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光纤管道泄漏监测
分类: 专用产品  发布时间: 2017-06-30 10:14 

一、方案概要

       管道输送是石油、天然气的主要运输方式,而随着管线的增多,管龄的增长,加之各种自然的因素(如地震、滑坡、河流冲刷)和人为因素(盗油)引起的输油管道的泄漏,造成很大的经济损失和环境污染,严重的甚至造成人员伤亡。所以输油管道泄漏的自动监测技术对于保障石油的安全生产和运输具有重大的意义。

       1999年美国的Seattle输油管道破裂,引起爆炸,导致三个儿童死亡和自然生态环境破坏,造成数亿美元的经济损失。 
       1992年7月16日,前苏联西伯利亚一油田发生管道腐蚀,致使原油泄漏引起大火,损失原油40万吨。



      传统的地面间接检测方法(红外成像法、探地雷达法等)、监测管壁状况的泄漏检测和定位方法(探测球法、声波法、机器人法等)、监测管内流体状态的泄漏检测和定位方法(负压波法、模型法、压力梯度法)都存在误报警率高、施工困难、定位精度不准、寿命短、故障率高等特点,一直无法大面积推广应用。而长距离、高精度的分布式光纤温度监测系统为原油、天然气管道泄漏监测提供了全新的解决方案。该系统:

   1) 可快速发现并精确定位泄漏事件。
   2) 可发现挖掘致使光缆暴露或者切断等恶意第三方破坏。
   3) 可同时监测多重威胁管道安全事件。
   4) 可监测原油管道沿线温度场分布情况。

二、技术原理
1. 温度场测量与定位工作原理

      基于布里渊散射/拉曼散射原理,泄漏监测主机利用测漏专用光缆或普通通信光缆对管道轴向沿线的温度场梯度进行实时在线监测。泄漏监测主机以密集(最高可达0.2米)的采样间隔,并以高频率(最短间隔可达15秒)扫描并记录温度场梯度数值,当温差或者温升/降速率超过设定的阈值,系统将会立刻发出报警。根据光时域反射技术(OTDR),利用背向散射光的行进时间便可精确判断出光纤上发生测温场突变点的位置。

2. 油气泄漏对周围土壤温度场的影响
      由于大地一定深度恒温性及其热传导的滞后性,油气管道所埋铺大地层短期内几乎不受地面气候、环境变化影响,处于平稳状态。而管道油、气泄漏后,根据能量守恒与焦耳-汤姆逊定律,泄漏介质必然会对管道周围局部土壤的温度场产生急剧的影响,这为分布式光纤传感系统捕捉到温度剖面的突然而剧烈的变化实现了可能,而这种变化信息几乎不受全局变量(如:阳光、雨雪等)和非持续局部变量其它因素的干扰。
      以下是由管道长度、温度及时间三个因素构成的管道温度剖面随时间而变体的趋势图:


      没有发生泄漏前,管道温度场随时间变化,而发生有一定规律的变化,这种变化在设定的阈值范围内,它不会产生报警;发生泄漏后,管道局部的温度场发生急剧升/降温,产生打破正常规律的温升/降速率,这将被系统识别并产生报警。

以下是原油加热管线泄漏后,其周围土壤温度场变化情况:


以下是在不同位置发生泄漏后,其温度场随时间推移的变化过程:



三、系统结构

    分布式光纤管道泄漏监测系统示意图:


      监测系统主要由探测光缆、分布式光纤管道泄漏监测主机及安装附件组成,系统结构如图所示。

四、系统功能
1. 泄漏或第三破坏监测。系统可监测石油/天然气泄漏、施工破坏光缆、掘开填土而使管道外露等突发事件。
2. 报警功能。系统可以定制报警参数和报警模式,对监测到的突发事件将会进行报警。报警信息可发送到中控室,也可以通过网页、短信、PDA等发布。
3. 分区管理功能。
4. 远程分级、分权限管理。
5. 系统自检功能。系统自行监视激光强度、检测光纤健康状态,实现自我诊断和测试,并及时提示系统故障事件。
6. 历史数据查询。
7. 报表打印。
8. 数据接口。可给GIS系统提供接口,快速确定事件的地理方位。
9. 扩展功能。
10. 可远程配置、升级监测主机
五、系统优势
1. 功能丰富。集预警(预防偷盗或者第三方破坏)与泄漏报警功能于一体。
2. 监测距离远。单台主机最远可监测150公里管道,而且可能通过多台主机实现更长距离的监测。
3. 灵敏度高。能够监测到小泄漏事件,更早发现在突发事件。
4. 空间采样间隔短。空间采样间隔可达0.25米,可实现更早、更精确发现泄漏事件。
5. 定位准确。定位精度远超其它测漏方法,可达±0.5米,为用户低成本、高效抢修赢得时间。
6. 施工简便。可利用通信光缆(只需用其中的1-2芯光纤)作为测漏光缆,施工周期短,费用低。
7. 误报率低。系统受外界干扰因素少,而且可通过算法将干扰因素消除,如降雨、降雪、混输温变。
8. 本质安全。系统现场为无电检测,不会给泄漏介质带来点火、引雷隐患;
9. 无盲区。系统可实现连续性监测,不受如内检测等作业的影响。

六、技术参数

 

项目
参数指标
参数指标
光纤类型
多模光纤
单模光纤
单通道最大监测距离(km)
30
75
温度分辨率
0.1℃
0.1℃
空间采样间隔
0.25m
0.20m
定位精度
1m
1m
测漏精度
<0.5%
<0.5%
报警准确率
99%
99%
响应时间
<30S
<90S

 

七、系统布置解决方案
      根据管道的长度、分支结构以及站、室的位置,本系统可以进行灵活组合布置,实现对不同管道的安全进行监测。

八、系统软件

       系统开发了特定的应用程序来实现管道泄漏的监测,友好的人机界面可以清晰、准确、直观的向操作人员提供泄漏报警信息。系统具有实时曲线显示功能、历史报警信息查询功能、短信报警功能、声光报警功能。