童雷

中國石化銷(xiāo)售股份有限公司華中分公司

摘  要：介紹了OTDR分布式光纖預警系統在輸油管道的一般應用和進(jìn)階應用�？偨Y實(shí)踐經(jīng)驗提出了預警系統優(yōu)化措施和深化應用，指出了系統的局限性和未來(lái)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：光纖預警；第三方施工；管道巡護

OTDR（光時(shí)域反射）分布式光纖預警可保護管道免遭第三方施工損壞，是管道保護領(lǐng)域新技術(shù)，其科技優(yōu)勢明顯，取得了較好的應用效果。如何與現有的巡護資源相互融合，需要進(jìn)一步探索和優(yōu)化。

1 預警系統構成

分布式光纖預警系統主要功能模塊包括：①分布式微振動(dòng)光纖傳感器：即為管道同溝敷設的光纜；②光纖振動(dòng)信號檢測裝置：負責檢測光纖振動(dòng)所產(chǎn)生的信號，并轉換為電信號；③信號分析與識別裝置：負責對振動(dòng)信號進(jìn)行分析處理和振動(dòng)事件的算法識別；④中繼放大裝置：包括發(fā)射裝置和接收裝置，負責延長(cháng)系統的檢測距離；⑤站場(chǎng)監測終端：負責顯示系統監測信息，包括GIS地圖、瀑布圖、報警信息等內容。系統構成如圖 1所示，系統報警界面如圖 2所示。

2 預警系統應用

2.1 基本應用

預警系統能夠發(fā)現管道附近大多數人工挖掘、機械挖掘行為，以及管道周邊的細微擾動(dòng)，以下為湖北孝感站部分應用案例。

2020年4月19日，管道正上方人工開(kāi)挖探坑，與報警情況相符。

2020年4月24日，系統報警，經(jīng)現場(chǎng)核實(shí)后為機械農耕，與報警情況相符。

2019年12月24日，公路與管道交叉處土地平整，與報警情況相符。

2019年10月17日，管道附近使用挖掘機修建龍蝦養殖池，與報警情況相符。

圖 3 （下）為 2020年2～3月疫情封城期間系統報警情況統計，圖 3（上）為上年同期情況，對比發(fā)現總報警數量比上年減少62%、施工報警數量減少91%。

2.2 進(jìn)階應用

在應用過(guò)程中，發(fā)現預警系統有“代替人工跟蹤清管器”和“探查管道周邊地質(zhì)變化”等應用潛力。

2018年11月，孝感站首次嘗試采用預警系統跟蹤清管器，預警系統定位與人工現場(chǎng)定位相互驗證一致。

2019年8月，孝昌縣白沙鎮勝七山頭報警，經(jīng)現場(chǎng)核實(shí)發(fā)現管道周邊存在水土流失。同年12月，孝感發(fā)生地震，管道距離震中最近約57公里，后臺捕捉到地震波，但未引起報警。

2.3 預警系統優(yōu)化

實(shí)際工作中，人工巡護側重于提前防范重大災害天氣、重大建設項目等預期性較強的事件；而光纖預警側重于防范突發(fā)性、隨機性事件。

光纖預警技術(shù)的靈敏度高則報警數量多，低風(fēng)險和極低風(fēng)險的報警大量增加，會(huì )使人工復核陷入“疲勞戰”泥潭；靈敏度低則中風(fēng)險報警會(huì )被“過(guò)濾”掉，使預警功能名存實(shí)亡。系統應用兩年來(lái)，筆者認為，應充分發(fā)揮和優(yōu)化預警系統的“輔助判斷”功能，以提高管道管理人員的“決策”能力，保持二者之間的平衡。

（1）對報警結果進(jìn)行簡(jiǎn)化和分級管理。將最初的14項簡(jiǎn)化為6項；并根據擾動(dòng)方式（機械或者人工）、力度、頻率、次數、持續時(shí)間等后臺數據，將報警分為四個(gè)等級，按照報警等級指派外管道管理員或者巡線(xiàn)工進(jìn)行現場(chǎng)復核（表 1）。

（2）加入多維度信息。收集管道長(cháng)度、光纜長(cháng)度、經(jīng)緯度、標記點(diǎn)高程、地理環(huán)境、土質(zhì)情況、現場(chǎng)照片等方面的信息。結合管道高風(fēng)險區域、物權人信息等，對報警點(diǎn)管道環(huán)境信息進(jìn)行校對和錄入，給報警情況分析和復核、確定優(yōu)先處置程度提供參考依據。

（3）升級報警精度。由于光纜鋪設過(guò)程中存在盤(pán)纜、光纜彎曲等因素，導致光纜長(cháng)度與管道長(cháng)度不一致。孝感站安排作業(yè)人員和預警系統開(kāi)發(fā)商一起通過(guò)現場(chǎng)敲擊的方式，將光纜與管道長(cháng)度進(jìn)行二次匹配，使定位精度由50米精確到20米。

優(yōu)化后的預警系統升級為光纖油氣管道安全預警系統V3.2.4.0，可詳細顯示報警點(diǎn)管道周邊信息，增加了區域信息和物權人信息，同時(shí)部分新報警點(diǎn)還增加了所在標志樁的現場(chǎng)照片（圖 4）。

3 預警系統局限與展望

當前預警系統還存在一些局限。

（1）深埋管道預警漏報。如定向鉆、頂管穿越 公路和鐵路的深埋管道，無(wú)法對預警效果進(jìn)行測試，即較小的地表擾動(dòng)無(wú)法抵達管道附近，較大的擾動(dòng)無(wú)法模擬。深埋管道遭受大型施工如鉆探打樁等，對管道破壞性大，存在較大安全風(fēng)險。如果預警系統無(wú)法準確預警，會(huì )導致管理盲點(diǎn)。如孝昌縣107國道頂管穿越處曾發(fā)生填土作業(yè)，預警系統未報警。

（2）管道下方、側方的挖掘行為無(wú)法預警。如新潔天然氣管道定向鉆穿越施工，預警系統無(wú)報警記錄。

（3）屏蔽功能需要進(jìn)一步優(yōu)化。例如管道與鐵路并行，鐵路行駛報警頻繁，采用屏蔽或降低報警閾值的方式可減少誤報。但是與鐵路并行段管道整體被屏蔽，會(huì )造成漏報。如屏蔽區內村民在管道上方清淤作業(yè)，其施工報警與鐵路行駛報警一同被屏蔽。

建議：預警系統下一步開(kāi)發(fā)方向，應盡量消除盲區、擴展數據存儲量和優(yōu)化屏蔽算法。強化數據反饋功能，方便地提取所需數據，進(jìn)行深度分析，預測大概率出現高風(fēng)險作業(yè)的區域，開(kāi)展有針對性的布防。

作者簡(jiǎn)介：童雷， 1987年生，工學(xué)碩士，中石化銷(xiāo)售華中分公司孝感輸油站站長(cháng)，工程師，主要從事管道保護工作。聯(lián)系方式： 15926448988，ful0327@126.com。