1、山西燃氣有限責任公司管道沉降監控系統 解決方案 成都千嘉科技有限公司 2011年7月目 錄第1章 項目總體概述31.1 現狀分析31.2 系統特點4第2章 需求分析5 項目概況52.2 實現目標5第3章 方案設計53.1 系統結構5 系統總體框架5 光纖安全防御系統示意圖63.2 系統原理73.3 系統組成83.4 系統工作流程8第4章 詳細設計94.1 與管理中心通信94.2 安裝、調試10 設備安裝10 施工技術要求114.3 現場調試114.4 系統升級、維護12 系統維護措施12 系統特點12第5章 系統配置清單13第1章 項目總體概述1.1 現狀分析長距離管道的位移，沉降形變將對燃氣

2、管線的正常輸氣，以及運行的安全與管道壽命造成巨大的影響。目前國內外對長管線進行移監測主要采用精密的大地測量方法，這種方法精度雖然可以很高，但是僅對長線上各點在不同時間上逐點測量，不是在同一時間獲取。因此獲取位移信息的安全性不高，且時間較長，達不到實時監控的目的。另一種是比較簡單的力學方法，即通過測量管線軸向應力或微形變推測管線的位移值。這種方法只有當管線的支撐點比較確定的情況下可以使用且精度不高。因此當管線較長時，計算出的數據有時會造成很大誤差，無法使用。管道沉降不僅影響燃氣的正常運輸，還可能導致管道泄漏，管道泄漏不僅會造成資源損失和環境污染,石油、天然氣等易燃易爆品輸送管道的泄漏甚至會產生火

3、災爆炸,因此對管道進行實時監測,及時發現泄漏和預報隱患就顯得十分重要。 目前管道泄漏的監測方法主要有基于管內壓力、流量、溫度和管壁完好程度檢測的管內智能爬行機法;基于泄漏產生的物理現象檢測的聲波、負壓波、應力波檢測法;利用熱紅外成像、氣體成像、探地雷達的地面間接檢測法。 這些方法存在或者定位難,或者不能提前預報泄漏隱患等缺點。針對上述問題,我公司提出了一種利用分布式光纖傳感器對輸送管道的位移及泄漏進行實時在線監測的技術。光纖傳感器是一種傳感型光纖傳感器,它具有同時獲取在傳感光纖區域內隨時間和空間變化的被測量分布信息的能力。 利用這一特性,在輸送管道鋪設的同時鋪設一條或幾條光纜,利用光纖作為傳感

4、器,拾取管道周圍的壓力、溫度和振動信號,通過對信號的分析和處理,對輸送管道泄漏、附近的機械施工和人為破壞等事件進行迅速判斷和準確定位,提高管道的監測水平。1.2 系統特點本系統不需要通過復雜的距離、角度測量及位移的計算過程，同時利用光纖位移傳感器，壓力傳感器，溫度傳感器實時監測燃氣管線水平位移和沉降數值，并把燃氣管線水平位移和沉降工況在計算機顯示屏上形象直觀的顯示出來，依次來顯示水平位移和沉降的實際工況。因此，人們可以在任何時刻同時觀察到燃氣管線上各點位移數值及其分布及各點位移相互影響的關系，他們的發展趨勢及變化速度，通過這種管道安全信息的提供，方便決策者及早采取必要的措施把事故消滅在產生之前

5、。  借助物聯網技術，通過隨地下管線埋設光纖，實時感應監測燃氣管道實際沉降情況，及時將信息傳回山西燃氣公司信息中心，對于發生險情的管道，提前做好管線搶險預案，防患于未然。 本系統具有以下優點：u 分布傳感，技術先進-在整個連續光纖的長度上，任意一點都是“傳感 器”；u 實時監控，定位準確-在線實時監測，響應迅速，克服漏測和難以定位弊端；u 結構簡單，可靠性高-傳感光纖既傳輸光，又傳感，故障少，可維護性好，可靠性高；u 配置靈活，使用方便-系統配置和參數可按用戶具體需求調整，方便靈活，運行成本低；u 性價比高，測點分布 于整個光纖，系統成本遠遠低于采用傳統點式監測系統的價絡。第2章 需

6、求分析2.1.1 項目概況我公司提出的光纖傳感報警系統解決方案。通過光纖感應管道位移情況，把管道沉降過程中發生的位移情況傳輸至監控室主機。通過監控主機上的監測軟件實現報警監測，GIS 位置確認，并把報警信號實時傳輸至監控中心，以達管道沉降進行預警監測目的。解決方案主要特點 為利用光纖作為現場傳感器件，本身無源、耐高溫高壓、無電磁輻射、維護方便 簡單、監控距離長，靈敏度極高。另外，它的性價比高，性能穩定，可靠性高， 非常適合燃氣等重要管道的預警監測。 2.2 實現目標Ø 及時將管網沉降信息采集，并返回管理中心；Ø 管理中心收集到超過界限的沉降信息后，及時報警；Ø 管

7、理中心GIS圖顯示出現故障的具體位置，以便工作人員維護。第3章 方案設計 3.1 系統結構3.1.1 系統總體框架 傳感器可以配置于任何長度的光纖，即可以進行點傳感，也可以在非常長的距離上（超過 50km ）進行分布式傳感。該技術的主要優勢之一就是能夠根據的應用變動傳感距離。這一優勢在與長距離通信系統共同工作時尤為重要。當燃氣管道發生沉降，定位在管道上的光纖會隨著管道發生形變，在內傳輸的光波的相位會隨之改變，通過解調儀對傳輸回來的光波進行解調，將此信息通過3G傳輸回管理中心，管理中心將生成管網沉降狀況分布圖。燃氣公司根據發生沉降的嚴重情況進行現場處理或繼續觀察。3.1.2 光纖安全防御系統示意

8、圖該技術另外一個主要特性是配置靈活性，由于該技術不受波長的約束。因此該技術可以與現有通信光纜集成，而不要求敷設新的光纜，使整體的投資性價比提高。3.2 系統原理 光纖振動傳感報警系統采用光學干涉原理，通過監測環境應力對光纖的影響，分析管道沉降信息，進行判斷和定位報警。 它的獨特性在于：采用的無源光纖傳感技術使得系統在不需要任何戶外有源器件的情況下能夠提供長距離監控；系統特定的信號處理系統能夠瞬間有效排除外界干擾，提供實時、可靠的入侵報警，使得相關人員能夠迅速準確做出相應的行動。 當輸送管道發生沉降時,光纖會隨著管道發生位移,使光纖發生彎曲和抖動,導致輻射模增大或減小,損耗發生變化. 同時當輸送

9、管道附近有機械施工或人為破壞時,也會對光纖施加作用力,損耗和輸出也會發生變化。當輸送管道發生泄漏時,泄漏出的高溫高壓流體或氣體使環境溫度發生變化,同時還會對附近的光纖施加作用力,使光纖發生彎曲和抖動,導致輻射模發生變化. 當管道附近有機械施工或人為破壞時,也會對光纖施加作用力,使光纖的損耗和輸出光功率發生變化. 利用這一特性,通過對光纖輸出光功率頻譜的分析,判定輸送管道是否有泄漏等事件的發生,通過對背向散射光的測量來進行定位，測算位移大小，并與管理中心通信，發出報警。3.3 系統組成Ø 管理中心： 管理中心完成各采集點數據的接收、展示、分析、調度等功能，這些功能將在后續章節中詳細描述

10、。為了達到較好的演示效果，將利用液晶大屏，結合ARCGIS地理信息系統，圖形化的展示管道沉降實時信息。Ø 現場監控室：現場監控室由監控柜和監控設備組成，現場監控柜是防雨防高溫型的，現場監控室采集到管網現實情況，現場工作人員可根據這些數據作出處理方法。作為感知層信號采集、傳輸樞紐，獲取光纖振動傳感信息，通過監測軟件對信息進行判斷。若發生管道沉降、即刻報警，把信號傳輸至燃氣公司。Ø 傳感器：光纖即為傳感器件，光纖與終端盒熔接形成激光回路。Ø 傳輸設備：采用RTU進行傳輸，RTU采集解調儀上的輸出信號，并通過無線傳輸方式，將信息傳回給管理中心。3.4 系統工作流程如流程

11、圖，當管道發生沉降時，光纖傳感器會出現振動干擾，當出現振動或者斷裂告警時，系統進行檢測，并將預警信息及時傳遞到中心平臺，由平臺進行聯動告警處理。第4章 詳細設計本次試點工程選取一段管道進行安全監控。系統的設計示意，如下圖所示。 如上圖所示，光纖沿著燃氣管道鋪設，其位置位于管道壁上，三根光纜圍繞管道鋪設。當有第三方破壞發生時，沉降發生時引起的光路變化會被光纖監控系統捕捉到，系統報警并給出沉降位置。 4.1 與管理中心通信光纖沉降預警系統對沉降的檢測是24 小時候不間斷的，實時監測管道沉降情況，當沉降產生時，報警信息通過基于UDP 協議的網絡傳輸方式傳送至平臺，平臺接收到入侵報警信息后，進行統一管

12、理。這樣，可以實現立體化反應迅速的沉降預警管理系統，保證實時可靠，報警信息主要包括了報警狀態、沉降位移、報警地點、報警時間這四個數據，一并打包發送。可使用有線寬帶ADSL，無線GPRS/CDMA 方式，局域網等與管理中心進行通訊，本次選用GPRS進行通訊，如下圖所示。4.2 安裝、調試4.2.1 設備安裝4.2.1.1 現場監控柜需在現場設置安裝一個現場監控柜（要求防雨防高溫），并帶能支持8小時工作的后備電源。設備全部放置在現場檢控柜內，市電接入、光纖解調儀、光纖配線架、都放置在內，光纖由此柜引出。4.2.1.2 光纖埋設需要光纖的長度根據實際情況（主要是管道和監控室的距離以及是否采用傳感雙纜

13、形式）計算得到，要完成整條管線的鋪設光纖需要連接，光纖與接續盒連接時采用熔接方式，具體熔接方式和要求參見詳細施工說明書，并同時根據不同行業的國、行標進行規范處理，包括光纖鋪設的規范及埋設規范要求。光纖經過某些特殊地段時，如河流、鐵路等，宜采用套管埋地形式。光纖的埋地深度與管道一致，采用穿管形式，管材為PVC 管，直徑3 厘米。如下圖所示。4.2.1.3 傳感器光纖即為傳感器件，光纖與終端盒熔接形成激光回路。光纖埋設施工完即以完成。4.2.2 施工技術要求（1）嚴格按施工圖紙施工，在保證系統功能質量的前提下，提高工藝標準要求，確保施工質量。（2）預埋（留）敷設的管（盒）位置準確，無遺漏。（3）管

14、道、線槽、橋架整齊、美觀、牢固，管道連接處清潔，電氣連接嚴密。（4）設備安裝牢固、美觀，頂裝設備橫豎成列，墻裝設備端正一致、齊全，完整無遺漏，各種現場變更手續完整有效。（5）弱電線纜不得與強電走同一預埋管。（6）所有有線纜敷設中間不得有接點。4.3 現場調試系統施工、安裝完畢后，即可根據系統圖紙、施工圖紙及系統技術要求和我們編制的調試大綱對光纖傳感系統進行調試。系統的調試必須達到設計指標。經反復調整仍不能達到指標的，找出原因進行整改或返工。直至滿足設計要求為止，調試主要為以三方面：1）系統單項設備調試系統使用的所有設備進行設定、調試，以確保其安全、穩定運行。在單項設備調試中，要注意同類同型號設

15、備性能的一致性。某些同類同型號設備性能不能調試一致時，如果估計會影響系統整體性能，應考慮更換或設法用與其相連接的設備或部件進行補償。2）主控儀系統靈敏度調試開啟主控儀，靜態觀測，設定系統的靈敏度。實際測試當有風有雨、路上車輛經過、出入口人員走動、車輛開動時系統不發生報警；當有實際沉降發生時能精確定位。3）與管理中心報警信息上傳調試實際產生報警信號，當報警系統信號產生時，報警信號即刻上傳至監控管理中心。4.4 系統升級、維護4.4.1 系統維護措施1) 定期進行監控室現場設備清潔、檢查。利用系統監測軟件查詢系統狀態。2) 移動監控室相關設備時，須注意各項接口是否牢固。3) 當第三方破壞，挖斷光纜時，利用接續盒進行標準熔接，維護簡單。4.4.2 系統特點ü 監控距離長、范圍大，采用普通光纖，監控距離可長達 60 公里；ü 室外不需供電，不需避雷，安裝維護方便；ü 光纖即可用于傳感報警，亦可用于通信傳輸；ü