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Omnisens Lynx分散式光纖管道完整性監測技術

# 第14期

Omnisens Lynx分散式光纖管道完整性監測技術

來源:《管道保護》雜誌 作者:中國石油大學管道技術與安全研究中心

Omnisens Lynx 是一套分散式光纖傳感系統,能夠即時連續地監測、定位及描繪出感應光纖整個監測範圍內細微的溫度、應變和振動變化,這些變化即表示管道發生了洩漏、地層移動或入侵事件。Omnisens專有的監測軟體確保對檢測到的事件進行智慧分析,建立有效的通信預警並最小化誤報(圖 1)。

圖 1  Omnisens Lynx系統監測示意

 

1 系統簡介

 1.1 Omnisens Lynx系統

  1.   (1) Omnisens Ditest解析儀:提供強大可靠的測量和定位功能。對於管道  沿線的任何位置,
  2.      當經計算後的溫度和應變測量結果超出專案特定標準時,隨即觸發警報。可將整個監測
  3.      管道長度範圍內微小的溫度異常(洩漏的早期跡象)或應變異常(地層移動的首要特徵)
  4.      定位在數米內。
  5.   (2) Omnisens DiVA解析儀:檢測和分析管道周圍地層的振動情況。管道  沿線的所有活動
  6.     (正常的或未授權的)都會被檢測和定位,並依據測得的振動特徵定義為危害性或非危害
  7.      性,檢測與定位精確有效。
  8.   (3)介面與通信:通過TCP/IP或中繼,實現與協力廠商系統通信。
  9.   (4)感測器:通常為與管道一起安裝的標準單模光纖通信光纜
  10.   (5)監測軟體:用於處理溫度、應變和振動資料,發出預警。資料處理並     存儲在專用的資料庫中。
  11.   (6) Omnisens Map:簡潔明瞭的GIS介面,用於識別線路上與之KPs和GPS座標關聯的預警位置,
  12.      並將事件演變過程虛擬化顯示出來。

 1.2 Omnisens Lynx系統的監測物件

Omnisens Lynx系統監測與定位無盲區,能夠提供高靈敏度的連續監測,構  成了運營商安全系統的要素之一。其能夠監測到以下活動事件。

  1.   (1)微小的(初期)、發展的洩漏。
  2.   (2)地層運動的早期徵兆,如滑坡、沉降及其他地質災害影響。
  3.   (3)季節性變化對周圍土壤帶來的影響,如洪泛、冰凍、融化。
  4.   (4)土壤侵蝕的早期跡象。
  5.   (5)協力廠商侵入(合法的和非法的)。
  6.   (6)管道智能清理器的位置。

2 管道洩漏監測

  1.  管道洩漏會引起周圍土壤的溫度變化。 OmnisensLynx 檢測並分析管道沿線的溫度變化,以米級精度檢測並定位細微滲漏,
  2.  然後通過統計學演算法處理大量的參數,進而從正常的季節性氣候變化引起的溫度變化中辨別出真正的洩漏(圖 2)。

圖2  Omnisens Lynx 洩漏監測

  1.  2.1 天然氣管道洩漏監測
  2. 當氣體洩漏時,冷卻點會迅速擴散。在局部(1~2米)溫度變化之後,在管 道表面周圍的土壤中形成溫度梯度。無論周圍的土壤溫度如何,冷卻效果(直接與氣體類型和壓力有關)的大小保持不變。
  3.  
  4.  2.2 液體管道洩漏監測
  5. 大多數液體比周圍的土壤溫度更熱,因此安裝在附近的光纖傳感器能夠監測到液體洩漏。
  6.  
  7.  2.3 地層移動監測
  8. 管道地層移動會對管道路徑產生損傷,進而危害管道完整性。為了對這些危害中的一個或多個進行高靈敏度、高效益和強穩定性監測, Omnisens Lynx提供了以下全面、三重解決方案。
  9.   (1)分散式溫度監測。
  10.   (2)分散式應變監測。
  11.   (3)分散式振動監測。
  12.   通過應變和溫度的結合測量,可以實現對滑坡、蠕變、沉降及侵蝕現象的檢測和監測。使用光纖
  13.   應變感測器,能夠監測和定位沿著管道/光纖傳感器上任意位置幾釐米的地層位移,定位精度在幾
  14.   米以內。通過振動監測,能夠推斷出地震和相關現象(例如滑坡、火山活動等)(圖 3)。
  15.  

圖 3  Omnisens Lynx 地層移動監測

  1.   溫度的變化表明其他可能影響管道和/或其通行權的事件。管道周圍土壤物質的侵蝕,如洪水的侵入,
  2.   凍漲等,可能引起土壤狀況的變化,進而導致溫度變化。即時監測這些溫度變化和發生位置並發出警
  3.   報,操作員可以對管道逐一進行調查,消減損傷。為了滿足管道路由不同工況的挑戰, Omnisens
  4.   Lynx提供了一種靈活性,可以將不同的危害因素組合在一起或單獨進行監控。因此,設計一個全面
  5.   的、成本合理、實用高效的管道完整性光纖監控解決方案,無需考慮危害因素的單一性。
  6.  
  7.  2.4 協力廠商入侵監測
  8.    公眾最關心的是管道周邊建設和非法挖掘活動,因為一旦發生事故會對公眾安全和財產造成直接危
  9.    害。Omnisens DiVA能夠監測整個管道長度內的協力廠商侵入,並進行定位和分類(圖 4)。

圖 4  協力廠商入侵監測

  1.   協力廠商入侵擾動會在土壤中產生微弱的壓力或振動,感應光纖(標準通信光纜)隨即感應,借助軟體複雜演算法進行分類,以判定信號來自異常事件還是正常的環境變化。
  2.   Omnisens DiVA類似一部連續的寬頻帶電話,檢測管道路徑沿線不同事件產生的特定頻率,即使面對大量的同步事件也能夠通過可管控的資料量進行分類,因此可以快速區
  3.   分開“正常”和“異常”事件。
  4.   Omnisens DiVA足夠靈敏,在侵入變成危害前就可以將其檢測出,例如挖掘機到達現場開挖之前就能夠及時反映出來。當監測到危及安全的事件時,會觸發預警並在
  5.   Omnisens Map(或其他GIS)地理圖形上顯示出來,同時發送給管道資料獲取與監視系統SCADA或協力廠商平臺。
  6.  
  7.  2.5 清管追蹤
  8.   對於清管作業活動,清管傳播過程中在周圍的土壤中產生振動,使用附近放置的光纖電纜可以即時追蹤,可用一個可擕式的Omnisens DiVA解析儀。
  9.  
  10.  2.6 管道變形監測
  11.   為監測管道的變形狀況,將光纖鋪設在管道的表面,管道任何的形變都直接回饋到光纖中。監測形變過程中光纖的拉伸和壓縮變化,並觸發警報(圖 5)。

圖 5  管道變形監測

  1.  2.7 光纖電纜選擇
  2.   (1)提供光纖傳感電纜選擇和安裝程式指導。
  3.   (2)光纖傳感電纜可用於各種惡劣環境或特定條件下安裝
  4.   (3)用於洩漏和入侵偵測的電信級單模光纖電纜。
  5.   (4)應變傳感電纜,結合抗拉強度和最大應變靈敏度對地面運動進行監測。
  6.  
  7.  2.8 Omnisens Map
  8.   Omnisens Map作為Lynx的預設介面,提供一看就懂的全虛擬化數位結果,顯示預警和事件資訊(圖 6)。
  9.   其由一個地理資訊系統(GIS)構成,提供管道完整性危害因素的即時資訊,在一幅代表管線路徑的地
  10.   圖上顯示所有檢測到和分類的事件, 包括事件日誌和歷史資訊。

圖 6  Omnisens Map介面

  1.  (1)動態地圖顯示管線和定義的區域。
  2.  (2)區域狀態和狀況的即時資訊(例如最低/最高溫度等)。
  3.  (3)日期、時間和位置(所有已記錄事件的GPS座標)。
  4.  (4)資訊工具。
  5.  (5)所有已連接解調儀的狀態資訊。
  6.  (6)系統歷史日誌。
  7. 3 Omnisens服務
  8.  3.1 應用工程
  9.  (1)傳感系統設計,監測系統測試和驗證。
  10.  (2)集成到協力廠商系統(SCADA),通信連接。
  11.  (3)將管道地理座標安裝到Omnisens Map中。
  12.  3.2 調試和安裝
  13.  (1)系統組態、區域和警報優化。
  14.  (2)現場接受度測試。
  15.  (3)遠端存取設置和操作員培訓。
  16.  3.3 服務合同
  17.   可提供一系列服務,以確保監測系統的持續可用性,包括後期調試支援和資料解釋服務。

4 Omnisens Lynx 系統結論

(1)性能: Omnisens Lynx結合了Omnisens Ditest(用於最早發現洩漏和/或地面運動)和Omnisens DiVA(用於入侵偵測)的測量性能,以及Omnisens Map使用者介面,提供了一套成本可接受、實用高效的管道完整性檢測解決方案(圖7)。

圖 7 Omnisens  Lynx 系統安裝示意

 

Omnisens Ditest與DiVA監測距離超過40公里,解析度是在系統組態期間設置的,並且在距離範圍內保持不變。光纖安裝的合理性保證光纖監測的精度。

(2)靈敏度:初始溫度(洩漏)、應變(地面運動)和振動(侵入)事件可以及早發現,局部控制,從而使操作者有時間採取行動。

(3)通信:狀態和檢測到的事件可以即時與其他系統進行通信。Omnisens遵循資訊安全管理指南,以確保資訊的完整性、可用性和可追溯性。

(4)成本效益和靈活性:如果光纜安裝在管道旁,只需花費很少的額外成本,即可完成洩漏和入侵偵測。

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