龄的增长,由于管道腐蚀、自然灾害和人为损坏等因素使得管道安全问题变得日益严重。管道安全事故不仅会影响管道输送的正常进行,而且当输送有毒害、易燃和易爆介质时,还将会给人们的生命财产和生存环境造成巨大的威胁。因此,对影响管道安全的事故及时发现和定位具有重要的现实意义。

       近几年,由于经济利益的驱使、地方保护等因素,打孔盗油现象日益严重。打孔盗油的不法分子一般在夜间打孔、安装阀门、盗油,且管道埋地较深,盗油现场处理地很隐蔽,通过常规的巡线检测方法很难找到盗油点,从而给管道的安全运行带来极大的隐患。

       管道安全光纤预警系统利用光纤干涉原理,实现长距离管道安全光纤预警的系统。系统采用的分布式光纤长距离监测技术,代表了当前国际上最先进的管道预警技术。系统能够针对管道安全状况进行长距离实时监控。其利用现有石油管道附近通讯光缆中一芯光纤对管道沿线的综合环境情况进行监测,对周围包括应变、振动、扰动速度等在内的多种物理量进行测试,以实时准确地获得半静态和动态的干扰信息,通过远程的后端处理软件分析、识别和判断,并对干扰对象准确定位,实现定位精度小于300米,从而对可能造成管道破坏的外部威胁进行提前预警。

2、技术途径

       管道安全光纤预警系统采用分布式光纤振动的光纤传感技术,对外界微小扰动信号(如震动波、力学波、声波等)进行检测。通过光信号的调制、处理技术和光电信号的处理技术,再经过计算机处理和模式识别,能准确地检出扰动源的状态、种类,计算出其位置,并根据扰动源的有害判别,做出处理方案选择。

       它能保证在不受外界多变的气候和恶劣环境的影响下,仍然能采集细小的震动。当光信号从激光发生器输送进光纤时,探测器会处理接收到的光信号的相位。假设传感光缆没有受到任何干扰或光的传输没有变化,那么光信号的相位也将不发生变化;当传感光纤受到运动或震动的干扰时,光信号的传输模式就会发生变化。

       光纤中未发生变化的光传播方式见下图:

       当光信号受到压力或震动干扰时,光纤中光的传播途径见下图:

       压力或震动会导致形态干扰而产生光信号相位的改变。探测器对相位改变进行探测,光信号相位的改变与传感器探测到的干扰成比例,然后对探测到的信号进行处理,判别它是否符合触发“事件”的条件。如果符合条件,触发一个“事件”,否则,忽略该信号。判断探测到的信号是否符合触发“事件”的标准是用户对报警处理单元的校准参数。

3、基本结构

       如上图,报警处理单元中的电子设备将来自每个通道的光信号转换成电信号。然后电信号又通过模数转换器(ADC)将它变为数字信号。通过傅立叶变换,可以把时间域的电信号转换为频率域的数字信号,从而识别光信号在传输中受到干扰后产生相位的变化。当报警条件满足时,报警处理单元会激活一个报警继电器,从而改变受干扰的通道相对应的一系列常开常闭触点的状态。用户可以对报警处理单元的参数进行校准,避免由风、树枝和小动物等其它因素而产生误报。正确的编程可以确保误报的大幅度降低而仍能探测不管多么蹑手蹑脚的入侵者。

4、系统优势

       系统具有强大自适应能力的扰动数据分析处理,建立了全面的全网管道集成管理手段,为管道安全提供了有力保障。能够适应环境噪音,包括周围交通车辆噪音、行人经过扰动和风引起的周围植物扰动。系统可根据值守人员对预警信号的处理反馈自行调整优化智能处理核心,使其能够在人的干预下,对周边环境的新知识进行增量学习,从而不断提高对已知破坏行为类型的识别精度,并且学习关于新破坏性行为、新的威胁事件类型的相关知识并实现自动识别。

该系统具有以下优势:

       定位功能:按照预先设定区域显示侵入扰动行为,实现定位精度:±300米;、

       环境耐受性:不受雨雪冰雹等季候影响,适用温度-40°C~80°C;

       模式识别:由于机械挖掘、人为破坏等行为导致的石油管道破坏;

       报警功能:提供声、光、图形、短信等多种报警方式,及时响应;

       存储功能:对于威胁数据,包括震动和语音,系统可自动存储,供后期分析处理;

       显示功能:清晰标明侵入区域和坐标位置;

       数据管理:对报警信息进行分析,为安全管理提供辅助决策依据;

       查询功能:能提供时间、管道名称等多种报警信息查询方式;

       可升级性:后端软件可持续升级更新;

       易操作性:简单易懂的人机界面,直观的显示方式。

二:产品介绍

       光纤油气管道安全光纤预警系统通过同沟敷设通信光缆中的1芯作为长距离无源分布式传感器,对管道附近采集的土壤振动信号进行处理和分析,根据土壤振动信号的特征感知能源管线附近环境,确定各种破坏事件(振动源)的类别及严重性,进行预测性的安全预警,并根据实际的需求,将其与GIS、GPS 等系统相结合,同时建立多级监控体系,从而实现受保护区域的安全防范与预警。

       光纤油气管道安全光纤预警系统系统需要根据管线的长度在通信光缆上增加光模块(每个光模块可监测60公里长的管段),而每个光模块的报警信息可以接入基站服务器系统或现有的监控系统传至报警监测中心,操作人员根据报警定位信息进行处理,可及时采取措施中止破坏行为,使管道得以保护,免受损失。来自基站服务器的报警定位信息,也可以通过局域网、英特网甚至GSM网传至任何需要的地方;同时,光纤油气管道安全光纤预警系统亦对通信光缆安全本身起到一个实时监控的作用。

安装尺寸

19’16U标准机柜(600*600mm)

EMI/RFI

不受影响

系统功率

交流220V,合计600W

有效性感应

软件调试函数

户外供电

无需供电

异动行为感应

人为挖掘、机械挖掘、地质灾害等

监控长度

60公里

适应光纤

G.652单模

定位精度

±300米

光缆铺设要求

光缆直埋

感应半径

人工挖掘1米,机械挖掘5~10米,可调整

平均损耗

0.25dB/km(无活动连接器),1550nm

灵敏度

根据周边环境及天气变化,可调节灵敏度

接头损耗

0.06dB(熔接接头)

环境温度

-40 ºC ~ + 80 ºC , 不受雨雪气候影响

光缆与管道位置

位于管道左/右/上方,非正下方

雷电和电瞬变的防护

不受影响

光缆与管道间距

≤750px

1、系统架构

       完整的光纤管道安全预警系统由多个单套主机、区域监控中心和集成管理平台构成,对管道预警信息全网集中,分为三级进行管理:

       单套主机,是系统的基本单元(三级管理终端),安装在油气管网各管线阀室、泵站或分输站,每个站点可安装1套或多套,监测单向60KM或双向120KM管道光缆长度,采集管道沿线的挖掘振动信号,进行数据运算分析,预警输出响应,并上传信号至区域管理中心。

       区域监控中心,基本以省为区域划分,是系统的二级管理中心,汇集本区域内所有站点单套主机终端,接收运行数据和预警信息,分析处理后显示告警信息,集中保障本区域内的管道安全,并将数据上传到中央监控平台。

中央管理平台,是光纤油气管道预警系统的管理核心(一级管理平台),集成所属各区域管理中心信息,对整个管网进行预警监控,保障安全生产。

       下图为系统结构示意:

2、组网及通讯方式

       光纤管道安全预警系统接入管道通讯网络,同样通过管道光纤组网连接。系统的外部通信链路图如下图

       各级管理主机,都支持多个分控客户端监控,布设灵活,便于操作人员、上级领导快速响应。此处通信链路建议为预警系统单独提供共享100M网络,每个单套主机与共享局域网的接入带宽不低于10M;每个区域监控中心与局域网的接入带宽不低于100M;中央管理平台网络接入带宽不低于100M。

3、报警主机

       系统的主体承载部分,可连接数据采集单元和光电信号处理单元,通过高速数据采集卡,将经过入侵信号采集装置优化后的管道沿线实时扰动信号,采集并存入数据库,运用多种预设的数据分析手段对信号分析、比较、判断、提取信号特征等方法进行处理,响应预警。并与站点分控客户端、区域监控中心和中央管理平台连接,提供系统运行数据和报警信息。由于系统运行时需要处理大量的数据,所以要求信息处理平台的配置比较高,配置要求如下:

cpu:INTER 八核高速处理器;   内存:4G;  硬盘:2T;   操作系统:windonws服务器操作系统;   尺寸:19寸4U机架式;

4、光源及光电处理单元

       光源:提供1550/1310波长稳定光输出,为系统的信号发生源;

       光电处理单元:对承载信息的回光进行转化、降噪、放大处理,供报警主机使用。

5、光路及终端模块

       为系统的核心干涉光路。由防水终端盒保护、光转换器件和光路接口组成,安装于室外环境,可适应各种恶劣的自然环境,并具有防水密封性能。

6、服务器及软件平台

       采用高性能服务器,集成全网的光纤管道预警系统运行信号和报警信息,平台管理界面显示,辅助决策。预警系统软件是系统的专用软件。用户可以通过软件实现对报警系统功能设置、报警数据采集判断、显示防区、布防撤防、报警状态信息记录、值班人员信息记录等功能。

       系统扩展应用平台是对管道安全光纤预警系统的网络化综合管理平台,采用开放式架构和先进的系统集成技术对光纤预警检测信息与其他相关系统进行数据集成、集中管理、联动处理,通过平台的综合联动控制提升整个预警分析与处理工作的功能和效率,从而为石油管道防破坏工作提供一个高效的、有机融合的安全防范软件应用平台。并提供与CCTV监控系统、数字录像系统、GIS电子地图系统、SMS短信报警系统和其他第三方安全防范系统等的数据交换及联动接口服务。平台支持OPC、DDE、NetAPI、Socket、Modbus、ODBC、Corba、RMI等业界标准的规范和协议,在网络层进行软件集成。

       整个平台由预警信息管理数据库PC服务器、报警事件控制处理PC服务器、接口网关服务器、多媒体工作站及相关软件等组成。今后,在完成初步架构和基本功能模块测试通过后,可在多台服务器上部署,通过群集提供更高的性能和容错性。平台采用高效可靠的Client/Server的架构,基于TCP/IP技术,提供了一个独立的开放的集成平台,此平台独立于预警检测系统和其他辅助安防系统,针对输油(气)管道特定需求进行界面开发以满足用户要求。