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

摘要：為有效預防和減少油氣管道內檢測通球作業(yè)時(shí)卡堵事件發(fā)生，利用光纖預警系統實(shí)時(shí)跟蹤定位檢測器位置并進(jìn)行應用效果分析。通過(guò)現場(chǎng)應用和測試，經(jīng)與人工偵測結果對比，光纖預警系統所測算的檢測器運行平均速度與實(shí)時(shí)速度差值約在0.1 m/s左右；所測算的實(shí)時(shí)位置（定位精度）以到達時(shí)間衡量其差值約在1 min以?xún)�。結果表明，光纖預警系統能夠較好地滿(mǎn)足內檢測器實(shí)時(shí)跟蹤應用需求，亦能滿(mǎn)足跟蹤過(guò)程中對區段內第三方外部風(fēng)險的有效篩別。

關(guān)鍵詞：光纖預警；管道內檢測；實(shí)時(shí)跟蹤；應用效果

油氣管道在進(jìn)行內檢測作業(yè)時(shí)，傳統的檢測器跟蹤方法主要采取定標設備監測和離散點(diǎn)人工監聽(tīng)相結合的方式，無(wú)法獲取檢測器運行實(shí)時(shí)速度和精準位置。如何能及時(shí)準確地判定檢測器的位置，為管理者更早介入和跟蹤后續作業(yè)爭取時(shí)間，有效預防和減少卡堵事件帶來(lái)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，采用光纖預警系統對檢測器進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。

1  技術(shù)原理概述

光纖預警系統利用埋地鋪設的管道伴行光纜，采用光纖傳感技術(shù)、計算機技術(shù)、通信設備和信號處理等技術(shù)手段，完成長(cháng)距離管道沿線(xiàn)信息的檢測、采集、處理和傳輸，對各種不同的振動(dòng)信號進(jìn)行分析和識別。當外界有振動(dòng)壓力信號作用于光纖時(shí)，會(huì )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(dòng)頻率和壓力光波相位會(huì )發(fā)生不同的變化，從而產(chǎn)生的信號也不同。最后，通過(guò)對光纖路由的數據采集，結合振動(dòng)信號反饋的時(shí)間和里程，可精準判斷振動(dòng)事件發(fā)生的位置。

通過(guò)對光纖預警系統的延伸探索，管道內檢測作業(yè)時(shí)檢測器與管壁緊密接觸，運行時(shí)摩擦必將形成振動(dòng)信號，管道與土壤的耦合，振動(dòng)信號作用到同溝敷設的光纜上，將使得光纖中傳輸的激光相位發(fā)生改變，檢測器在行進(jìn)過(guò)程中與管道焊縫的每一次撞擊，產(chǎn)生的振動(dòng)都會(huì )在振動(dòng)瀑布圖上產(chǎn)生一個(gè)類(lèi)似字母“V”的形狀（圖 1），通過(guò)檢測該振動(dòng)信號變化可以實(shí)現檢測器的跟蹤和定位。

圖 1 檢測器在運行過(guò)程中撞擊焊縫產(chǎn)生V字型振動(dòng)

2  實(shí)際應用

由于光纖預警系統受外部環(huán)境影響較大，信號收集時(shí)間是否與現場(chǎng)實(shí)時(shí)對應，管道周邊外部入侵活動(dòng)振動(dòng)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(guò)程中需探索的課題。

2.1  實(shí)施區間

西氣東輸忠武線(xiàn)管徑610 mm，設計壓力6.3 MPa，潛江至監利段全長(cháng)107 km，沿線(xiàn)設有2座閥室、3座分輸站。內檢測作業(yè)從潛江分輸站（管道里程為0 km）發(fā)球至監利清管站（107.614 km）收球，選定監利分輸站（62.013 km）至監利清管站44 km區段實(shí)施本次光纖預警系統對檢測器的跟蹤定位，同時(shí)對區段內第三方外部風(fēng)險進(jìn)行篩別。

2.2  實(shí)施過(guò)程

在起始端監利分輸站安裝光纖預警系統主機（圖 2），并對區段光纖衰減情況進(jìn)行檢測以選取光纜衰減程度較好的光纖，通過(guò)光纜熔接并在光纜末端增設放大器，使光纖鏈路整體完整有利于事件檢出。對沿線(xiàn)管道進(jìn)行現場(chǎng)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、現場(chǎng)環(huán)境、光纜進(jìn)行GIS定位。結合管道外部告警事件進(jìn)行現場(chǎng)復核，對算法庫進(jìn)行更新優(yōu)化，以區別外部威脅和檢測器信號告警。通過(guò)現場(chǎng)人工跟蹤檢測器（圖 4）結果與光纖預警系統測算數據進(jìn)行分析比對，以驗證跟蹤定位效果。

圖 2 光纖預警系統設備安裝現場(chǎng)

圖 3 沿線(xiàn)光纖信息采集點(diǎn)示例（每100 m～ 150 m ）

圖 4 現場(chǎng)監聽(tīng)點(diǎn)位設置

2.3  應用效果

本次內檢測共計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)現場(chǎng)監聽(tīng)點(diǎn)人工偵測時(shí)間與光纖預警系統測算時(shí)間對比分析如表 1所示。

表 1 現場(chǎng)監聽(tīng)點(diǎn)人工偵測時(shí)間與光纖預警系統測算時(shí)間對比分析表

由表 1可知， 與現場(chǎng)人工偵測結果對比，光纖預警系統所測算的檢測器運行平均速度與實(shí)時(shí)速度差值約為0.1 m/s，所測算的跟蹤定位實(shí)時(shí)位置（定位精度）以到站時(shí)間衡量，差值約在1 min以?xún)取?o:p>

現場(chǎng)應用過(guò)程中，通過(guò)信號甄別，在光纖預警系統振動(dòng)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，光纖預警系統對管道周邊入侵活動(dòng)信號識別不受其跟蹤定位檢測器的影響，可同時(shí)實(shí)時(shí)監測。

圖 5 系統反饋的檢測器及外部活動(dòng)信息

3  結語(yǔ)

本次應用光纖預警系統跟蹤定位內檢測器，表明其能夠有效識別檢測器運行過(guò)程中外部環(huán)境因素產(chǎn)生的其他信號來(lái)源，客觀(guān)實(shí)時(shí)對事件有效告警，在跟蹤定位檢測器位置和運行時(shí)間上與現場(chǎng)實(shí)際運行參數誤差較小，具有參考性。同時(shí)，光纖預警系統能夠進(jìn)行可視化提示且可復制性強，可以實(shí)現以下功能。

（1）能自動(dòng)記錄并分析內檢測器運行的實(shí)時(shí)速度、平均速度，以評估運行速度是否在合理區間，并結合當前位置與管道里程計算下一關(guān)鍵點(diǎn)到達時(shí)間。

（2）在GIS地圖上實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)展示內檢測器位置，通球信息自動(dòng)彈出并實(shí)時(shí)更新，通過(guò)能量圖直觀(guān)呈現出清管器運行狀態(tài)。

（3）可以精準計劃內檢測過(guò)程中檢測器位置上下游的作業(yè)流程，對于管輸過(guò)程的閥門(mén)開(kāi)閉及啟輸作業(yè)有指導意義，有效提高工作效率。

作者簡(jiǎn)介：舒亮，工程師，主要從事長(cháng)輸油氣管道保護、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。