摘要：油气管道安全运行情况会对管道运营企业产生较大的影响，如果出现安全事故会造成大范围的环境污染事故。本文对油气管道位移光纤监测理论和系统定位理论进行分析，并对油气管道位移光纤定位监测信号实验情况展开探讨，可供相关人员参考。
关键词：油气管道；光纤传感；安全监测；信号
位移光纤监测技术应用到油气介质管道安全运行监测中，该技术不会受到管道运输介质特点和工况等方面的影响，有着较高的定位精度和灵敏度，可以更好地保证油气管道安全运行。需要对油气管道位移光纤监测技术定位理论进行深入研究，采取试验的手段来对人工挖掘、敲击、滚石和落石等情况下的异常位移信号特点进行采集和研究，并对定位精度进行分析，对该技术在油气管道中的应用打下了基实的基础。
1油气管道位移光纤监测理论
位移光纤振动传感器对油气管道进行监测，把超过3芯的光缆和油气管道在相同的沟槽中进行铺设。在油气管道上部距离地面约1米，采用2条光纤用于传输传感信号，另外一条用于光信号的传输。这3条件光纤可以组建成光纤干涉仪器，可以对油气管道周围的振动情况进行实时监测。从光源部位形成的光波，传输到分布式光纤振动传感装置之前，被划分成强度相同的两束光线。监测系统中的两个用于输送传感信号的光纤，会同时向两个不同的方向进行传输。
如果油气管线方向有振动源，例如，油气管道存在泄露或地面部位有挖掘作业等，光纤则会承受振动而引起的应力变化，使得光纤折射率、长度及直径等产生改变，光波信号在传输过程中会存在相位调制。顺着信号传输方向，两束光信号在光纤电缆中进行传输，会存在相位调制作用向着振动传感装置的首端方向传输，在首端部位出现干涉现象，然后被传输到光电探测器。同时，顺着光信号传输方向，两束光信号在光纤电缆中传播，会受到同样的相位调制影响，向着传感装置的末端方向传输，从而在末端部位出现干涉，以过第3条光行进入到首端部位，然后再到达到光电探测器。两个光电探测器把两束光信号干涉信号转换为电信号，经过模数转换后输入到计算机中进行处理，多而获取到定位特性，进行油气管道故障识别和定位。
2系统定位理论
分布式光纤预警技术可以对油气管道异常故障进行准确地定位，避免油气管道运营企业带来较大的经济损失，工作人员的生命安全也会得到保证，也可以防止对生态环境造成污染，可以在管道出现泄露事件之前采取有效的处理措施。
当前，利用负压力波来对油气管道泄露故障进行监测，可以对泄漏点进行准确地定位，结合油气管道两个端部运行压力和介质流量等运行数据，可以油气管道是否出现泄露进行识别和分析。该监测技术会受到输送介质的特点和工况等因素的影响，如果管道出现细微的泄漏则无法有效监测到。
分布式光纤监测技术采用光纤振动传感检测装置，根据接收到的光纤信号时间差来判断油气管道出现故障的位置。光波信号在光纤电缆中有着十分稳定的传输，传输速度不会受到油气管道输送介质、压力和温度等影响，有着很高的检测精度。
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如果油气管道的长度值为L，相同管道沟内敷设的光纤传感装置也是相同长度，x是事发位置点距离管道首端的距离，管道首端到两个光电探测装置距离值为A，该距离为常量，所有数值的单位都是为m。根据定位原理中的相关知识，如果光信号在光纤电缆中传输速度为v，那么从事件发生位置点顺着信号传输方向到达油气管道首端时间设置为t1，经过的距离值为s1。光信号从事件位置端顺着不向的传输方向到达油气管道首端的时间值为t2，经过的距离为s2。两个不同传输方向产生的路程差值为，传输时间差值为，可以得到变量间的关系式为：
，（1）
从公式1中可以看出，为了获取到准确的故障位置点，应该得到两个不同方向的干涉光信号输入以光电探测器的时间差，时间差精度情况决定着是否能获取到准确的故障位置。
3油气管道位移光纤定位监测信号实验
3.1位移光纤定位试验环境
为了对油气管道异常位置情况和管道安全事件进行监测性能进行测试，采用天然气管道来进行性能验证实验。天然气管道采用规格为的L415B钢管。油气管线经过山地区域复杂地表，海拔高度在800-900米。通信光缆和天然气管线同沟埋设，为衰减级为A级的通信光最终版，可以在1310-1550纳米级波长区间进行信号传输。该光缆采用聚乙烯护套和钢带铠装，并利用硅管进行防御。经地公路和河流时，采用硅芯管外衬的钢管进行防护，埋设深度在0.7-1.2米。监测的首端部位设置1#阀室，末端为2#阀室，有用OTDR来对光纤电缆首测进行测试，通信光缆的总长度在3.25公里，监测系统安装在1#阀室机柜内，采用一台4U工控机进行数据处理和显示，一台1U工控机用于激光光源控制，另一台1U工控机作为光电转换器。
3.2实验信号分析
由于天然气管线地形条件比较复杂，需要结合地形特点和管道的走向，选取4处不同位置进行实验，位置点设置在陡坡、阀室、农田边缘和跨越区段。利用人工挖掘、敲击、滚石和落石四种不同方式进行模拟：1）在油气管道的跨越区段，距离1#阀室900米左右，轻轻敲击油气管道跨越区段光缆外部的保护钢管，从获取到的信号图中可以看出振动信号在880米位置，该信号频率较高存在的时间较短。2）落石实验位置设置在农田边缘和跨越区段，与1#阀室距离1公里，采用重量在5公斤的石块，距离实验点1.2米位置落下，光缆埋设在地表1米。对原初信号进行处理之后的信号图中可以看出，落石位置点在1030米。3）在陡坡位置点进行滚石振动影响试验，从获取到的信号图中可以发现，形成的振动信号幅度不大，需要把报警阀下限值再次调低，可以获取到报警位置点。4）人工挖掘性能试验设置在滚石位置附近，采用人工方式进行锄地，对油气管道上部形成了振动，与其它振动原因进行比较来看，人工挖掘形成的信号频率不高，存在着较大的定位误差。
4结束语
综上所述，采用位移光纤技术对油气管道进行监测，可以对多种类型产生的油气管道安全事件进行监测和报警，可以准确识别出距离油气管道1.5公里范围内的安全威胁，从而保证油气管道安全运行。
参考文献：
[1]孙茜.Ф-OTDR光纤预警系统模式识别方法研究[D].天津大学，2015.
[2]迟延光.分布式光纤应变检测仪设计[D].太原理工大学，2019.
论文作者:李爱平
论文发表刊物:《文化时代》2019年19期
论文发表时间:2020/3/18
标签：油气论文; 管道论文; 光纤论文; 信号论文; 位移论文; 位置论文; 距离论文; 《文化时代》2019年19期论文;