舒亮1 曹国飞2 沈煜博1

1.国家管网集团西气东输武汉输气分公司；2.国家管网集团西气东输公司管道部

摘要：为有效预防和减少油气管道内检测通球作业时卡堵事件发生，利用光纤预警系统实时跟踪定位检测器位置并进行应用效果分析。通过现场应用和测试，经与人工侦测结果对比，光纤预警系统所测算的检测器运行平均速度与实时速度差值约在0.1 m/s左右；所测算的实时位置（定位精度）以到达时间衡量其差值约在1 min以内。结果表明，光纤预警系统能够较好地满足内检测器实时跟踪应用需求，亦能满足跟踪过程中对区段内第三方外部风险的有效筛别。

关键词：光纤预警；管道内检测；实时跟踪；应用效果

油气管道在进行内检测作业时，传统的检测器跟踪方法主要采取定标设备监测和离散点人工监听相结合的方式，无法获取检测器运行实时速度和精准位置。如何能及时准确地判定检测器的位置，为管理者更早介入和跟踪后续作业争取时间，有效预防和减少卡堵事件带来的影响，是行业管理者迫切需要解决的难题。笔者探讨利用油气管道伴行光缆，采用光纤预警系统对检测器进行实时跟踪。

1  技术原理概述

光纤预警系统利用埋地铺设的管道伴行光缆，采用光纤传感技术、计算机技术、通信设备和信号处理等技术手段，完成长距离管道沿线信息的检测、采集、处理和传输，对各种不同的振动信号进行分析和识别。当外界有振动压力信号作用于光纤时，会引起光纤折射率的变化，进而引起光波相位的变化，不同的振动频率和压力光波相位会发生不同的变化，从而产生的信号也不同。最后，通过对光纤路由的数据采集，结合振动信号反馈的时间和里程，可精准判断振动事件发生的位置。

通过对光纤预警系统的延伸探索，管道内检测作业时检测器与管壁紧密接触，运行时摩擦必将形成振动信号，管道与土壤的耦合，振动信号作用到同沟敷设的光缆上，将使得光纤中传输的激光相位发生改变，检测器在行进过程中与管道焊缝的每一次撞击，产生的振动都会在振动瀑布图上产生一个类似字母“V”的形状（图 1），通过检测该振动信号变化可以实现检测器的跟踪和定位。

图 1 检测器在运行过程中撞击焊缝产生V字型振动

2  实际应用

由于光纤预警系统受外部环境影响较大，信号收集时间是否与现场实时对应，管道周边外部入侵活动振动信号源是否对检测器信号造成干扰，是本次跟踪定位检测器过程中需探索的课题。

2.1  实施区间

西气东输忠武线管径610 mm，设计压力6.3 MPa，潜江至监利段全长107 km，沿线设有2座阀室、3座分输站。内检测作业从潜江分输站（管道里程为0 km）发球至监利清管站（107.614 km）收球，选定监利分输站（62.013 km）至监利清管站44 km区段实施本次光纤预警系统对检测器的跟踪定位，同时对区段内第三方外部风险进行筛别。

2.2  实施过程

在起始端监利分输站安装光纤预警系统主机（图 2），并对区段光纤衰减情况进行检测以选取光缆衰减程度较好的光纤，通过光缆熔接并在光缆末端增设放大器，使光纤链路整体完整有利于事件检出。对沿线管道进行现场踏勘，沿管道路由进行信息采集，平均每100 m～150 m采集一次传感信号（图 3），对管道桩牌信息、现场环境、光缆进行GIS定位。结合管道外部告警事件进行现场复核，对算法库进行更新优化，以区别外部威胁和检测器信号告警。通过现场人工跟踪检测器（图 4）结果与光纤预警系统测算数据进行分析比对，以验证跟踪定位效果。

图 2 光纤预警系统设备安装现场

图 3 沿线光纤信息采集点示例（每100 m～ 150 m ）

图 4 现场监听点位设置

2.3  应用效果

本次内检测共计5次通球作业，分别为测径清管器、钢刷清管器、磁力检测器、几何检测器及漏磁检测器。5次通球作业现场监听点人工侦测时间与光纤预警系统测算时间对比分析如表 1所示。

表 1 现场监听点人工侦测时间与光纤预警系统测算时间对比分析表

由表 1可知， 与现场人工侦测结果对比，光纤预警系统所测算的检测器运行平均速度与实时速度差值约为0.1 m/s，所测算的跟踪定位实时位置（定位精度）以到站时间衡量，差值约在1 min以内。

现场应用过程中，通过信号甄别，在光纤预警系统振动信号中也反馈了不同于检测器的其他信号源（图 5）。由图 5可知，光纤预警系统对管道周边入侵活动信号识别不受其跟踪定位检测器的影响，可同时实时监测。

图 5 系统反馈的检测器及外部活动信息

3  结语

本次应用光纤预警系统跟踪定位内检测器，表明其能够有效识别检测器运行过程中外部环境因素产生的其他信号来源，客观实时对事件有效告警，在跟踪定位检测器位置和运行时间上与现场实际运行参数误差较小，具有参考性。同时，光纤预警系统能够进行可视化提示且可复制性强，可以实现以下功能。

（1）能自动记录并分析内检测器运行的实时速度、平均速度，以评估运行速度是否在合理区间，并结合当前位置与管道里程计算下一关键点到达时间。

（2）在GIS地图上实时动态展示内检测器位置，通球信息自动弹出并实时更新，通过能量图直观呈现出清管器运行状态。

（3）可以精准计划内检测过程中检测器位置上下游的作业流程，对于管输过程的阀门开闭及启输作业有指导意义，有效提高工作效率。

作者简介：舒亮，工程师，主要从事长输油气管道保护、腐蚀控制、管道本体完整性等管理工作。联系方式：13971236769，30013608@qq.com。