管道泄漏监测系统技术方案

管 道 泄 漏 监 测 系 统技术方案北京奥普智信光科技术有限公司兰州奥普信息技术有限公司2021年 9月目录1. 综述31.1. 光纤传感简介31.2. 管道泄漏监测系统技术介绍31.3. 设计标准及规范52. 系统原理52.1. 长输管道泄漏监测基本原理52.1.1. 管道泄漏检测的温差原理62.2. 系统组成82.2.1. 探测主机硬件性能指标82.3. 系统功能：91. 综述1.1. 光纤传感简介 激光光纤传感法的监测原理为管道泄漏引起附近的光纤温度变化，最终通过激光技术来探测引起光纤感温的部位，采用软件分析激光的变化特性从而确定管道泄漏的部位。 传感器为光纤，目前的一般探测长度可达到30km-60km 。当光纤传感器受到温度变化、物体运动(比如径向或轴向压缩、拉伸和弯曲等) 或声信号(如应变波或声发射波) 的扰动时，传感器的响应将是扰动引起光纤敏化部分的函数。目前光纤传感器的响应频率范围为 0. 1 Hz100 kHz。 基于分布式光纤测温原理的泄漏检测系统利用通信干线光缆中的2芯作为基于分布式光纤测温原理的泄漏检测系统的传感兼通信光纤，和管线同沟埋地敷设，与管道间距500mm；探测专用线具有耐高温的特点，可以用于高温环境下的通信和温度监测。管道泄漏监测系统可以监测输油管道、天燃气管道的泄漏，并提出预警，使工作人员可以及时采取措施，防止危险行动进一步发生。 管道泄漏监测系统的传感器是光学器件，不受电磁干扰，因此该系统测试灵敏度较高，同时可使用现有直埋通信系统光缆进行监测，大大降低工程费用。1.2. 管道泄漏监测系统技术介绍 光纤具备造价低廉、耐腐蚀、长距离敷设无须现场供电等优点，监测原理采用基于分布式光纤传感技术。利用基于分布式光纤测温原理的泄漏检测系统可连续监测沿光缆方向管道的温度变化情况确定发生泄漏的部位。基于分布式光纤测温原理的泄漏检测系统利用光纤的布里渊散射原理，针对各种事件引起的土壤温度不同的特点，通过对各种事件引起的土壤温度变化的捕捉分析来判断和报告各种事件的发生，及时提醒工作人员到现场了解情况，从而阻止事件的进一步发展。管道泄漏监测系统，利用通讯光缆作为探测工具，由光纤测温主机（光纤线型感温探测器AP658-03B、管道泄漏监测系统、服务器、机柜）和探测专用线（铠装光缆）等部分组成，可实时的不间断的监测天然气管道泄漏危害现象，并能准确无误的指出泄漏或发生故障的地段，确保传输的安全。目前该系统已被许多国家的石油、天然气、煤气、通讯电力及城市各种管道设备所采用。奥普公司开发的基于分布式光纤测温原理的泄漏检测系统的核心是光纤温度传感器，其创造性的特殊功能可捕捉哪怕是微小的物理温度变动信号，并具有智能算法，实现高精度指标，预防误报。本项目采用光纤的布里渊散射原理技术，漏孔在管道上泄漏会造成局部的温度突变，我们跟踪这一地点的温度突变信息，就可探测出相应的管道泄漏。与传统的电传感器相比，光纤传感器在传感网络应用中具有非常明显的技术优势： 应用场合广； 可靠性好、抗干扰能力强，由于光纤对被感测信息用光波编码，而波长、频率等是一种绝对参量，它不受光源功率波动以及光纤弯曲等因素引起的系统损耗的影响，因而光纤传感器具有非常好的可靠性和稳定性； 抗电磁干扰、抗腐蚀、能在恶劣的化学环境下工作； 可复用性强，采用多个光纤传感系统，可以构成分布式光纤传感网络； 可以区分干扰造成的错误报警。光纤不仅仅用于信号传输，在外界环境因素指标的探测应用中采用光纤，还可使光纤作为传感器。当外界干扰或者温度等因素变化影响传到光纤时，光纤传输的光的部分特性就会改变，通过光纤信号处理器能监测光的特性变化。通过光传感解调，可以探测到许多事件和状态，这些事件包括：温度、张力、位移、损坏、破坏、振动/频率、冲击、声波、负载等。光纤传感技术不但可以将光纤作为传感器，而且还具有精确定位功能。1.3. 设计标准及规范 标准规范编号标准规范名称SY/T 4108输油（气）管道同沟敷设光缆（硅芯管）设计及施工规范YD/T 814.1-2013光缆接头盒 第 1 部分：室外光缆接头盒YD5102-2010通信线路工程设计规范JJF 1630-2017分布式光纤温度计校准规范2. 系统原理2.1. 长输管道泄漏监测基本原理当天然气管道出现泄漏后，由于焦耳-汤姆逊效应，泄漏位置会迅速发展为低温点，伴随着该位置的温度变化（12m长），管道表面周围的土壤将形成温度梯度。冷却效应（与气体类型和压力直接相关）与土壤温度无关，并且无论环境土壤温度如何，冷却效应的量级保持不变。利用基于分布式光纤测温原理的泄漏检测系统可连续监测沿光缆方向管道的温度变化情况确定发生泄漏的部位。基于分布式光纤测温原理的泄漏检测系统利用光纤的布里渊散射原理，布里渊散射是光波与声波在光纤中传播时相互作用而产生的光散射过程，散射光的频率相对于入射光有一个频移，该频移通常称为布里渊频移，布里渊频移大小与光纤材料声波波速有直接关系。当与散射光频率相关的光纤材料特性受温度和应变的影响时，布里渊频移大小将发生变化，因此通过测定脉冲光的背向布里渊散射光的频移就可实现温度、应变测量。附图：气体泄漏导致光纤温度变化长输天然气管道温度监测原理：当管道某处发生天然气泄漏时，该处管道光纤监测温度下降；对某一段管道一段时间内光纤监测温度逐渐降低，系统会于管道前期温度进行比较。如果超过设定温度变化值，则可判断管道泄漏，系统还能准确定位故障地点，提供地图信息和GPS坐标，为管道故障抢修，缩短时间，为客户提高经济效益。2.1.1. 管道泄漏检测的温差原理对于发生微小泄漏而振动效应很小的场合，奥普公司利用分布式光纤温度传感系统原理，根据泄漏位置温度的异常判断是否有泄漏发生。它不但能够实时监测管道沿途的温度场状况，而且利用管道所处的温度模场的温度超标和温升速率异常，分析出管道中及其微小并且缓慢泄漏的位置所在，尽早的通知管道系统进行检修，防止了灾害的进一步扩大。管道泄漏监测基于焦耳-汤姆逊效应，由于泄漏发生的压力变化，导致漏点周围温度的变化，软件通过连续采集管道周围的温度，建立与时间有关的温度场模式，进行综合分析，从而识别出泄漏事件的发生。0.5 o C/bar x P的典型指标表明了极小的压力变化都会导致明显的温度差异，而管道输送液体如原油、含盐液体或者加热液体都会比其周围土壤温度高，LPG、LNG天然气等都比周围土壤温度低，任何微小的泄漏都会导致管壁附近的温度升高或者降低。当天然气管道出现泄漏后，由于焦耳-汤姆逊效应，泄漏位置会迅速发展为低温点，伴随着该位置的温度变化（12m长），管道表面周围的土壤将形成温度梯度。冷却效应（与气体类型和压力直接相关）与土壤温度无关，并且无论环境土壤温度如何，冷却效应的量级保持不变。利用基于分布式光纤测温原理的泄漏检测系统可连续监测沿光缆方向管道的温度变化情况确定发生泄漏的部位。不同管道泄漏的温度效应附图：液体管道泄漏温度效应附图：气体管道泄漏温度效应2.2. 系统组成 光纤测温系统由光纤测温主机、传感兼传输光缆、信息处理及分析系统等组成。传感兼传输光缆作为分布式传感器，实时感应光纤周围的温度的变化并传输至光纤测温主机，管道上方或侧上方敷设一根传感兼传输光缆，利用已敷设通信光缆中一芯光纤组成测量回路；光纤测温主机采集管道光纤周围的温度信号，传感兼传输光缆由业主提供并敷设。光纤测温主机接收、处理管道沿线光信号直接进行解调，并将解调后的数据上传到廊坊分控中心信息处理及分析系统。信息处理及分析系统由信息处理、及显示软件和服务器构成，其中服务器为业主从虚拟化平台中划分的一台虚拟机。信息处理及分析系统接收、处理和显示光纤测温主机上传的数据，实现全线预警信息显示和对光纤测温主机管理。2.2.1. 探测主机硬件性能指标 内容性能指标主机测量距离30km- 60km 温度分辨率0.1光功率损耗预算24dB测温范围-80+300空间分辨率1m通讯接口100M以太网接口/RJ45、RS485、RS232主机工作电压AC220V，50Hz定位精度5m20m响应时间5s40s误报率6次/月/60公里接口协议支持TCP/IP，Modbus,IEC 104，DNP3等通信协议通讯接口RS232、RS485、LAN、100M以太网接口光接口规格FC/APC E2000电源AC220 V, 50 Hz主机工作环境-1050工作湿度相对湿度95%相对湿度（无凝露）继电器输出可通过接口扩展2.3. 系统功能：我公司泄漏监测系统具有比较高的可靠性、高稳定性和兼容性，经过10年研发期，奥普智信管道泄漏监测系统是先进的、成熟的，经过一些项目实践考验过的，且具有易于操作、维护的特性。1) 软件采用智能识别和算法等技术，供货商应负责定期对分析数据库进行完善，通过智能识别技术排除误报警，提高系统的可用性。l 泄漏监测系统具有先进的技术原理及构成、监测方式，以及系统功能。l 泄漏监测管理软件具有操作性、安全性、算法的先进性。 l 具有持续正常运行提供不间断有效泄漏信息识别的能力。l 提供天然气管道泄漏监测系统有强大的数据分析功能，不同时刻管道温度对比，兴趣点温度随时间变化趋势，管道温度动态回放，数据统计及报告，数据导出，历史数据及报警查询等。l 相关性对比分析和降低误报l 智能识别和模态建模，提高行为识别能力。2) 数据采集功能。每个测温主机能自动把测量数据发送到服务器中。l 具有实时的管道温度在线测量，利用光纤作为温度传感器，实时的获得管道当前温度状态，并存储在本地和远程数据库内。l 具有显示当前采集得到的实时温度，呈现监测的所有管道的布局图；显示各管道设置报警指标的当前的量值，并以颜色表征被监测管道的温度，实时显示各点温度随时间变化曲线。l 具有实时多点分布式同步采集能力，当管网不同点出现多个监测信号异常，系统具有泄漏监测多种、多点异常分析和报警的能力。3) 数据分析功能：能够依据不同类型的泄漏情况，综合不同的泄漏算法生成警报。4) 报警显示功能和报警分级功能。可设定光纤分区及多级温度报警值；对月/年进行统计，输出报表或曲线。l 系统具有预警定位、断纤定位功能，对于预警定位、断纤能精准定位。l 系统预警和报警的实用性，方便性。对安全生产能起到保障作用。具有良好的消除漏报、误报措施，保证系统安全稳定性。l 具有的每个通道可以设置多个独立报警分区，作为开关量端子输出的对应区域。l 断纤的故障诊断和报警；5) 数据存储功能。历史告警数据、告警事件数据存储到服务器的数据库中。l 系统软件具有采集数据控制（设置采集周期、频率、远程诊断调试等功能）、数据存储与对PIS接口、分级预警设置、监测及预警信息展示、数据查询与分析统计、数据导出、用户管理、监测简报自动生成等功能。软件界面必须为中文操作界面。l 历史数据的采集、归档和趋势显示； l 系统具有本地和异地存储历史数据的功能，以便于查找。 6) 数据查询功能。支持历史告警数据查询。l 人机界面（HMI）以安全、灵活、友好和操作方便的原则设计；实现人们对泄漏监测报警系统的应用和管理，以及相应的软件开发、培训，诊断和故障处理；能显示实时数据及历史数据。 l 离线泄漏状态监测和泄漏定位，