综合管廊用先进传感技术课件

1、综合管廊用先进传感产品感知系统传感器：底层传感信号采集：采集器射频电路基带算法系统组网：GPRS 北斗等数据分析：软件平台声波与振动传感芯片或光纤高性能采集与解调电路多种组网技术识别系统高灵敏传感技术 + 高性能识别技术油气、水管道面临的安全挑战自然灾害地震塌方泥石流管道损耗管道内腐蚀管道外腐蚀管道磨损人为破坏打孔盗油恐怖袭击背景：管道安全的重要性复杂的地下管道形变、泄露城市地下管线遍布整个城市，占压、地下空洞、地面的沉降等各种现象不可避免，给地下管线的安全运行造成严重隐患，包括冻土上浮附加荷载。1、管道损伤对系统灵敏度提出了更高要求小孔放油缓慢开阀埋地软管防腐处理破坏管道预警系统2、道运行工

2、况复杂，对系统误报过滤能力提出了更高要求成品油管道多油品混合输送频繁起停泵输量调节开关阀门背景：管道面临的安全挑战天然气管道最主要的安全威胁油、水、气管道腐蚀引起的管道泄漏（城市电磁腐蚀）天然气管道含有硫化氢，具有高度危险性地面沉降和占压天然气管道的运行工况频繁的输送量调节泵的噪声阀门动作引起的噪声气体管道泄漏引起的压力变化及其微弱背景：天然气管道面临的安全挑战破坏前：管壁腐蚀；防腐层破损；管道变形；管道附近作业；破坏瞬间：管道壁振动；管道内流体特性变化：流量、压力、温度等；管道及流体发出声波；持续泄漏：管道内流体特性变化：流量、压力、温度等；管道及流体发出声波；技术原理：管道破坏时的物理量变

3、化管道、管廊的物理特性变化，产生振动和波，用光纤和点式声波传感器接收和解调综合管廊先进传感产品光纤传感系列光纤断裂监测 COTDR形变、温度监测 BOTDR振动监测Phi-OTDR点式声波传感器系列管壁音波次声波负压波新型综合管廊、现有管道SCADA系统管道安全监控系统接口管壁声波预警系统Phi-OTDR光纤振动次声波法测漏系统负压波测漏系统流量法测漏系统COTDR光纤断裂管道安全监控系统系统框架图BOTDR形变温度光纤光栅点式振动光纤传感系列基于光纤相位时域光反射仪 -OTDR 连续分布式光纤微扰动场智能感测仪，具有智能感知微小扰动的能力，并能够分析和判断扰动源的位置、大小、频率和性质，实现

4、对破坏性振源如附近地面挖掘、地 陷、爆破、地震、滑坡等以及微弱振源如偷盗、窃听、侵入等微扰动场的连续分布式感测， 从而为重大结构包括各种建筑设施、地下和水下管线等受扰动后的安全隐患进行预警。并为 研究大型工程结构服役期间的损伤演化规律提供有效的、直接的方法。相干光时域反射仪（COTDR）-光缆测试 COTDR采用窄线宽光源实现对瑞利背向散射光信号 的外差相干探测，可使探测灵敏度逼近量子极限、显著提 高测量动态范围。 本设备能够实现对数千乃至上万公里光纤链路的高分辨率单端监测，可用于高压输电网光纤复合架空地线、海 底光缆、陆地主干光纤传输网等系统的光功率衰减、光器件性能恶化、光缆受力、光纤断裂等

5、的在线监测。布里渊光时域反射仪（BOTDR）该仪器集成了高精度微波移频扫频、高速高带宽采样、数字信号处理、数据库、地理 信息系统等技术，可实现连续分布式应力/应变/温度远程监测。已用于大型基础工程设施 如桥梁、隧道、大坝、高铁、电力传输线、油气管道等的结构连续分布式无损健康监测。京沪高铁南京汤山段声屏障倾覆监测光纤光栅感测仪光纤光栅是使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，和前面不同，只在局部有光栅的点感测灵敏度高，接近点式传感器原理，光纤部分可以传输。监测已知位置的振动和沉降等。北京亦庄管道沉降监测亦庄示范投入设备管线探地后，进行施工点式声波传感器系列基于点式传感器管道流动状态

6、监控系统管壁声波安全预警系统声波管道泄漏监控系统负压波管道泄漏监控系统流量管道泄漏监控系统管道堵塞监控系统基于模拟仿真的管道泄漏监控系统管道安全监控技术Iguard次声波管道泄漏监控系统一、管道安全的挑战二、次声波管道泄漏监测技术简介三、次声波管道泄漏监测技术应用业绩四、Iguard系统优势次声波法管道泄漏监控系统框图次声波管道泄漏监测技术介绍Iguard管道泄漏监控技术管道泄漏瞬间，在泄漏点将产生强度较大的富含各种频率的声波；次声波形成波导，可沿管道传播上百公里仍然可以有效的检测到；次声波传感器将次声波信号放大滤波之后，转换为电信号，并由次声波处理终端（ACU）采集，完成数字化；次声波处理终

7、端（ACU）对次声波信号进行实时处理：时间同步、噪声消除、干扰抵消信号检测等；服务器接收次声波处理终端（ACU）处理结果，如果发生泄漏，计算出发生泄漏的位置。次声波管道泄漏监测技术介绍工作原理第一代次声波管道泄漏监测技术技术特点：采用专用次声波传感器，传感器与传输介质直接接触；基于波形匹配的信号检测与定位技术；检测灵敏度较高；主要缺点：次声波传感器安装间距要求严格；当传感器安装要求不满足时，系统灵敏度下降，误报率较高；代表产品：美国ASI公司wavealert系统为代表产品；次声波管道泄漏监测技术介绍发展历程第二代次声波管道泄漏监测技术主要改进：融合负压波、流量泄漏监控技术；可采用干式次声波传

8、感器，传感器与传输介质不直接接触；次声波传感器安装间距容易满足；更加复杂高效的次声波信号处理方法；基于神经网络模型的泄漏监控技术；更高的检测灵敏度，更低的误报率；代表产品：升级版wavealert系统、Iguard系统为典型代表；次声波管道泄漏监测技术介绍发展历程第三代次声波管道泄漏监测技术（研发中）传统湿式次声波传感器，传感器与传输介质直接接触；可采用干式次声波传感器，传感器与传输介质不直接接触；融合管壁声波预警传感器；融合管壁音波预警、光纤安全预警、实时瞬态模拟仿真技术；针对管道河流跨越段、隧道穿越等对安全性有特殊要求管段的专业解决方案；次声波管道泄漏监测技术介绍发展历程次声波处理终端（I

9、guard-ACU）传统湿式次声波传感器；可选干式次声波传感器；220v/24v供电，功耗30W；高精度GPS授时；可选双网冗余通信；泄漏检测定位服务器（Iguard-SERVER）高性能PC服务器；220v供电，功耗600W；可选高精度GPS授时；可选双网冗余通信；泄漏监测终端（Iguard-WORKSTATION）高性能PC工作站；220v供电，功耗600W；可选双网冗余通信；次声波管道泄漏监测技术介绍Iguard次声波管道泄漏监测系统构成Iguard系统ACU终端主要功能：传感器、GPS及网络状态自检 向ALDS服务器传送次声波数据 ALDSACU采集次声波传感器数据ALDSACU工作状

10、态监控数据传送 次声波数据与GPS时间同步GPS授时数据采集次声波数据存储与显示数据存储显示ALDSACU工作状态监控数据传送GPS授时数据采集数据存储显示次声波管道泄漏监测技术介绍Iguard系统功能模块次声波管道泄漏监测技术介绍Iguard中心服务器功能模块Iguard-WORKSTATION主要功能模块：显示管道走向；显示Iguard-ACU运行状态；显示Iguard-ACU工作参数；当发生泄漏时，发出声光报警，显示泄漏位置；实时显示次声波波形；次声波历史数据显示及分析；人工辅助泄漏检测及定位；次声波管道泄漏监测技术介绍Iguard泄漏监测终端主要功能模块次声波管道泄漏监测技术介绍Igu

11、ard泄漏监测软件人机界面次声波管道泄漏监测技术介绍Iguard传感器典型安装方案GPS安装要点：GPS天线通常安装在屋顶等无遮挡位置，以确保GPS信号强度；GPS信号线长度一般不超过50米；GPS天线通过镀锌管固定；通过专门避雷器进行雷击保护。次声波管道泄漏监测技术介绍GPS安装要点次声波管道泄漏监测技术介绍Iguard-ACU太阳能供电方案核心技术：高性能次声波传感器技术干式次声波传感器技术噪声及干扰信号处理算法可靠的数据通讯友好的人机界面精确的时间同步精确的泄漏定位技术声波数据库积累：各种条件下泄漏声波数据库的积累声波数据的分析和泄漏声波建模实际运行条件下的泄漏声波模型参数优化次声波管道

12、泄漏监测技术介绍Iguard次声波管道泄漏监控系统关键技术起泵瞬间产生的干扰声波信号：次声波管道泄漏监测技术介绍典型干扰声波信号停泵瞬间产生的干扰声波信号：次声波管道泄漏监测技术介绍典型干扰声波信号调节泵转速产生的干扰声波信号： 开阀瞬间产生的干扰声波信号：声波信号处理：有效去除管道背景噪声抑制管道日常操作引起的各种干扰提取尽可能干净的泄漏声波信号提高泄漏监测灵敏度，降低误报次声波管道泄漏监测技术介绍声波信号处理目标无泄漏： 两步噪声消除处理后，无泄漏情况下，管道噪声幅度很小；有泄漏： 两步噪声消除处理后，干扰噪声对管道泄漏声信号影响大大降低，可有效检测到微弱泄漏信号。次声波管道泄漏监测技术介

13、绍干扰抵消后的声波信号河流隧道穿越管段的管道安全挑战：检测困难：特殊管段工作条件恶劣；对系统灵敏度可靠性要求更高；常规监测手段难以达到用户要求；泄漏危害大：严重的环境污染；人员伤亡；民众关注度高；河流隧道穿越等特殊管段对泄漏监测系统提出了更高的要求：更高的检测灵敏度；更低的误报率；能否防患于未然？次声波管道泄漏监测技术介绍针对河流隧道穿越管段的解决方案如何降低误报率？采用干式传感器，解决次声波传感器安装间距不足问题；构成有效的次声波传感器阵列；有效抑制来自穿越管段之外的干扰次声波；降低系统误报率：通常情况下，误报率低于3次/年；如何提高检测灵敏度？次声波传感器阵列有效抑制穿越管段之外的干扰次声

14、波；对于管道传输介质比较稳定的原油、成品油、气体管道，采用最优化模拟仿真的方式进一步提高检测灵敏度；定期进行泄漏检测，最小可测泄漏孔径可达0.1毫米；对于距离不超过2公里的穿越管段，定位误差小于10米；次声波管道泄漏监测技术介绍针对河流隧道穿越管段的解决方案如何进行管道安全预警？对于长度小于2公里的穿越管段：采用管壁声波预警技术，监控各种可能的破坏行为；对于长度小于10公里的穿越管段：采用光纤预警技术，监控各种可能的破坏行为；公司同时提供多种系统，实现多系统、多种技术的有效融合。次声波管道泄漏监测技术介绍针对河流隧道穿越管段的解决方案适应范围广：液体管道原油管道；成品油管道；轻烃及其它液态石油

15、制品输送管；水及其它液体输送管道；气体管道天然气管道；其他危险气体管道多相流管道油气混输管道；海底管道；针对河流隧道穿越等特殊管段：管壁干式次声波传感器技术；光纤传感器技术；模拟仿真等技术手段次声波管道泄漏监测技术介绍Iguard系统特点ALDS系统主要技术指标：可监测距离：通常为3050公里，最大可达150公里；灵敏度：最小可测泄漏孔径为312毫米；定位误差：小于100米；泄漏监测速度：通常小于60秒；系统误报率：正常情况下小于3次/年；次声波管道泄漏监测技术介绍Iguard系统性能成品油管道：兰成渝管道成都-资阳段次声波管道泄漏监测技术应用兰成渝管道成都-资阳段为成品油管道管径323.9m

16、m，采用X52级管材，干线管道的壁厚为7.112.7mm。成都-资阳段管道的运行流量在300-540m/h，设计压力为11.2Mpa。共3座站场，包括站场成都泵站、简阳分输站、资阳分输站，总里程101.53km中成都-简阳段为75.6 km，简阳-资阳段为25.93 km 中石油西南管道公司兰成渝成都-资阳段项目次声波管道泄漏监测技术应用2014年11月19日，兰成渝输油分公司在陈家房子阀室进行了6次随机放油，放油量分别如下：1、11:21-11:26，放油瞬时流量4m/H，瞬时流量约为管道输油量的0.8%；2、11:36-11:41，放油瞬时流量4.1m/H，瞬时流量约为管道输油量的0.8%

17、；3、11:51-11:55，放油瞬时流量2m/H，瞬时流量约为管道输油量的0.4%；4、12:06-12:11，放油瞬时流量2m/H，瞬时流量约为管道输油量的0.4%；5、12:22-12:23，成都输油站调压，管道内压力陡降，放油瞬时流量5m/H；6、12:53-12:57，放油瞬时流量1m/H，瞬时流量约为管道输油量的0.2%。中石油西南管道公司兰成渝成都-资阳段项目次声波管道泄漏监测技术应用现场照片次声波管道泄漏监测技术应用成都-资阳段随机放油测试记录 2014年12月2日，Iguard-LD100抓到的泄漏记录。成都-资阳段随机放油测试记录 2014年12月2日，Iguard-LD1

18、00抓到的泄漏记录。成都-资阳段放油标定记录 2015年01月14日，Iguard-LD100抓到的放油标定泄漏记录。成都-资阳段放油标定记录 2015年01月14日，Iguard-LD100抓到的放油标定泄漏记录。成都-资阳段放油标定记录 2015年01月14日，Iguard-LD100抓到的放油标定泄漏记录。成都-资阳段放油标定记录 2015年01月14日，Iguard-LD100抓到的放油标定泄漏记录。成都-资阳段放油标定记录 2015年01月14日，Iguard-LD100抓到的放油标定泄漏记录。成都-资阳段放油标定记录 2015年01月14日，Iguard-LD100抓到的放油标定泄

19、漏记录。兰成渝成都-资阳段项目系统性能次声波管道泄漏监测技术应用兰成渝成都-资阳段测试系统通过打开阀门放油实际测试管道泄漏监控泄漏。业主方随机放油模拟泄漏，实测系统性能如下：最小可测泄漏孔径6-15毫米。最小可测泄漏率0.2%。平均定位误差小于200米。系统报警准确率高于90%。原油管道:中石化临邑-济南管道项目次声波管道泄漏监测技术应用临济线全线设置1座调度中心，位于徐州，全长72公里，管径337，设计压力7MPA，穿越黄河，设临邑站、济南站两个输油站，黄河南北两个截断阀室。临邑首站出站约为4.2Mpa，两个传感器安装位置间距约为30米。济南末站进站压力约为0.2-0.3MPA，两个传感器安

20、装位置间距约不到10米。本管道输送进口原油和国产原油的混合油，油品配比比例及油源随批次及季节变化。主要工艺流程为：原油从首站储油罐抽出，加热，再经输油泵加压外输，在末站经计量后进储油罐。中石化临邑-济南管道项目现场照片中石化临邑-济南管道项目现场照片次声波管道泄漏监测技术应用中石化临邑-济南管道项目放油泄漏报警截图次声波管道泄漏监测技术应用天然气管道:辽河油田天然气西线项目次声波管道泄漏监测技术应用天然气利用工程西线曙光调压站至西八千调压站总长33.5km，输量为140万立方米/天，拟在具有内网的曙光调压站和西八千调压站设置次声波泄漏监测及网络传输设备。全线设计承压2.6MPa，首站曙光站，进

21、站压力0.7-2.0MPa，出站压力0.38MPa，末站西八千站，进站压力0.6-1.9MPa，出站压力0.21Ma。管道名称管段起点管段终点设计压力(MPa)天然气西线利用工程曙光调压站欢喜岭调压站2.6欢喜岭调压站西八千调压站2.6辽河油田天然气管道项目现场照片次声波管道泄漏监测技术应用中石化红河油田油气混输管网采油厂有联合站1座，转油站1座（在建1座），增压站12座（在建3座），污水处理回收站10座（在建1座），集输站2站，发油点40座，钻井作业废水处理站1座。集输干线18条129公里，单井集输送管线276公里。注水管线55条54.6公里，共456.3公里。Iguard系统典型应用案例次

22、声波管道泄漏监测技术应用系统总体方案红河油田油气混输管网次声波管道泄漏监测技术应用IguardACU设备现场安装情况次声波传感器 GPS次声波管道泄漏监测技术应用换热器泄漏及流程切换的声波信号流程切换系统成功检测到的管道泄漏事故！换热器泄漏次声波管道泄漏监测技术应用系统软件正确检测到油气管网泄漏，并发出正确报警检测到泄漏事故后系统正确发出报警次声波管道泄漏监测技术应用大庆油田庆哈原油输送管线泄漏监控系统庆哈输油管线全长199.1 km全线共设置站场4座，分别为首站、中1加热站、中2热泵站和末站设置阀室5座，分别为1#、2#、3#、4#和5#阀室， 4#和5#阀室为穿越松花江段两侧的截断阀室管线

23、设计输量300104t/a管道全线敷设伴行光缆，数据通讯采用TCO/IP协议，通过通信路由，实现数据交换在原油管道的应用次声波管道泄漏监测技术应用庆哈原油输送管线泄漏监控系统次声波管道泄漏监测技术应用首站中一站中二站4#5#末站首 站： 中一站：中二站： 末 站：庆哈原油输送管线泄漏监控系统现场照片次声波管道泄漏监测技术应用庆哈原油输送管线泄漏监控系统性能次声波管道泄漏监测技术应用庆哈输油管线次声波管道泄漏监测系统性能指标为：最小可测泄漏孔径6-20毫米，最小可测泄漏率0.31.5%。在可测泄漏孔径范围内，能够及时准确报警。系统测漏反应平均时长为85.8 秒，最快为32秒、最慢小于169秒。能准确判定泄漏点位置。正常情况下，泄漏点定位精确度的平均误差不大于200米。正常情况下，系统误报率小于5%。中石油西部管道公司乌鲁木齐-达坂城原油管道泄漏监控系统中石油乌鲁木齐-鄯善原油管道工程起点位于乌鲁木齐市、吐鲁番市、鄯善县，终止于鄯善站乌鄯段线路长302km管线设计输量1000104t/a选择乌鲁木齐-达坂城中间站一段进行泄漏监控监控终端安装在：乌鲁木齐、1#RTU阀室、2#阀室和达坂城中间站在原油管道的应用次声波管道泄漏监测技术应用原油管道应用次声波管道泄漏监测技术应用乌鲁木齐-达坂城原油管道泄漏监控系统次声波管道泄漏监测技术应用