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管道研究

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OTDR分布式光纤预警系统的应用与优化

来源:《管道保护》杂志 作者:童雷 时间:2020-7-21 阅读:

童雷

中国石化销售股份有限公司华中分公司

 

 

摘  要:介绍了OTDR分布式光纤预警系统在输油管道的一般应用和进阶应用。总结实践经验提出了预警系统优化措施和深化应用,指出了系统的局限性和未来发展方向。

关键词:光纤预警;第三方施工;管道巡护

 

 

OTDR(光时域反射)分布式光纤预警可保护管道免遭第三方施工损坏,是管道保护领域新技术,其科技优势明显,取得了较好的应用效果。如何与现有的巡护资源相互融合,需要进一步探索和优化。

1 预警系统构成

分布式光纤预警系统主要功能模块包括:①分布式微振动光纤传感器:即为管道同沟敷设的光缆;②光纤振动信号检测装置:负责检测光纤振动所产生的信号,并转换为电信号;③信号分析与识别装置:负责对振动信号进行分析处理和振动事件的算法识别;④中继放大装置:包括发射装置和接收装置,负责延长系统的检测距离;⑤站场监测终端:负责显示系统监测信息,包括GIS地图、瀑布图、报警信息等内容。系统构成如图 1所示,系统报警界面如图 2所示。

                    

2 预警系统应用

2.1 基本应用

预警系统能够发现管道附近大多数人工挖掘、机械挖掘行为,以及管道周边的细微扰动,以下为湖北孝感站部分应用案例。

2020年4月19日,管道正上方人工开挖探坑,与报警情况相符。

2020年4月24日,系统报警,经现场核实后为机械农耕,与报警情况相符。

2019年12月24日,公路与管道交叉处土地平整,与报警情况相符。

2019年10月17日,管道附近使用挖掘机修建龙虾养殖池,与报警情况相符。

图 3 (下)为 2020年2~3月疫情封城期间系统报警情况统计,图 3(上)为上年同期情况,对比发现总报警数量比上年减少62%、施工报警数量减少91%。

2.2 进阶应用

在应用过程中,发现预警系统有“代替人工跟踪清管器”和“探查管道周边地质变化”等应用潜力。

2018年11月,孝感站首次尝试采用预警系统跟踪清管器,预警系统定位与人工现场定位相互验证一致。

2019年8月,孝昌县白沙镇胜七山头报警,经现场核实发现管道周边存在水土流失。同年12月,孝感发生地震,管道距离震中最近约57公里,后台捕捉到地震波,但未引起报警。

2.3 预警系统优化

实际工作中,人工巡护侧重于提前防范重大灾害天气、重大建设项目等预期性较强的事件;而光纤预警侧重于防范突发性、随机性事件。

光纤预警技术的灵敏度高则报警数量多,低风险和极低风险的报警大量增加,会使人工复核陷入“疲劳战”泥潭;灵敏度低则中风险报警会被“过滤”掉,使预警功能名存实亡。系统应用两年来,笔者认为,应充分发挥和优化预警系统的“辅助判断”功能,以提高管道管理人员的“决策”能力,保持二者之间的平衡。

(1)对报警结果进行简化和分级管理。将最初的14项简化为6项;并根据扰动方式(机械或者人工)、力度、频率、次数、持续时间等后台数据,将报警分为四个等级,按照报警等级指派外管道管理员或者巡线工进行现场复核(表 1)。

(2)加入多维度信息。收集管道长度、光缆长度、经纬度、标记点高程、地理环境、土质情况、现场照片等方面的信息。结合管道高风险区域、物权人信息等,对报警点管道环境信息进行校对和录入,给报警情况分析和复核、确定优先处置程度提供参考依据。

(3)升级报警精度。由于光缆铺设过程中存在盘缆、光缆弯曲等因素,导致光缆长度与管道长度不一致。孝感站安排作业人员和预警系统开发商一起通过现场敲击的方式,将光缆与管道长度进行二次匹配,使定位精度由50米精确到20米。

优化后的预警系统升级为光纤油气管道安全预警系统V3.2.4.0,可详细显示报警点管道周边信息,增加了区域信息和物权人信息,同时部分新报警点还增加了所在标志桩的现场照片(图 4)。

3 预警系统局限与展望

当前预警系统还存在一些局限。

(1)深埋管道预警漏报。如定向钻、顶管穿越 公路和铁路的深埋管道,无法对预警效果进行测试,即较小的地表扰动无法抵达管道附近,较大的扰动无法模拟。深埋管道遭受大型施工如钻探打桩等,对管道破坏性大,存在较大安全风险。如果预警系统无法准确预警,会导致管理盲点。如孝昌县107国道顶管穿越处曾发生填土作业,预警系统未报警。

(2)管道下方、侧方的挖掘行为无法预警。如新洁天然气管道定向钻穿越施工,预警系统无报警记录。

(3)屏蔽功能需要进一步优化。例如管道与铁路并行,铁路行驶报警频繁,采用屏蔽或降低报警阈值的方式可减少误报。但是与铁路并行段管道整体被屏蔽,会造成漏报。如屏蔽区内村民在管道上方清淤作业,其施工报警与铁路行驶报警一同被屏蔽。

建议:预警系统下一步开发方向,应尽量消除盲区、扩展数据存储量和优化屏蔽算法。强化数据反馈功能,方便地提取所需数据,进行深度分析,预测大概率出现高风险作业的区域,开展有针对性的布防。

 

作者简介:童雷, 1987年生,工学硕士,中石化销售华中分公司孝感输油站站长,工程师,主要从事管道保护工作。联系方式: 15926448988,ful0327@126.com。

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