CN203215293U

CN203215293U - 基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统

Info

Publication number: CN203215293U
Application number: CN 201320192246
Authority: CN
Inventors: 罗广迪; 王文伟; 蒋海军
Original assignee: XINJIANG MEITE INTELLIGENT SECURITY ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: XINJIANG MEITE INTELLIGENT SECURITY ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2013-04-16
Filing date: 2013-04-16
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2023-04-16

Abstract

本实用新型公开了基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，主要包括监控中心和通信网络系统，依次设置在油气管道的各监测区域、且分别通过所述通信网络系统连接至监控中心的多个分布式光纤传感系统，以及分别与每个分布式光纤传感系统连接的多个太阳能供电系统。本实用新型所述基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，可以克服现有技术中及时性差、易漏报和适用距离短等缺陷，以实现及时性好、不易漏报和适用距离长的优点。

Description

基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及管道安全监测技术领域，具体地，涉及基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统。

背景技术

随着经济的高速发展，能源作为国家经济命脉重要性不言而喻，而油气管道更号称国家经济的输血管道，超越铁路、公路运输成为我国最重要的油气运输方式。随着管道运输的发展，管道安全运行监测技术也日益成为国际科技人员倍受关注的科研课题。

目前已有多种管道安全监测技术，包括管道泄漏监测技术，管道破坏监测技术等。最新的管道监测技术即分布式振动光纤安全监测技术，已经被尝试用于管道安全监测领域。这些传统技术，虽然能够根据管道输入输出端之间的压力差、流量差可以判断出管道是否发生泄漏，但存在很大的局限性，由于受管道内流体介质的特性、管道工艺及运行状况以及仪表的灵敏度和精确度等因素影响，监测往往具有滞后性和漏报较小的泄漏事件，而且对钻孔盗油、附近施工和自然力破坏也不能很好的监测。

近年来，随着光纤技术的发展，光纤传感技术也开始用于管道泄漏和破坏监测。在专利（申请）号为“200410020046.6” 的一篇文献公开了采用基于干涉原理的分布式光纤流体管道泄漏实时监测方法，该方法在管道附近沿着管道并排朴树一根光缆，利用光缆中的光纤组成一个光纤微振动传感器，当管道发生泄漏时会产生泄漏噪声，通过光纤微振动传感器可以试试的检查出管道周围的微小振动和应力变化。

上述方法能有效的监测各种震动情况，从而确保管道的安全。但是由于受到光纤干涉仪长度限制，目前光纤传感装置的最长适用距离只有50公里，实际管道长度就是几百上千公里，如果实现如此长距离管道的监测需要解决方案。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在及时性差、易漏报和适用距离短等缺陷。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，以实现及时性好、不易漏报和适用距离长的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，主要包括监控中心和通信网络系统，依次设置在油气管道的各监测区域、且分别通过所述通信网络系统连接至监控中心的多个分布式光纤传感系统，以及分别与每个分布式光纤传感系统连接的多个太阳能供电系统。

进一步地，所述监控中心，包括监控主机，以及连接在所述监控主机与多个分布式光纤传感系统之间的光纤交换主机。

进一步地，所述每个分布式光纤传感系统，包括用于感应预设长度范围内扰动的多个传感区域，设在每个传感区域中、且位于相应传感区域中油气管道上方的传感光缆，设在每根传感光缆上的感应箱；以及，设在地面上、且通过通信光纤相连的光纤传感主机和光纤交换机；每个传感区域中的感应箱，分别通过通信光缆连接至所述光纤传感主机。

进一步地，所述光纤传感主机，包括与多个传感区域对应、且用于分别处理相应传感区域中感应光缆的光变化信号的多台振动光纤传感主机。

进一步地，在每个传感区域中，相应感应光缆分布于相应传感区域中油气管道上方14-16cm处，用作挖掘和破坏油气管道的感应臂。

进一步地，当油气管道的总长度，大于单一分布式光纤传感系统的偶数倍且不小于奇数倍时，使用监测长度为n公里的单套光纤传感主机监测最后一段区域。

进一步地，所述通信网络系统，包括用于连接相邻分布式光纤传感系统中光纤交换机的长距离通信光缆，用于将多个分布式光纤传感系统中光纤交换机汇聚后连接至光纤交换主机的通信光缆，以及用于将光纤交换主机连接至监控主机、最终实现监控主机与每台光纤传感主机互联互通的通信光纤。

进一步地，每个太阳能供电系统，包括太阳能电池板组件，以及输入端通过直流电缆与所述电池板组件连接、且输出端通过输出电缆连接至且相应分布式光纤传感系统中用电设备的电气箱。

进一步地，在所述电气箱中，设有依次连接在所述电池板组件与相应分布式光纤传感系统中用电设备之间的蓄电池、逆变器和升压变压器。

进一步地，所述电池板组件，包括入地的底座，竖直设置在所述底座上的撑杆，向阳设置在所述撑杆顶端的太阳能电池板，以及连接在所述太阳能电池板与电气箱之间、且用于将电能输送至电气箱中蓄电池的直流电缆或直流导线。

本实用新型各实施例的基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，由于主要包括监控中心和通信网络系统，依次设置在油气管道的各监测区域、且分别通过通信网络系统连接至监控中心的多个分布式光纤传感系统，以及分别与每个分布式光纤传感系统连接的多个太阳能供电系统；可以通过各个分布式光纤传感系统采集各个监测区段的安全事件，并通过通信网络系统将安全事件汇集，由通信光缆传输至监控中心，进行远程监控；从而可以克服现有技术中及时性差、易漏报和适用距离短的缺陷，以实现及时性好、不易漏报和适用距离长的优点。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为设备井内光纤传感主机与管道传感光纤的连接示意图；

图2为数据交换与通信网（即通信网络系统）的工作原理示意图；

图3为太阳能供电系统的工作原理示意图；

图4为基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统的工作原理示意图。

结合附图1，本实用新型实施例中附图标记如下：

1-光纤传感主机；2-光纤交换机；4、9-地面；5、15-传感光缆；6-油气管道；7、8-传感区域；10、11、12、16、17-通信光缆；13、14-感应箱。

结合附图2，本实用新型实施例中附图标记如下：

1、2-光纤交换机；3-通信光缆；4-光纤传感主机；6-通信光缆；7-光纤交换主机；8-监控主机。

结合附图3，本实用新型实施例中附图标记如下：

1-太阳能电池板；2-撑杆；3-底座；4-输出电缆；5-升压变压器；6-逆变器；7-电气箱；8-直流电缆。

结合附图4，本实用新型实施例中附图标记如下：

1-光纤传感主机；2、12-通信光缆；3、7-光纤交换机；4-感应箱；5-传感光缆；6-油气管道；8-监控主机；9-光纤交换主机；10-太阳能电池板；11-电气箱。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

根据本实用新型实施例，如图1-图4所示，提供了基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统。

本实施例的基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，包括若干分布式光纤传感系统，与每个分布式光纤传感系统连接的通信网络系统，通过通信网络系统与每个分布式光纤传感系统连接的监控中心，以及与每个分布式光纤传感系统连接、且用于提供不间断电能的太阳能供电系统。各个分布式光纤传感系统采集各个监测区段的安全事件，并通过通信网络系统将安全事件汇集，由通信光缆传输至监控中心。

每个分布式光纤传感系统，由与管道平行铺设的传感光缆和终端处理主机组成，每个分布式传感系统负责一定区段的事件信息处理和定位工作。太阳能供电系统，主要由架设于向阳的太阳能电池板、蓄电池阵列以及附属的电力转换装置组成，为传感主机提供不间断电能。通信网络系统，包括通信光缆和光纤交换机，实现各个传感主机与监控中心的通信功能。另外，由于各个分布式光纤传感系统多位于荒芜的隔壁或无人区内，无能源供给，所以为各个分布式光纤传感系统的终端处理主机配备太阳能供电系统，保证电能供给。通过该基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，可实现成百上千公里的长距离油气管道的安全监测。

实际使用时，可以针对上述实施例的基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，设计一种延长光纤传感装置适用距离的方法，即：假设单套振动光纤传感装置的有效适用距离是n（n为正数）公里，那么可以从管道起始端n公里处设置一个设备井，井中放置两台振动光纤传感主机、一台光纤交换机。以此类推，每隔2*n公里设置一个设备井，井中放置两台振动光纤传感主机，直至管道的末端。根据情况选择在管道的首端或者末端的监控中心将各个设备井中的振动光纤传感主机的监测结果汇入总机中供安全人员监控管道沿途的安全情况。

为了实现各个设备井与监控总机（即监控中心）之间的通信，可以在总机侧和每个设备井中放置一个光纤交换机，每个交换机分别与设备井中的两台光纤传感主机、前一个光纤交换机和后一个交换机相连，每两个设备井之间由一对通信光纤相连，使之成光通信网络。

考虑到油气管道多分布于戈壁和人之罕至的无人区中穿行，为解决光纤传感主机和光纤交换机的供电问题，每个设备间上设置一台太阳能电池板，井中放置一组蓄电池、逆变器和变压器，为设备井提供电能。

具体地，在图1中，光纤传感主机1通过通信光纤12与光纤交换机2相连，实现光纤传感主机1与光纤交换机2交互通信，其中光纤传感主机1由2台主机组成，分别处理左路光纤传感用感应光缆5和右路光纤传感用感应光缆15的光变化信号；光纤传感主机1与感应箱13、14连接。感应光缆5、15分别负责n公里长度扰动的感应区域（即传感区域）7、8；感应光缆5、15分布于油气管道6上方14-16cm（优选为15cm）处，作为挖掘和破坏管道感应臂。光纤交换机2通过通信光缆16、17与其他光纤交换机连接。通过如图1所示的分布式光纤传感系统，可以组成由两个长度为n公里的油气管道监测系统，若干个这种分布式光纤传感系统可以实现任意长度管道监测。当管道总长度大于单一分布式光纤传感系统的偶数倍且不小于奇数倍时，可使用监测长度为n公里的单套光纤传感主机监测最后一段区域。

参见图2，光纤传感主机1与光纤交换机2通过通信光缆3连通，光纤交换机1与光纤交换机2通过长距离通信光缆6连接，一个个光纤传感主机互联后最后汇入汇聚光纤交换主机7与监控主机8相连，最终实现监控主机8与每台光纤传感主机互联互通。通过该网络结构大大拓展了光纤传感主机的适用距离，使其达到管道监控的实用要求。

参见图3，太阳能供电系统，主要部件太阳能电池板1通过撑杆2与入地的底座3使太阳能电池板固定与向阳一侧，通过直流电缆8或直流导线将电能输送到电气箱7中的蓄电池中，蓄电池通过电气箱7中的逆变器6将直流电变为交流电，再通过变压器5将电压变为城市用电电压如交流220V，然后通过输出电缆4向用电设备如光纤交换机和光纤传感主机供电。

参见图4，经过集成，将上述三大系统（即图1所示的分布式光纤传感系统、图2所示的通信网络系统、以及图3所示的太阳能供电系统）组成一个整体（即基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统），就实现了长距离油气管道安全在线监测系统。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，其特征在于，主要包括监控中心和通信网络系统，依次设置在油气管道的各监测区域、且分别通过所述通信网络系统连接至监控中心的多个分布式光纤传感系统，以及分别与每个分布式光纤传感系统连接的多个太阳能供电系统。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，其特征在于，所述监控中心，包括监控主机，以及连接在所述监控主机与多个分布式光纤传感系统之间的光纤交换主机。

3.根据权利要求1或2所述的基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，其特征在于，所述每个分布式光纤传感系统，包括用于感应预设长度范围内扰动的多个传感区域，设在每个传感区域中、且位于相应传感区域中油气管道上方的传感光缆，设在每根传感光缆上的感应箱；以及，设在地面上、且通过通信光纤相连的光纤传感主机和光纤交换机；每个传感区域中的感应箱，分别通过通信光缆连接至所述光纤传感主机。

4.根据权利要求3所述的基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，其特征在于，所述光纤传感主机，包括与多个传感区域对应、且用于分别处理相应传感区域中感应光缆的光变化信号的多台振动光纤传感主机。

5.根据权利要求3所述的基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，其特征在于，在每个传感区域中，相应感应光缆分布于相应传感区域中油气管道上方14-16cm处，用作挖掘和破坏油气管道的感应臂。

6.根据权利要求3所述的基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，其特征在于，当油气管道的总长度，大于单一分布式光纤传感系统的偶数倍且不小于奇数倍时，使用监测长度为n公里的单套光纤传感主机监测最后一段区域。

7.根据权利要求3所述的基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，其特征在于，所述通信网络系统，包括用于连接相邻分布式光纤传感系统中光纤交换机的长距离通信光缆，用于将多个分布式光纤传感系统中光纤交换机汇聚后连接至光纤交换主机的通信光缆，以及用于将光纤交换主机连接至监控主机、最终实现监控主机与每台光纤传感主机互联互通的通信光纤。

8.根据权利要求1或2所述的基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，其特征在于，每个太阳能供电系统，包括太阳能电池板组件，以及输入端通过直流电缆与所述电池板组件连接、且输出端通过输出电缆连接至且相应分布式光纤传感系统中用电设备的电气箱。

9.根据权利要求8所述的基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，其特征在于，在所述电气箱中，设有依次连接在所述电池板组件与相应分布式光纤传感系统中用电设备之间的蓄电池、逆变器和升压变压器。

10.根据权利要求8所述的基于分布式光纤传感的长距离油气管道安全在线监测系统，其特征在于，所述电池板组件，包括入地的底座，竖直设置在所述底座上的撑杆，向阳设置在所述撑杆顶端的太阳能电池板，以及连接在所述太阳能电池板与电气箱之间、且用于将电能输送至电气箱中蓄电池的直流电缆或直流导线。