管道安全预警技术进展及实践10-29教材

管道安全预警技术进展及实践

中国石油管道研究中心周琰

2009年11月11日

目录第一部分管道安全现状及问题第二部分安全预警技术进展第三部分应用成果及结论我国油气管道发展概况

随着石油、天然气生产和消费的增长，管道运输发展步伐不断加快。

截止2008年底，中国已建油气管道的总长度约6.4万公里,其中：原油管道约1.9万公里；成品油管道约1.3万公里；天然气管道约3.2万公里。随着西气东输二线、中俄管道、兰郑长等长输油气管道的建设，我国已初步形成覆盖全国大部分地区的天然气、原油和成品油骨干网。第一部分管道安全现状及问题全国油气管道图霍尔果斯轮南吐鲁番哈密酒泉涩北中卫兰州靖边西坪龙岗武汉忠县淮阳南宁广州南昌上海青山吐哈进气准噶尔气田银川杭州安平北京红柳瑞丽昆明重庆贵阳塔里木气田龙岗气田长庆气田长武第一部分管道安全现状及问题

管道安全存在问题

近年来，管道安全事故时有发生，不仅影响了正常的输油生产，造成环境污染，而且严重的威胁着人们的生命和财产安全。据统计，安全事故的主要原因有：1、第三方破坏（打孔盗油和非法施工）；2、自然灾害（山体滑坡、地震和泥石流等）；3、材料腐蚀；4、管道制造及安装缺陷等；其中，第三方破坏及自然灾害对管道的安全威胁最大，无论发生次数和所造成的损失均居前列。第一部分管道安全现状及问题

2003年12月19日，兰成渝管道因打孔盗油发生了严重的泄漏事件，造成兰成渝管道停输14小时，宝成铁路中断运行达7小时，附近的河流受到严重污染。第三方破坏（打孔盗油）第一部分管道安全现状及问题7港枣线2008年3月发现的打孔盗油点，油品被1寸塑料管从盗油阀门引出130米

第三方破坏（打孔盗油）第一部分管道安全现状及问题

2004年10月6日陕京输气管线由于第三方非法施工，机械开挖致使管道发生泄漏长达7小时，约20万立方米的天然气泄漏，造成了严重的社会影响。第三方破坏（非法施工）第一部分管道安全现状及问题9地质灾害兰成渝危岩体崩塌砸瘪管道忠武线滑坡致管道外露

第一部分管道安全现状及问题管道安全防护现状早期的管道安全防护主要采用立警示牌、人工巡线、免费电话报警等人防手段。随着自动化仪表和计算机技术的发展，管道泄漏监测技术也得到很大的发展，这类技术主要根据管道泄漏发生以后引起的管道压力、流量和温度等参数的变化，判断泄漏发生情况和位置。目前，国内多家单位采用负压波法和音波法开展管道泄漏监测技术的研究和应用。近年来，管道公司的大多数管道已经安装了泄漏监测系统，该技术只能实现泄漏后的报警及定位。但此时管道已经受到破坏，损失已经发生。第一部分管道安全现状及问题管道安全预警技术发展概况

当前迫切需要能够对管道沿线的机械开挖,非法入侵，地质灾害等威胁管道安全的安全预警技术，并建立相应的技术体系来保证管道的安全运行。从而使管道始终处于受控状态，防患于未然。目前，国内外管道安全预警技术的研究和应用尚处于起步阶段。众多研究机构、高校和企业都在开展相关项目的研究工作，到目前为止，还没有大规模工业应用的案例。

第一部分管道安全现状及问题目录第一部分管道安全现状及问题第二部分安全预警技术进展第三部分应用成果及结论

管道公司管道安全预警技术研究概况

管道公司针对管道沿线的机械开挖、非法入侵和地质灾害等威胁事件，根据现场不同的需求，研发了多种管道安全监测预警技术并建立相应的安全预警技术体系。管道公司主要开展了以下几个方面的研究工作：1、管道光纤安全预警技术；2、管道重点区域预警技术；3、管道声波安全预警技术；4、地质灾害远程预警技术。以上的研究工作和成果，均已在实际管道上进行工业应用，并取得了良好的效果。第二部分安全预警技术进展管道光纤预警技术主要针对管道沿线非法开挖、机械施工等可能对管道造成破坏的行为。

该技术利用与管道同沟敷设的通信光缆中冗余的光纤，实现管道沿线威胁事件的实时监测。该技术无需在光缆上安装任何附加装置，具有结构简单、监测距离长、抗电磁干扰能力强、灵敏度高等特点，能够实现管道沿线无间隔连续实时监测。1、管道光纤安全预警技术管道光纤安全预警技术适用范围及特点

光纤管道安全预警技术利用与管道同沟敷设的通信光缆中冗余的光缆纤芯构成基于干涉原理的分布式微振动振动信号传感器，获取管道沿途的振动信号。通过振动信号的分类识别，可以有效地确定管道沿线的威胁事件，并准确定位。1、光纤管道安全预警技术系统原理计算机信号处理系统分布式光纤传感器（光缆）泄漏点管道管道附近施工首端末端地表光源及光电检测系统人工挖掘大功率激光光源研制了大功率高稳定性的激光光源，确保了检测距离长达60公里；高灵敏度信号检测装置设计了低噪声、高增益光电探测器、专用的温度补偿和信号差动放大模块，保证了系统灵敏度和抗干扰性能；事件样本库的建立

积累大量的不同类型事件样本库，开发了一套管道威胁事件的识别算法，已可以实现不同事件的自动识别。关键技术1、光纤管道安全预警技术应用情况

港济枣成品油管线从天津大港出发，途经济南到达山东枣庄，全长605公里，所经沧州、黄骅等地均为打孔盗油高发区。为了打击盗油分子，保护管道安全，同时推动分布式光纤管道安全预警技术的工业化进程，管道公司在港枣管道进行分布式光纤管道安全预警技术的工业化应用。1、光纤管道安全预警技术应用情况

自07年5月开始，由管道公司科技研究中心研制的管道光纤预警系统在港枣管道大港—德州205公里管段投入应用。，该段光缆敷设形式涵盖直埋光缆，铠装光缆和套硅管埋设3种形式。1、光纤管道安全预警技术光缆GYTA-6B大港德州32km光缆GYTA-12B沧州大港站2#阀室沧州站5#阀室德州站47km63km63km应用情况1、应用表明，光纤管道安全预警系统可以采用直埋、铠装和套管等埋设方式的光缆；2、研制的光纤管道安全预警系统运行稳定，针对港枣线的实际环境，可以对人工挖掘、机械挖掘等信号进行分类报警并准确定位；3、单套系统的保护距离可达60KM，系统对威胁事件的判别准确率大于95%，挖掘定位误差小于500m。4、系统正式投入应用以来，先后发现了5次非法挖掘事件，有效的保护了管道的安全。1、光纤管道安全预警技术管道重点区域预警技术适用范围及特点2、管道重点区域预警技术管道重点区域预警技术主要针对管道跨越、阀室及场站等重点区域的安全预警需求而开发，该技术可以实现对外部入侵的实时监测和预警。

该技术采用多种传感器监测管道重点区域附近的人为活动信号，从而实现入侵监测。该技术具有防区划分灵活，保护区域广，灵敏度高等特点。可以广泛应用于管道上的任意区域或设施的安全预警。

系统结构

管道重点区域预警技术采用布设在区域内的多种传感器，检测区域内的震动和温度等信号，并将信号传输到系统控制中心，利用模糊识别的方法与现有数据库信息进行比较分析，判断是否有威胁事件发生，并分类报警和定位，实现重点区域的安全预警。管道桥梁桥墩无线通讯传感器现场监视系统监控中心桥墩现场传感器网络2、管道重点区域预警技术多传感器融合技术运用数据融合技术，综合分析跨越区域的数十个传感器的信号，实现管道威胁事件的综合分析，有效提高了系统的识别率。精确定位技术通过三角定位原理实现对入侵目标的空间定位以及对目标的运动轨迹进行监测,从而实现早期监测、定位和预警。事件识别技术运用过零分析、主成份分析等技术实现了人为活动信号的自动识别，有效过滤区域外人员、汽车通过等信息。

关键技术2、管道重点区域预警技术涩宁兰管道盐锅峡保护对象涩宁兰管道八盘峡保护对象

涩宁兰管道八盘峡和盐锅峡跨越为管道公司重点防护区域，一旦遭到破坏不但会严重影响下游供气，还将产生严重的次生灾害。该处人烟稀少，巡护困难，做为人工防范的有益补充，06年10月，管道公司在这两个重点区域进行了跨越预警技术的工业应用。

应用情况2、管道重点区域预警技术3、管道声波预警技术

管道声波预警技术特点

管道声波预警技术针对管道高后果区、无同沟敷设光缆需要看护的重点管段而开发，可以实现重点管段的防御。该技术依靠监测沿管壁传播的声波信号实现管道威胁事件的实时监测。该技术具有布设灵活，无需开孔，安装使用方便的特点。可以广泛应用于各种管道重点管段的安全防护，解决了没有同沟敷设光缆的在役管道的安全防护难题。

不法分子在探找管道，安装盗油阀门、钻孔等过程中，均会造成管道振动，这种振动会以声波的形式沿管壁迅速向两边传播。系统采用安装在钢管外壁的高灵敏度传感器检测管道异常声波信号，经过监控终端处理后，将事件特征信号通过无线网络传到监控中心，监控中心判断是否有威胁事件发生，并对威胁事件进行报警。3、管道声波预警技术

技术原理智能信号调理

采用高灵敏度加速度传感器和动态增益调整等技术保证了系统的灵敏度，使得系统能够获取打孔盗油等威胁事件发出的声波信号。多级识别算法

现场监控终端采用双CPU结构，配合信号监控终端盒监控中心的多级信号识别算法及流程，有效的提高了现场监控终端的识别能力。微功耗设计

现场终端采用高容量电池和休眠唤醒设计理念，大大降低系统功耗，提高了系统的使用周期。

关键技术3、管道声波预警技术

应用情况3、管道声波预警技术1、管道声波预警技术已经在铁大、秦京等管道40个打孔盗油易发区的重点管段进行了工业应用。2、应用表明，管道声波预警技术运行稳定，可以对敲击管道、焊接盗油卡子、钻孔等管道威胁事件进行报警；3、单套终端可防护500m范围内的防腐层破坏，1500-2000m内的管道敲击和约2000m长15m宽的机械挖掘；报警率超过95%；4、系统安装以来，曾先后6次对威胁管道事件进行预警，3次接触到管道，1次为机械挖掘，2次为人工挖掘。4、地质灾害远程预警技术

地质灾害远程预警技术地质灾害远程预警技术主要针对滑坡对管道的影响而开发，该技术解决了滑坡滑动及滑坡对管道的作用力的实时监测难题。该技术采用高灵敏度光纤光栅应力应变检测技术和光纤波分复用技术，实现了管道穿越滑坡区管道应力和滑坡滑动的实时监测。该技术实现了多参数同时测量，具有检测精度高、抗干扰强等特点。可以广泛应用于各种大范围慢速滑坡的预警。管道应变传感器地梁解调仪测斜管滑坡体下位机上位机GPRS传感器现场滑坡检测系统信号处理系统光开关管土压力传感器

技术原理管道公司科技研究中心研发了地质灾害远程预警技术，实时监测管体应变、管土压力、滑坡体深部位移、表部位移数据的并远传。信号处理系统根据构建的滑坡体数值模型预测滑坡和管体应力变化情况，实现滑坡体对管道危害的远程预警。4、地质灾害远程预警技术传感器设计技术

利用光纤光栅波长和应力的相关原理，设计了多种传感器，实现了滑坡和管体位移、形变的监测。多传感器组网技术利用不同光纤光栅传感器的波分复用，利用一根光纤实现了数十个传感器的实时数据传输。滑坡数值预测技术通过对滑坡各点的位移和应力进行跟踪，运用数值建模技术建立滑坡模型，实现对滑坡变形的预测。

关键技术4、地质灾害远程预警技术滑坡周界兰成渝管道至成都主滑方向主滑方向滑坡中心处管道里程K662＋750，位于四川省江油市二郎庙镇境内；滑坡宽度1200m，长1000m，深30-50m，体积3000万m3，为一巨型古滑坡；滑坡近年变形严重，兰成渝管道延伸近1200m，埋深1－2m，危险性大，无相关滑坡灾害防护设施；滑坡规模巨大，治理成本高，深度是否有复活迹象，需要进行监测。应用情况4、地质灾害远程预警技术绵广高速

管道公司科技研究中心根据兰成渝管道滑坡情况，在二郎庙滑坡区建立了光栅光纤滑坡监测预警系统示范工程。应用情况主滑坡体主滑坡体4#深部位移3#深部位移2#深部位移1#深部位移兰成渝管道南段地梁北段地梁3#管体应变2#管体应变1#管体应变4、地质灾害远程预警技术汇报稿管道滑坡传感器阵列研发测试及施工现场应用情况4、地质灾害远程预警技术管土压力表部位移管体应力深部位移表部位移应用情况

在5.12汶川地震期间管道的安全状况受到极大关注，该技术对二郎庙滑坡区进行实时的灾害监测和数据分析，为抢险抢修提供了科学依据。该技术为地质灾害的实时监测和预警提供了有力的科技手段。汶川地震4、地质灾害远程预警技术

目前，管道公司已初步建立了长距离管道、重点管段、重点区域及自然灾害多发区等管道安全预警系列技术体系，并开始了工业应用。

第二部分安全预警技术进展管道公司安全预警的推荐做法管道类型推荐方法监控范围有同沟铺设的光缆管道光纤管道安全预警技术数十千米没有同沟铺设光缆的打孔盗油易发区或人口密集区管道声波预警系统重点管段重要的河流跨越段管道重点区域预警技术重点区域穿越自然灾害区域地质灾害远程预警技术土体移动目录第一部分管道安全现状及问题第二部分安全预警技术进展第三部分应用成果及结论

管道公司作为综合性的管道运营公司，运营着11316千米的原油、成品油、天然气管道，所辖管道情况复杂，第三方破坏、地质灾害时有发生，安全运营难度很高。管道途径全国21个省、自治区，直辖市，点多面广；很多管道建设于上世纪70年代，管龄长；管道技术条件落后，自动化程度低；管道途径区域人口密集，高后果区众多；管道途径崩