CN113124322A - 一种天然气管道冰堵定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种天然气管道冰堵定位方法及系统，所述方法包括：沿天然气管道埋设通信光缆；在第一阀室中安装监控主机和首端模块，在与第一阀室相邻的第二阀室中安装末端模块，以便通过通信光缆，将所述监控主机、所述首端模块和所述末端模块连接在一起，形成光通路；所述监控主机经由所述首端模块向通信光缆发出光检测信号，并接收通信光缆经由所述首端模块返回的第一光信号，以及接收通信光缆经由所述末端模块返回的第二光信号；所述监控主机对所述第一光信号进行分析，确定所述第一和第二阀室之间是否存在冰堵；所述监控主机在确定所述第一和第二阀室之间存在冰堵时，通过计算所述第一光信号和所述第二光信号的时间差，确定天然气管道冰堵定位。

Description

一种天然气管道冰堵定位方法及系统

技术领域

本发明涉及天然气管道冰堵检测领域，特别涉及一种天然气管道冰堵定位方法及系统。

背景技术

天然气输气管道和分输站经常出现冰堵现象，给管线运行和安全带来极大的隐患。一旦出现管线冰堵，必须采取紧急应对措施，通过天然气管道加热、注醇和清管等处理方法，在短时间内使管道内冰堵消融恢复供气。但是，采取应急措施要准确地确定冰堵的位置才能发挥更好的效果，由于管线埋入地下，同时沿线环境复杂，地质条件恶劣，常规的冰堵位置确定方法多采用人工观测法，即根据管道路由和沿线的地形地貌靠人工分析和现场巡查，效率低，可靠性差，费时费力，甚至无法确定冰堵以及冰堵位置。

由于通过常规的冰堵位置确定方法不能准确确定冰堵与否以及冰堵点的确切位置，无法及时地为抢险工作提供有效的技术支持，因此有必要提供一种快速准确定位冰堵位置的方法，以便采取有效的措施排除险情。

发明内容

本发明实施例提供的一种天然气管道冰堵定位方法及系统，解决不能快速、准确地确定天然气输气管道冰堵与否以及位置的问题。

本发明实施例提供的一种天然气管道冰堵定位方法，所述方法包括：

沿天然气管道埋设通信光缆；

在天然气管道的第一阀室中安装监控主机和首端模块，在与所述第一阀室相邻的天然气管道的第二阀室中安装末端模块，以便通过通信光缆，将所述监控主机、所述首端模块和所述末端模块连接在一起，形成光通路；

所述监控主机经由所述首端模块向通信光缆发出光检测信号，并接收通信光缆经由所述首端模块返回的第一光信号，以及接收通信光缆经由所述末端模块返回的第二光信号；

所述监控主机对所述第一光信号进行分析，确定所述第一和第二阀室之间是否存在冰堵；

所述监控主机在确定所述第一和第二阀室之间存在冰堵时，通过计算所述第一光信号和所述第二光信号的时间差，确定天然气管道冰堵定位。

优选地，当根据相邻的第一和第二阀室之间的管内压力差预判所述第一和第二阀室之间的天然气管道存在冰堵时，在所述第一阀室中安装监控主机和首端模块，在所述第二阀室中安装末端模块。

优选地，所述通信光缆包括第一、第二、第三光纤，所述通过通信光缆，将所述监控主机、所述首端模块和所述末端模块连接在一起，形成光通路包括：

通过引导光纤，连接所述监控主机和所述首端模块；

通过第一和第二光纤，连接所述首端模块和所述末端模块；

通过第三光纤，连接所述末端模块和所述监控主机。

优选地，所述监控主机包括激光器、第一探测器和第二探测器，所述监控主机经由所述首端模块向通信光缆发出光检测信号，并接收通信光缆经由所述首端模块返回的第一光信号，以及接收通信光缆经由所述末端模块返回的第二光信号包括：

所述监控主机利用其激光器向所述首端模块发出光检测信号，以便所述首端模块对所述光检测信号进行分光，并将分光得到的两路分光信号分别传送至第一和第二光纤，以及将从第一和第二光纤返回的光信号进行合光，并将合光得到的第一光信号传送至所述监控主机；

所述监控主机利用其第一探测器探测所述第一光信号；

所述监控主机利用其第二探测器探测所述末端模块经由第三光纤传送的所述第二光信号，其中所述第二光信号是所述末端模块将来自第一和第二光纤的光信号进行合路后得到的。

优选地，从第一和第二光纤返回的光信号是受扰动而产生的干涉信号，所述监控主机对所述第一光信号进行分析，确定所述第一和第二阀室之间是否存在冰堵包括：

所述监控主机对所述第一光信号进行分析，得到所述第一光信号的多个特征信息，并根据所述第一光信号的多个特征信息，确定所述第一和第二阀室之间是否存在冰堵。

优选地，所述根据所述第一光信号的多个特征信息，确定所述第一和第二阀室之间是否存在冰堵包括：

所述监控主机根据所述第一光信号的多个特征信息，建立扰动事件模型，并根据所述事件模型，确定引起扰动的事件类型是否是所述第一和第二阀室之间的天然气管道冰堵事件；

或者，所述监控主机将所述第一光信号的多个特征信息分别与天然气管道冰堵事件对应的多个特征信息进行匹配，若匹配，则确定所述第一和第二阀室之间存在冰堵。

优选地，所述多个特征信息包括所述第一光信号的振幅、持续时间、频率、能量平均值、重复性、连续性中的两个或以上。

优选地，所述监控主机在确定所述第一和第二阀室之间存在冰堵时，通过计算所述第一光信号和所述第二光信号的时间差，确定天然气管道冰堵定位包括：

所述监控主机根据其第一探测器探测到所述第一光信号的时间和其第二探测器探测到所述第二光信号的时间，确定探测到所述第一光信号和所述第二光信号的时间差；

所述监控主机根据光通路的总长度以及探测到所述第一光信号和所述第二光信号的时间差，确定天然气管道冰堵定位。

优选地，通过以下公式确定天然气管道冰堵定位：

L1＝(L-V△t)/2

其中，L1是扰动点到第一探测器的距离，L是光通路的总长度，V是光在光纤中的传输速度，△t是探测到所述第一光信号和所述第二光信号的时间差。

本发明实施例提供的一种天然气管道冰堵定位系统，所述系统包括：

沿天然气管道埋设的通信光缆；

监控主机和首端模块，安装在天然气管道的第一阀室中；

末端模块，安装在与所述第一阀室相邻的天然气管道的第二阀室中；

其中，所述监控主机、所述首端模块和所述末端模块通过通信光缆连接在一起，形成光通路；

其中，所述监控主机经由所述首端模块向通信光缆发出光检测信号，并接收通信光缆经由所述首端模块返回的第一光信号以及经由所述末端模块返回的第二光信号，然后对所述第一光信号进行分析，确定所述第一和第二阀室之间是否存在冰堵，并在确定所述第一和第二阀室之间存在冰堵时，通过计算所述第一光信号和所述第二光信号的时间差，确定天然气管道冰堵定位。

本发明实施例的监控主机通过分析受扰动的第一光信号，能够准确确定相邻阀室之间的天然气管道冰堵与否，并根据监控主机探测到的第一光信号和第二光信号，能够准确确定相邻阀室之间的天然气管道的冰堵位置，达到了及时为抢险工作提供有效技术支持的目的，效率高，可靠性佳，省时省力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的天然气管道冰堵定位方法的流程示意图；

图2是天然气管道冰堵示意图；

图3是本发明实施例提供的天然气管道冰堵定位系统的配置示意图；

图4是本发明实施例提供的天然气管道冰堵定位示意图；

图5是两个阀室件冰堵的真实环境示意图；

图6是22#和23#阀室之间的天然气管道示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的天然气管道冰堵定位方法的流程示意图，如图1所示，所述方法可以包括：

步骤S101：沿天然气管道埋设通信光缆；

步骤S102：在天然气管道的第一阀室中安装监控主机和首端模块，在与所述第一阀室相邻的天然气管道的第二阀室中安装末端模块，以便通过通信光缆，将所述监控主机、所述首端模块和所述末端模块连接在一起，形成光通路；

步骤S103：所述监控主机经由所述首端模块向通信光缆发出光检测信号，并接收通信光缆经由所述首端模块返回的第一光信号，以及接收通信光缆经由所述末端模块返回的第二光信号；

步骤S104：所述监控主机对所述第一光信号进行分析，确定所述第一和第二阀室之间是否存在冰堵；

步骤S105：所述监控主机在确定所述第一和第二阀室之间存在冰堵时，通过计算所述第一光信号和所述第二光信号的时间差，确定天然气管道冰堵定位。

通过本实施例的步骤S101至步骤S104，可以准确确定相邻的第一和第二阀室之间的天然气管道冰堵，通过本实施例的步骤S101至步骤S105，可以准确确定相邻的第一和第二阀室之间的天然气管道的冰堵位置。

对于上述步骤S102，可以预先在所述第一阀室中安装监控主机和首端模块，在所述第二阀室中安装末端模块；也可以在根据相邻的第一和第二阀室之间的管内压力差预判所述第一和第二阀室之间的天然气管道存在冰堵时，在所述第一阀室中安装监控主机和首端模块，在所述第二阀室中安装末端模块。对于后者，可以利用已有方式得到管内压力差，具体地说，相邻两个阀室间的管内压力差就是两个阀室监测到的气压值的差值，这是天然气储运过程中必须监测的一项工作，通常情况下，一条数千千米的长输管线，每隔一段距离左右设置一个加压站，每隔20km左右设置一个阀室，阀室内安装有各种监测设备，包括：流量计、压力监测仪等等，在无人值守情况下自动上传采集的数据，由上级监控中心自动计算管内的压差，若超出正常范围，则自动报警。

上述通信光缆可以包括第一、第二、第三光纤，此时，所述步骤S102的通过通信光缆，将所述监控主机、所述首端模块和所述末端模块连接在一起，形成光通路包括：通过引导光纤，连接所述监控主机和所述首端模块；通过第一和第二光纤，连接所述首端模块和所述末端模块；通过第三光纤，连接所述末端模块和所述监控主机。

上述监控主机包括激光器、第一探测器和第二探测器，此时，所述步骤S103的监控主机经由所述首端模块向通信光缆发出光检测信号，并接收通信光缆经由所述首端模块返回的第一光信号，以及接收通信光缆经由所述末端模块返回的第二光信号包括：所述监控主机利用其激光器向所述首端模块发出光检测信号，以便所述首端模块对所述光检测信号进行分光，并将分光得到的两路分光信号分别传送至第一和第二光纤，以及将从第一和第二光纤返回的光信号进行合光，并将合光得到的第一光信号传送至所述监控主机；所述监控主机利用其第一探测器探测所述第一光信号；所述监控主机利用其第二探测器探测所述末端模块经由第三光纤传送的所述第二光信号，其中所述第二光信号是所述末端模块将来自第一和第二光纤的光信号进行合路后得到的。

由于外界扰动，从第一和第二光纤返回的光信号可能是受扰动而产生的干涉信号，此时，所述步骤S104的监控主机对所述第一光信号进行分析，确定所述第一和第二阀室之间是否存在冰堵包括：所述监控主机对所述第一光信号进行分析，得到所述第一光信号的多个特征信息，并根据所述第一光信号的多个特征信息，确定所述第一和第二阀室之间是否存在冰堵。在一个实施方式中，所述监控主机可以根据所述第一光信号的多个特征信息，建立扰动事件模型，并根据所述事件模型，确定引起扰动的事件类型是否是所述第一和第二阀室之间的天然气管道冰堵事件，即对第一光信号(即回波信号)进行模式识别，准确分辨引起扰动的事件类型(振动类型)，判断事件性质。在另一实施方式中，在所述监控主机中可以预先设置天然气管道冰堵事件对应的多个特征信息，在确定是否冰堵时，所述监控主机可以将所述第一光信号的多个特征信息分别与天然气管道冰堵事件对应的多个特征信息进行匹配，若匹配，则确定所述第一和第二阀室之间存在冰堵。

上述多个特征信息包括但不限于信号的振幅、持续时间、频率、能量平均值、重复性、连续性中的两个或以上。需要说明的是，体现冰堵事件的信号特征越多，判断冰堵的准确性越高。

在确定相邻两个阀室之间确实存在冰堵后，需要通过步骤S105确定冰堵位置，具体实施时，所述监控主机根据其第一探测器探测到所述第一光信号的时间和其第二探测器探测到所述第二光信号的时间，确定探测到所述第一光信号和所述第二光信号的时间差，然后根据光通路的总长度以及探测到所述第一光信号和所述第二光信号的时间差，确定天然气管道冰堵定位。

其中，计算冰堵位置的计算公式如下：L1＝(L-V△t)/2，其中，L1是扰动点到第一探测器的距离，L是光通路的总长度，V是光在光纤中的传输速度，△t是探测到所述第一光信号和所述第二光信号的时间差。也就是说，冰堵位置与第一阀室的距离为L1＝(L-V△t)/2。

上述通信光缆可以采用三芯单模光纤，具有频响范围宽、灵敏度高、时效性好、线性度好、误报率低、线性度好、探测距离长、快速精确定位等优点，具体地说，频响范围非常宽，系统可以对回波信号直接进行变换得到外部扰动信号的频谱，频响范围宽：目前系统频响带宽做到从10Hz到500KHz，可以有效地探测各种针对管线的危害事件，包括第三方破坏、管道堵塞，甚至可以探测管线泄漏；时效性好：激光器发射的是连续光波，系统采集和处理的是透射波，信噪比相对比较高，无需进行多次积累运算，信号处理时间非常短，同时，系统采用高速器件，配合科学算法，处理一个事件的时间在10ms以内，时效性非常好，可以对作用时间短、快速变化的事件进行有效探测，也可以实现多目标探测；线性度好：激光器向光纤注入的是连续光波，系统采用两根光纤作为传感臂，当光纤受到外部扰动内部光发生干涉时，两根光纤中光的相位被调制，干涉信号强度与扰动的位置无关，不会出现远端性能严重衰减，因此其性能在整个光纤链路上一致性非常好；误报率很低：由于发射连续波激光，解调的是连续波回波信号，解析后的回波信号中包含有外部震动的全信息，可以直接还原外界扰动信号的强度和频率信息，信号的信噪比很高，因此对外界扰动信号的识别比较准确，误报率非常低。本实施例利用三芯单模光纤中的两芯作为传感臂，第三芯用于回传信号，使整个系统构成一个回路。监控主机的激光器向光纤发射连续光信号，当外界有震动作用在光缆上时，在传感臂上的两根光纤中光的相位被调制，产生干涉现象；这个被调制的信号由监控主机采集、解调，去除外部干扰，发出管道冰堵的报警信息，并通过计算信号传输的时间差进行定位。本发明实施例不仅可以确定冰堵以及冰堵位置，还可以监测第三方破坏事件以及探测管道泄露位置。

进一步地，本发明实施例还提供了一种天然气管道冰堵定位系统，所述系统包括：沿天然气管道埋设的通信光缆；监控主机和首端模块，安装在天然气管道的第一阀室中；末端模块，安装在与所述第一阀室相邻的天然气管道的第二阀室中。其中，所述监控主机、所述首端模块和所述末端模块通过通信光缆连接在一起，形成光通路；

在实现冰堵判定与冰堵位置定位时，所述监控主机经由所述首端模块向通信光缆发出光检测信号，并接收通信光缆经由所述首端模块返回的第一光信号以及经由所述末端模块返回的第二光信号，然后对所述第一光信号进行分析，确定所述第一和第二阀室之间是否存在冰堵，并在确定所述第一和第二阀室之间存在冰堵时，根据所述第一光信号和所述第二光信号，确定天然气管道冰堵定位。

目前，国内的长输油气管线总长度将近10万千米，基本上都处于“裸奔”状态，没有安装光纤传感监控设备。一旦发生管道堵塞，只能根据两阀室间压差值粗略判断管道在哪一段发生了堵塞，无法有效地实时监测管道堵塞的发展变化趋势，也无法精确定位堵塞位置，因而很难采取有效的措施进行补救，延误抢修时机，造成重大经济损失，甚至产生严重事故。为了有效监测管道堵塞、精确定位堵点，以下实施例采用光纤传感器，例如分布式光纤传感器，对天然气管道的冰堵点进行光纤传感定位，利用沿管道埋设的通信光缆作为传感介质，使用光纤传感器探测管道周围的扰动，将采集到的回波信号进行解调和分析，采用本发明的方法对扰动信号进行处理，去除干扰，最终确定冰堵的确切位置。

下面结合图2至图6对本发明的定位方法及过程进行详细说明。

一、天然气管道堵塞检测

1、管道堵塞产生震动

通常情况下，造成天然气管道内冰堵的重要原因之一是管道内天然气含有水分，天然气的水露点升高；另一个重要原因是管道内天然气水合物的形成。当管内压力变化并达到一定条件时，管道内会逐渐发生冰堵。发生冰堵时，冰堵点附近的管道直径变小，局部气流增大，高速流动的气体会摩擦管臂，会伴随发生震动；随着冰堵情况的恶化，震动频率也随之变化。

这个现象类似于哨子发声。哨子发声原理是因为气流高速地从一个比较窄的缝隙中流过造成气流紊乱而发声。哨子的发声频率受多种因素影响，其中内腔最大尺寸影响哨子声强；而吹哨子时流过哨子口的气流速度会影响哨子的发声频率，气流速度大时比气流速度小时发声频率高。对于形状固定的哨子，改变出气口尺寸也可以改变哨子的发生频率。

正常情况下，如图2所示的天然气管道冰堵示意图，两个阀室间管内压力差应小于0.15MPa。如果发生冰堵，堵点附近的管径将变窄，局部加力增大，气流速度增加，管内压差也随之变大。由于管道类似于一个腔体，当气流速度和管内压差大到一定程度，满足一定条件时，管体将引起震荡，震动频率与管内局部压力和堵点管径大小有关。由于管内压力很大，震动的频率也将会比较高；同时，冰堵程度是变化的，因此震动频率和强度也将随之改变。

2、信号特点及检测技术

根据工程经验，冰堵发生时产生的震动频率会随着冰堵的情况变化的，最高频率可达5KHz以上。鉴于上述情况，检测冰堵设备的必须满足以下条件：

A)探测设备频率响应的上限必须达到10KHz，否则无法探测到冰堵现象；

B)两个阀室的间距最长可达30km以上，而且中间野外供电非常困难，探测设备的最大有效探测距离必须达到40km；

C)管道堵塞是逐渐形成的，震动信号也是变化的，探测设备的动态范围要足够大，要能够全程监测冰堵情况，观察冰堵发展趋势，给抢险提供全面的技术支持；

D)两个阀室间距很大，探测设备的技术指标必须在全光链路上保持一致，否则远端的冰堵无法探测，有漏报的风险。

鉴于上述情况，本实施例采用三芯单模光纤完成上述探测任务。其中二根光纤作为传感臂，第三根光纤作为传递信号。激光器向光纤发出连续光波，当有外界扰动时，在传感臂两根光纤上的光产生干涉现象，这两根光纤中光的相位被调制，产生了一个相位差，这个由扰动引起的干涉信号由回传到监控主机，经过解调、分析和模式识别，排除干扰，做出正确判断，发出报警，并通过计算时间差来定位。

一个标准系统配置由监控主机、引导光缆、首末端模块和传感光缆四个部分构成，标准配置示意图如图3所示。

A)监控主机由激光器和光电器件构成，负责信号发射、接收、变换与处理；

B)引导光缆主要是连接监控主机与传感光缆作用；

C)首末端模块由无源器件构成，是整个系统传感的启点与终点；

D)传感光缆可由常规通信光缆构成，是系统传感器件，起传感作用。

需要说明的是，传感光缆可以利用既有管线附近的通信光缆进行探测；除监控主机外，其它部件均为无源器件，无需野外供电。

3、信号分析与识别

通常情况下，发生在管道周围的各种事件都会以震动的形式表现出来，震动信号的特征也是不同的，如何在复杂环境下分辨出各种事件类型是关键，如果只从频率和能量两个参数粗略地来区分，典型事件的分辨方法如下所示：

*背景噪声干扰频率范围5Hz到100Hz左右，频谱范围较窄，能量从小到大；

*第三方破坏频率范围在50Hz到5KHz左右，频谱范围较宽，能量从小到大；

*管道堵塞频率范围在1KHz到10KHz左右，频谱范围很宽，能量从小到大；

*管道泄漏频率范围在10KHz到400KHz，频谱范围非常宽，能量从小到大；

如果对复杂环境下对各类事件进行准确分辨，必须采用事件模式识别，这是体现本系统优良性能最重要的组成部分。

首先，干涉型光纤传感器有其自身的优势，干涉波较强，信噪比较高，解调后的信号包含有事件特征的全信息，给事件模式识别带来了极大的便利。

本系统对事件模式识别进行演算，以便准确判断事件的类型。目前参与模式识别的参数包括：振幅、时间、能量、频率、重复性和连续性等，如下表1所示。利用这些参数可以非常准确地还原事件的信号特征，从而对外部事件进行精确分类，实现非常高的探测能力、非常低的误报率和非常优秀的抗干扰能力。与此同时，系统具有学习功能，掌握管道沿线外部事件的活动规律，可以建立针对现场的准确模型，实现对外部事件的精确分类，并可以对管道早期泄漏事件进行有效报警。

表1.典型事件模式识别基本方法

其中：振幅指信号的幅度；时间指信号的持续时间；频率指信号的频率；能量指信号的能量平均值；重复性指一个探测周期内信号特征是否具有重复性；连续性指特定探测周期内信号是否具有连续性；定位由操作人员根据实际需要确定是否输出定位信息作为事件的最终判断。从理论上讲，只要有足够的测试样本，事件模式识别可以无限地做下去。

二、堵点位置确定

1、定位原理

激光器向光纤发出连续波，当光纤受到扰动时，产生光干涉现象，回波信号经主机解调、分析和模式识别，排除干扰，做出正确判断，发出报警；同时，通过计算回波信号到达两个光电探测器的时间差进行定位，如图4所示。

监控主机中有两个光电探测器(A和B)，干涉信号可以通过两条途径回传给监控主机，从扰动点直接回传给探测器A，从扰动点回传给探测器B。假设L是光纤链路总长度；V是光在光纤中的传输速度；L1是扰动点到光探测器A的距离；L2是扰动点到光探测器B的距离；t1是光从扰动点到达光探测器A的时间；t2是光从扰动点到达光探测器B的时间；△t＝t2-t1是光两路到达探测器的时间差，则L＝L1+L2，此时L1＝L-L2＝(L-(L2-L1))/2＝(L-V(t2-t1))/2＝(L-V△t)/2。

通过数学运算式L1＝(L-V△t)/2，可以得出扰动点位置，光在光纤中的运动速度是恒定的，光纤的总长度也是可知的，只要测出扰动点相对于两个光探测器的传输时间差(△t＝t2-t1)，就可以确定扰动点的精确位置。

也就是说，将光纤传感主机(即监控主机)设置在邻近堵塞管道的阀室中，利用伴随管道的通信光缆作为传感器，用光纤传感器检测震动的特性，当冰堵发生后引起管道震动时，管道附近的光纤感受到震动，经过光纤传感主机对信号进行采集、解调和分析，去除外界干扰，最终可以确认在管道附近有扰动；再根据扰动点引起两根光纤中光的相位差，通过特殊算法，计算出扰动点距离光纤传感主机的位置，从而实现精确定位之目的。

2、定位方法

利用常规压力监探测手段和光纤传感器对管道进行实时监测，分析对比两种监测数据，并结合现场校准，可以准确标定冰堵的位置。具体地说，首先根据日常管道常规监测可以预判管道是否发生了冰堵，根据两个阀室间的压力差可以确定是哪一段发生了堵塞。其次利用通信光缆，采集到由于冰堵管道产生的震动，根据回波信号的幅度、分布情况和频谱等多种参数进行运算，可以准确判定冰堵事件，实时状况和发展趋势，并确定堵点光缆距离。然后根据光纤传感器确定的光缆距离，通过计算，换算出对应的管道距离，派巡线人员沿管线到冰堵附近现场观察，找到相应的标志桩，并对监控主机所标的位置与现场的实际位置进行校准，确定现场位置与监控主机所标位置相对应后，仔细观察和确认地下管道是否有震动，然后以此点为中心，分别沿管线上下游进行观测100m-200m左右，以最大的震动点为冰堵的实际位置。下面进行详细说明。

A)在真实的环境下，监测管道堵塞情况和确定堵点需要安装监测设备。

图5是一个真实环境：

*两个阀室(A和B)的管道间距是18.3km；

*管道埋深4m，管道直径1219mm，工作压力8MPa；

*光缆安装在管道右下方5点钟方向，距离管道50cm，套管埋设；

通常情况下，两个阀室间管压差应该小于0.15MPa，现在的压差大于0.25MPa，已超过正常范围，初步认为发生了堵塞，但现在需要确认堵塞状况，监测堵塞的发展趋势，确定堵点的精确位置，以便现场人员确定事故性质、严重程度、发展趋势，以及主管领导决策采取什么抢险措施。

第一：在阀室B内部安装监控主机，将首端模块与管道附近的光缆熔接在一起，用光纤跳线将设备与首端模块连接。

第二：在阀室A安装末端模块，并与管道附近的光缆熔接起来，与首端模块构成一个完整的回路。

B)确定事件状况

这项工作需要分两步进行，具体描述如下：

第一步：配置系统基本参数，包括：引导光缆长度、传感光缆长度、管道长度等等；

调整测试参数，包括：灵敏度、门限、频率等等。

第二步：采集回波信号，分析回波信号，建立事件模型；

确定事件类别，包括：背景噪声、各种干扰事件等；

确认管道堵塞事件，位置、现状、发展趋势……。

C)确定事件位置

*管道堵塞事件确定后，设备给出的事件位置是光纤距离；

*要根据工作需要换算成实际的管道距离；

*根据管道距离，通过原始管道数据，在地图上找到堵点位置；

*携带测试工作到野外，找到堵点的大致位置；

*用测试工具(夯机)在选定位置敲击地面，进行验证；

*根据测试回波和定位信息，最终确认管道堵点的确切位置；

*撰写监测报告，包括：冰堵位置、目前状况和发展趋势等等。

如图6所示，当22#和23#阀室之间的压差异常升高时，常规定位法根据22#和23#阀室之间的压差异常升高，加上其它辅助手段，确定冰堵的位置在两个阀室之间，这两个阀室间距18.3km。然后根据管道的路由，分析管道沿线的地质情况，发现在距离23#阀室上游方向8km处管线下穿一条河，该点初步确定为冰堵位置。后经现场开挖并进行人工检测，没有发现管道有震动，定位失败。而采用本发明的定位方法，在23#阀室安装干涉型分布式光纤监控主机，向上游22#方向监测。根据监测结果，距离23#阀室向22#阀室方向观测到2km-6km区域有明显的噪声，中心位置在3.2km至3.8km区段，噪声最高点位置在3480m附近，噪声幅度最大值超过5000单位以上，震动频率大约为1.05KHz，初步判断为冰堵位置。从噪声回波图分布情况分析，冰堵位置不是一个点而是一个区段。抢险后续工作是向管道内注醇，经过连续几天的观测，结合两个阀室间管内压差常规监测变化情况与光纤传感器监测的噪声值变化规律进行比较，两者的变化情况是高度吻合的，最终确定距离23#阀室上游方向3480m附近为冰堵中心区域。

通过实际冰堵抢险排查实践表明，本发明实施例的方法在实际管道中检测冰堵是成功的，具有快速检测、准确定位的优点。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种天然气管道冰堵定位方法，其特征在于，所述方法包括：

沿天然气管道埋设通信光缆；

在天然气管道的第一阀室中安装监控主机和首端模块，在与所述第一阀室相邻的天然气管道的第二阀室中安装末端模块，以便通过通信光缆，将所述监控主机、所述首端模块和所述末端模块连接在一起，形成光通路；

所述监控主机经由所述首端模块向通信光缆发出光检测信号，并接收通信光缆经由所述首端模块返回的第一光信号，以及接收通信光缆经由所述末端模块返回的第二光信号；

所述监控主机对所述第一光信号进行分析，确定所述第一和第二阀室之间是否存在冰堵；

所述监控主机在确定所述第一和第二阀室之间存在冰堵时，通过计算所述第一光信号和所述第二光信号的时间差，确定天然气管道冰堵定位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当根据相邻的第一和第二阀室之间的管内压力差预判所述第一和第二阀室之间的天然气管道存在冰堵时，在所述第一阀室中安装监控主机和首端模块，在所述第二阀室中安装末端模块。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通信光缆包括第一、第二、第三光纤，所述通过通信光缆，将所述监控主机、所述首端模块和所述末端模块连接在一起，形成光通路包括：

通过引导光纤，连接所述监控主机和所述首端模块；

通过第一和第二光纤，连接所述首端模块和所述末端模块；

通过第三光纤，连接所述末端模块和所述监控主机。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述监控主机包括激光器、第一探测器和第二探测器，所述监控主机经由所述首端模块向通信光缆发出光检测信号，并接收通信光缆经由所述首端模块返回的第一光信号，以及接收通信光缆经由所述末端模块返回的第二光信号包括：

所述监控主机利用其激光器向所述首端模块发出光检测信号，以便所述首端模块对所述光检测信号进行分光，并将分光得到的两路分光信号分别传送至第一和第二光纤，以及将从第一和第二光纤返回的光信号进行合光，并将合光得到的第一光信号传送至所述监控主机；

所述监控主机利用其第一探测器探测所述第一光信号；

所述监控主机利用其第二探测器探测所述末端模块经由第三光纤传送的所述第二光信号，其中所述第二光信号是所述末端模块将来自第一和第二光纤的光信号进行合路后得到的。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，从第一和第二光纤返回的光信号是受扰动而产生的干涉信号，所述监控主机对所述第一光信号进行分析，确定所述第一和第二阀室之间是否存在冰堵包括：

所述监控主机对所述第一光信号进行分析，得到所述第一光信号的多个特征信息，并根据所述第一光信号的多个特征信息，确定所述第一和第二阀室之间是否存在冰堵。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一光信号的多个特征信息，确定所述第一和第二阀室之间是否存在冰堵包括：

所述监控主机根据所述第一光信号的多个特征信息，建立扰动事件模型，并根据所述事件模型，确定引起扰动的事件类型是否是所述第一和第二阀室之间的天然气管道冰堵事件；

或者，所述监控主机将所述第一光信号的多个特征信息分别与天然气管道冰堵事件对应的多个特征信息进行匹配，若匹配，则确定所述第一和第二阀室之间存在冰堵。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多个特征信息包括所述第一光信号的振幅、持续时间、频率、能量平均值、重复性、连续性中的两个或以上。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述监控主机在确定所述第一和第二阀室之间存在冰堵时，通过计算所述第一光信号和所述第二光信号的时间差，确定天然气管道冰堵定位包括：

所述监控主机根据其第一探测器探测到所述第一光信号的时间和其第二探测器探测到所述第二光信号的时间，确定探测到所述第一光信号和所述第二光信号的时间差；

所述监控主机根据光通路的总长度以及探测到所述第一光信号和所述第二光信号的时间差，确定天然气管道冰堵定位。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过以下公式确定天然气管道冰堵定位：

L1＝(L-V△t)/2

其中，L1是扰动点到第一探测器的距离，L是光通路的总长度，V是光在光纤中的传输速度，△t是探测到所述第一光信号和所述第二光信号的时间差。

10.一种天然气管道冰堵定位系统，其特征在于，所述系统包括：

沿天然气管道埋设的通信光缆；

监控主机和首端模块，安装在天然气管道的第一阀室中；

末端模块，安装在与所述第一阀室相邻的天然气管道的第二阀室中；

其中，所述监控主机、所述首端模块和所述末端模块通过通信光缆连接在一起，形成光通路；

其中，所述监控主机经由所述首端模块向通信光缆发出光检测信号，并接收通信光缆经由所述首端模块返回的第一光信号以及经由所述末端模块返回的第二光信号，然后对所述第一光信号进行分析，确定所述第一和第二阀室之间是否存在冰堵，并在确定所述第一和第二阀室之间存在冰堵时，通过计算所述第一光信号和所述第二光信号，的时间差确定天然气管道冰堵定位。

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