舒亮1 曹國飛2 沈煜博1

1.國家管網集團西氣東輸武漢輸氣分公司；2.國家管網集團西氣東輸公司管道部

摘要：為有效預防和減少油氣管道內檢測通球作業時卡堵事件發生，利用光纖預警系統實時跟蹤定位檢測器位置并進行應用效果分析。通過現場應用和測試，經與人工偵測結果對比，光纖預警系統所測算的檢測器運行平均速度與實時速度差值約在0.1 m/s左右；所測算的實時位置（定位精度）以到達時間衡量其差值約在1 min以內。結果表明，光纖預警系統能夠較好地滿足內檢測器實時跟蹤應用需求，亦能滿足跟蹤過程中對區段內第三方外部風險的有效篩別。

關鍵詞：光纖預警；管道內檢測；實時跟蹤；應用效果

油氣管道在進行內檢測作業時，傳統的檢測器跟蹤方法主要采取定標設備監測和離散點人工監聽相結合的方式，無法獲取檢測器運行實時速度和精準位置。如何能及時準確地判定檢測器的位置，為管理者更早介入和跟蹤后續作業爭取時間，有效預防和減少卡堵事件帶來的影響，是行業管理者迫切需要解決的難題。筆者探討利用油氣管道伴行光纜，采用光纖預警系統對檢測器進行實時跟蹤。

1  技術原理概述

光纖預警系統利用埋地鋪設的管道伴行光纜，采用光纖傳感技術、計算機技術、通信設備和信號處理等技術手段，完成長距離管道沿線信息的檢測、采集、處理和傳輸，對各種不同的振動信號進行分析和識別。當外界有振動壓力信號作用于光纖時，會引起光纖折射率的變化，進而引起光波相位的變化，不同的振動頻率和壓力光波相位會發生不同的變化，從而產生的信號也不同。最后，通過對光纖路由的數據采集，結合振動信號反饋的時間和里程，可精準判斷振動事件發生的位置。

通過對光纖預警系統的延伸探索，管道內檢測作業時檢測器與管壁緊密接觸，運行時摩擦必將形成振動信號，管道與土壤的耦合，振動信號作用到同溝敷設的光纜上，將使得光纖中傳輸的激光相位發生改變，檢測器在行進過程中與管道焊縫的每一次撞擊，產生的振動都會在振動瀑布圖上產生一個類似字母“V”的形狀（圖 1），通過檢測該振動信號變化可以實現檢測器的跟蹤和定位。

圖 1 檢測器在運行過程中撞擊焊縫產生V字型振動

2  實際應用

由于光纖預警系統受外部環境影響較大，信號收集時間是否與現場實時對應，管道周邊外部入侵活動振動信號源是否對檢測器信號造成干擾，是本次跟蹤定位檢測器過程中需探索的課題。

2.1  實施區間

西氣東輸忠武線管徑610 mm，設計壓力6.3 MPa，潛江至監利段全長107 km，沿線設有2座閥室、3座分輸站。內檢測作業從潛江分輸站（管道里程為0 km）發球至監利清管站（107.614 km）收球，選定監利分輸站（62.013 km）至監利清管站44 km區段實施本次光纖預警系統對檢測器的跟蹤定位，同時對區段內第三方外部風險進行篩別。

2.2  實施過程

在起始端監利分輸站安裝光纖預警系統主機（圖 2），并對區段光纖衰減情況進行檢測以選取光纜衰減程度較好的光纖，通過光纜熔接并在光纜末端增設放大器，使光纖鏈路整體完整有利于事件檢出。對沿線管道進行現場踏勘，沿管道路由進行信息采集，平均每100 m～150 m采集一次傳感信號（圖 3），對管道樁牌信息、現場環境、光纜進行GIS定位。結合管道外部告警事件進行現場復核，對算法庫進行更新優化，以區別外部威脅和檢測器信號告警。通過現場人工跟蹤檢測器（圖 4）結果與光纖預警系統測算數據進行分析比對，以驗證跟蹤定位效果。

圖 2 光纖預警系統設備安裝現場

圖 3 沿線光纖信息采集點示例（每100 m～ 150 m ）

圖 4 現場監聽點位設置

2.3  應用效果

本次內檢測共計5次通球作業，分別為測徑清管器、鋼刷清管器、磁力檢測器、幾何檢測器及漏磁檢測器。5次通球作業現場監聽點人工偵測時間與光纖預警系統測算時間對比分析如表 1所示。

表 1 現場監聽點人工偵測時間與光纖預警系統測算時間對比分析表

由表 1可知， 與現場人工偵測結果對比，光纖預警系統所測算的檢測器運行平均速度與實時速度差值約為0.1 m/s，所測算的跟蹤定位實時位置（定位精度）以到站時間衡量，差值約在1 min以內。

現場應用過程中，通過信號甄別，在光纖預警系統振動信號中也反饋了不同于檢測器的其他信號源（圖 5）。由圖 5可知，光纖預警系統對管道周邊入侵活動信號識別不受其跟蹤定位檢測器的影響，可同時實時監測。

圖 5 系統反饋的檢測器及外部活動信息

3  結語

本次應用光纖預警系統跟蹤定位內檢測器，表明其能夠有效識別檢測器運行過程中外部環境因素產生的其他信號來源，客觀實時對事件有效告警，在跟蹤定位檢測器位置和運行時間上與現場實際運行參數誤差較小，具有參考性。同時，光纖預警系統能夠進行可視化提示且可復制性強，可以實現以下功能。

（1）能自動記錄并分析內檢測器運行的實時速度、平均速度，以評估運行速度是否在合理區間，并結合當前位置與管道里程計算下一關鍵點到達時間。

（2）在GIS地圖上實時動態展示內檢測器位置，通球信息自動彈出并實時更新，通過能量圖直觀呈現出清管器運行狀態。

（3）可以精準計劃內檢測過程中檢測器位置上下游的作業流程，對于管輸過程的閥門開閉及啟輸作業有指導意義，有效提高工作效率。

作者簡介：舒亮，工程師，主要從事長輸油氣管道保護、腐蝕控制、管道本體完整性等管理工作。聯系方式：13971236769，30013608@qq.com。