CN212565339U - 一种天然气长输管道安全预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种天然气长输管道安全预警系统，由光缆、温度传感主机、温度应变传感主机、振动传感主机、网络交换机、监视终端和监控中心所构成，光缆沿天然气长输管道敷设安装，由温度传感主机、温度应变传感主机、振动传感主机构成的站场数据采集系统对光缆中的温度、温度应变、振动和位置等信息进行监测，并将监测信号通过网络交换机和监视终端传输到监控中心，实现对管线周围环境、人为入侵、管线泄漏和地质灾害等信息的动态实时监测，进行安全预警，还可在事故发生后进行快速和准确的事故定位，并留存事故现场数据资料，为管线应急抢险指挥提供现场支持。

Description

一种天然气长输管道安全预警系统

技术领域

本实用新型涉及一种安全预警系统，尤其是一种以伴行光缆作为传感器和传输介质的天然气长输管道安全预警系统。

背景技术

天然气长输管道线路长、管径大、设计压力高，管道沿线地形复杂，有些管道途径工厂、学校、居民区等人员密集高后果区域，如果管道出现异常情况会产生严重的社会影响，因此在天然气管道沿线采取安全预警防范措施非常必要。目前国内天然气管道安全预警防护主要还是依靠人力巡查方式，以及基于人力巡检开发的一些辅助手段，如针对管线泄漏的便携式红外气体探测器、车载式红外气体探测器、激光气体探测器，泄漏噪声探测器等仪器。针对管道周围地质灾害的监测一般通过全站仪、GPS、裂缝计、位移计、倾斜仪等对地表地形进行监测，这些方式均为非实时监测，极易错过管道防护和治理的最佳时机，导致管道被破坏或变形破裂，甚至发生重大安全事故。

目前市场上有不少管道泄漏监测、地质灾害监测技术，但普遍存在以下问题：

1、只能定点监测管道的第三方入侵、破坏或应力受力情况，不能实现全管线的线型监测。

2、基于压力、流量、负压波、声音、温度等物理信号的传统监测手段适用于液体管线，针对天然气长输管道泄漏监测产品少，技术可靠性低和反应不灵敏。

3、未实现管道第三方破坏和地质灾害监测预警的实时监测和在线上传功能。

随着现代光学技术的发展，人们对光纤的认识和利用也更加广泛，它已不仅限于作为通信信号的载体。当激光脉冲在光纤中传播的过程中与光纤分子相互作用，发生多种形式的散射，如拉曼(Raman)散射、布里渊(Brillouin)散射和瑞利(Rayleigh)散射等。其中拉曼散射距离中心频率较远，最容易监测分离，但强度最小，监测距离较短，一般只能到30km左右，可用于温度测量；布里渊散射距离中心频率更近，强度更大，监测距离可达40～80km，可采用自发布里渊散射或受激布里渊散射技术进行温度和温度应变测量；瑞利散射距离中心频率最近，最难分离，但强度最大，监测距离可达100km，可采用相位敏感方向瑞利光时域反射技术进行振动测量。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种可以事先预警管道破损和泄漏、可以全线监测管道第三方破坏和地质灾害的天然气长输管道安全预警系统。

本实用新型的技术方案是：一种天然气长输管道安全预警系统，包括天然气长输管道1和光缆2，还包括站场数据采集系统和监控中心，光缆2并平行铺设于天然气长输管道1的周围，站场数据采集系统为多个，并均匀分布在天然气长输管道1的沿线上，光缆2经站场数据采集系统与监控中心相连。

站场数据采集系统由温度传感主机3、温度应变传感主机4、振动传感主机5、网络交换机6和监视终端7所构成。其中，温度传感主机3、温度应变传感主机4和振动传感主机5的输入端分别通过一段尾纤与光缆2相连，并分别采集光缆的温度信号、温度应变信号、振动信号和对应的位置信号；温度传感主机3、温度应变传感主机4和振动传感主机5的输出端分别与网络交换机6电连接，并分别解析和处理温度信号、温度应变信号、振动信号和对应的位置信号；网络交换机6的输出端与监视终端7相连接，并对本站场数据采集系统的数据进行图形化显示、分析和报警。

监控中心由网络设备8、数据服务器9和第三方设备10所构成，网络设备8的输入端经通讯网络与多个站场数据采集系统监视终端7的输出端相连，网络设备8的输出端与数据服务器9相连接，分别传输、接收、存储、处理和显示各站场数据采集系统的数据，并发出光缆2上与位置性对应的温度、温度应变和振动异常告警信息；第三方设备10与数据服务器9经接口电路相连接，该第三方设备10为数字化管道管理设备和对外数据统一发布设备。

光缆2贴附在天然气长输管道1的外壁上、或埋设于天然气长输管道旁边的地下。

多个站场数据采集系统的间距为20Km至50Km。

本实用新型的有益效果是：

1、可充分利用现有资源：由于利用长输管道周围的伴随光缆作为传感器和传输介质，在不影响光缆的正常通信功能外，通过温度传感主机、温度应变传感主机和振动传感主机解析光缆中存在的温度、温度应变和振动信号，节省了其它物理传感器、传输介质和信号采集器，并且传输距离远，可以精确到天然气长输管道的每一个点位，同时光缆不含任何电子元器件，无需电能供应，不辐射电磁波，本质安全。

2、可实现第三方破坏事先预警：通过对伴行光缆振动监测，确定危险源的振动频率、幅值和空间位置，实现第三方入侵破坏预报警。

3、可实现管道泄漏报警：通过对振动、应变和温度变化的监测，进行综合判断，实现管道泄漏报警和定位。

4、可实现地质变化的动态全程监测：通过对伴行光缆应变监测，间接实现伴行光缆周边土体环境监测，从而实现管道周围山体滑坡、泥石流等管道周围土体形变定性预报警，并指示发生的位置，辅助指挥及救援，实现油气管网运行安全的“先期预防、实时监测、智能预警、快速处置”，有效提升管网安全管控与防护能力。

附图说明

图1为本实用新型天然气长输管道安全预警系统框图。

图2为本实用新型中伴随光缆埋设于天然气长输管道周边地下的截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

如图1、图2所示，一种天然气长输管道安全预警系统，包括天然气长输管道1和光缆2，还包括站场数据采集系统和监控中心。天然气长输管道1通过支架架设于地面或埋设于地下，光缆2为普通通信光缆，保护层内包含四根光纤，并以伴随的方式平行铺设于天然气长输管道1的周围，光缆2在具有通信功能的同时，也作为天然气长输管道的传感器。当光缆2贴附在天然气长输管道1的外壁上时，其距离管道最近，传感效果最好；当光缆2埋设于天然气长输管道旁边的地下时，其保护性能好和施工方便；在本实施例中，天然气长输管道和光缆2均埋设于地下。站场数据采集系统为多个，并均匀分布在天然气长输管道1的沿线上，其间距以20km～50km为宜，本实施例选择为35km间距，光缆2经站场数据采集系统与监控中心相连。

站场数据采集系统由温度传感主机3、温度应变传感主机4、振动传感主机5、网络交换机6和监视终端7所构成。其中，温度传感主机3、温度应变传感主机4和振动传感主机5的输入端分别通过一段尾纤接入光缆2，并分别采集光缆的温度信号、温度应变信号、振动信号和对应的位置信号；其中，基于布里渊散射原理的温度应变监测难点在于温度信号和应变信号的分离，单独设温度监测主机的作用是提供温度补偿，以分离应变信号。温度传感主机3、温度应变传感主机4和振动传感主机5的输出端分别与网络交换机6电连接，并分别解析和处理温度信号、温度应变信号、振动信号和对应的位置信号；网络交换机6的输出端与监视终端7相连接，并对本站场数据采集系统的数据进行图形化显示、分析和报警。

因此，设置基于拉曼散射原理的温度传感主机，通过实时信号分析处理，可获取整根光纤的温度分布曲线，从而达到实时温度监测的目的，用于管线泄漏监测。设置基于瑞利散射原理的振动传感主机，通过实时信号分析处理，可获取整根光纤的振动曲线，从而达到实时振动监测的目的，用于第三方破坏监测。设置基于布里渊散射原理的温度应变传感主机，通过实时信号分析处理，可获取整根光纤的温度曲线和形变曲线，从而达到实时温度和形变监测的目的，用于天然气长输管道的应变监测。

监控中心由网络设备8、数据服务器9和第三方设备10所构成，网络设备8的输入端经通讯网络与多个站场数据采集系统监视终端7的输出端相连，网络设备8的输出端与数据服务器9相连接，分别传输、接收、存储、处理和显示各站场数据采集系统的数据，并发出光缆2上与位置性对应的温度、温度应变和振动异常告警信息；第三方设备10与数据服务器9经接口电路相连接，该第三方设备10为数字化管道管理设备和对外数据统一发布设备。各连接于光缆的传感主机解析完成信号监测、解析和处理，将数据传送给站场监视终端，提供分析、事件分级、定位和报警服务，并将数据经光缆传输到监控中心的网络设备8，进而传输到分布式光缆安全预警系统的数据服务器，由数据服务器实现数据共享，并可通过接口对外统一发布数据。

天然气长输管道沿线发生的事件都会引起管道周围环境的变化，如管道泄漏会产生振动，撕裂口处气流冲击会产生从次声波和声波，泄漏处的节流效应会产生局部温降，埋地管线气流冲击会产生地表局部形变；第三方入侵破坏同样也会引起不同频率的振动和空间位移；管道周围土层环境的变化，如掏空、挤压变形等也会导致伴行光缆的形变；更主要的是这些变化一般都会伴随不同的振动，如果在调控中心能听到检测到振动，可以很好的判断是否是报警。分布式光纤技术就是用伴行光缆作为传感器，光纤每个点都是传感器，采用集成式设计，利用现代通信和计算机管理技术对天然气长输管道沿线进行全方位和全天候的动态监控，可有效实现全管线的管道泄漏、地质灾害和认为破坏预警。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种天然气长输管道安全预警系统，包括天然气长输管道（1）和光缆（2），其特征在于：还包括站场数据采集系统和监控中心，所述的光缆（2）并平行铺设于天然气长输管道（1）的周围，所述的站场数据采集系统为多个，并均匀分布在天然气长输管道（1）的沿线上，光缆（2）经站场数据采集系统与监控中心相连。

2.根据权利要求1所述的天然气长输管道安全预警系统，其特征在于：所述的站场数据采集系统由温度传感主机（3）、温度应变传感主机（4）、振动传感主机（5）、网络交换机（6）和监视终端（7）所构成；其中，温度传感主机（3）、温度应变传感主机（4）和振动传感主机（5）的输入端分别通过一段尾纤与光缆（2）相连，并分别采集光缆的温度信号、温度应变信号、振动信号和对应的位置信号，所述温度传感主机（3）、温度应变传感主机（4）和振动传感主机（5）的输出端分别与网络交换机（6）电连接，并分别解析和处理温度信号、温度应变信号、振动信号和对应的位置信号；网络交换机（6）的输出端与监视终端（7）相连接，并对本站场数据采集系统的数据进行图形化显示、分析和报警。

3.根据权利要求1所述的天然气长输管道安全预警系统，其特征在于：所述的监控中心由网络设备（8）、数据服务器（9）和第三方设备（10）所构成，网络设备（8）的输入端经通讯网络与多个所述站场数据采集系统监视终端（7）的输出端相连，网络设备（8）的输出端与数据服务器（9）相连接，分别传输、接收、存储、处理和显示各站场数据采集系统的数据，并发出光缆（2）上与位置性对应的温度、温度应变和振动异常告警信息；所述的第三方设备（10）与数据服务器（9）经接口电路相连接。

4.根据权利要求1所述的天然气长输管道安全预警系统，其特征在于：所述的光缆（2）贴附在天然气长输管道（1）的外壁上、或埋设于天然气长输管道旁边的地下。

5.根据权利要求1所述的天然气长输管道安全预警系统，其特征在于：多个所述站场数据采集系统的间距为20km至50km。

6.根据权利要求1所述的天然气长输管道安全预警系统，其特征在于：所述的光缆（2）由四根光纤所构成，其外部包覆有保护层。

7.根据权利要求3所述的天然气长输管道安全预警系统，其特征在于：所述的第三方设备（10）为数字化管道管理设备和对外数据统一发布设备。

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