1、山西燃氣有限責(zé)任公司管道沉降監(jiān)控系統(tǒng) 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(xiàn)狀分析31.2 系統(tǒng)特點4第2章 需求分析5 項目概況52.2 實現(xiàn)目標5第3章 方案設(shè)計53.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5 系統(tǒng)總體框架5 光纖安全防御系統(tǒng)示意圖63.2 系統(tǒng)原理73.3 系統(tǒng)組成83.4 系統(tǒng)工作流程8第4章 詳細設(shè)計94.1 與管理中心通信94.2 安裝、調(diào)試10 設(shè)備安裝10 施工技術(shù)要求114.3 現(xiàn)場調(diào)試114.4 系統(tǒng)升級、維護12 系統(tǒng)維護措施12 系統(tǒng)特點12第5章 系統(tǒng)配置清單13第1章 項目總體概述1.1 現(xiàn)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(nèi)外對長管線進行移監(jiān)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(jiān)控的目的。另一種是比較簡單的力學(xué)方法，即通過測量管線軸向應(yīng)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(shù)據(jù)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(dǎo)致管道泄漏，管道泄漏不僅會造成資源損失和環(huán)境污染,石油、天然氣等易燃易爆品輸送管道的泄漏甚至?xí)a(chǎn)生火

3、災(zāi)爆炸,因此對管道進行實時監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)泄漏和預(yù)報隱患就顯得十分重要。 目前管道泄漏的監(jiān)測方法主要有基于管內(nèi)壓力、流量、溫度和管壁完好程度檢測的管內(nèi)智能爬行機法;基于泄漏產(chǎn)生的物理現(xiàn)象檢測的聲波、負壓波、應(yīng)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(yù)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(jiān)測的技術(shù)。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(qū)域內(nèi)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(shè)的同時鋪設(shè)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(jiān)測水平。1.2 系統(tǒng)特點本系統(tǒng)不需要通過復(fù)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(jiān)測燃氣管線水平位移和沉降數(shù)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(shù)值及其分布及各點位移相互影響的關(guān)系，他們的發(fā)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(chǎn)生之前

5、。  借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過隨地下管線埋設(shè)光纖，實時感應(yīng)監(jiān)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(fā)生險情的管道，提前做好管線搶險預(yù)案，防患于未然。 本系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：u 分布傳感，技術(shù)先進-在整個連續(xù)光纖的長度上，任意一點都是“傳感 器”；u 實時監(jiān)控，定位準確-在線實時監(jiān)測，響應(yīng)迅速，克服漏測和難以定位弊端；u 結(jié)構(gòu)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(tǒng)配置和參數(shù)可按用戶具體需求調(diào)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(tǒng)成本遠遠低于采用傳統(tǒng)點式監(jiān)測系統(tǒng)的價絡(luò)。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(tǒng)解決方案。通過光纖感應(yīng)管道位移情況，把管道沉降過程中發(fā)生的位移情況傳輸至監(jiān)控室主機。通過監(jiān)控主機上的監(jiān)測軟件實現(xiàn)報警監(jiān)測，GIS 位置確認，并把報警信號實時傳輸至監(jiān)控中心，以達管道沉降進行預(yù)警監(jiān)測目的。解決方案主要特點 為利用光纖作為現(xiàn)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(jiān)控距離長，靈敏度極高。另外，它的性價比高，性能穩(wěn)定，可靠性高， 非常適合燃氣等重要管道的預(yù)警監(jiān)測。 2.2 實現(xiàn)目標Ø 及時將管網(wǎng)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(xiàn)故障的具體位置，以便工作人員維護。第3章 方案設(shè)計 3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3.1.1 系統(tǒng)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(shù)的主要優(yōu)勢之一就是能夠根據(jù)的應(yīng)用變動傳感距離。這一優(yōu)勢在與長距離通信系統(tǒng)共同工作時尤為重要。當燃氣管道發(fā)生沉降，定位在管道上的光纖會隨著管道發(fā)生形變，在內(nèi)傳輸?shù)墓獠ǖ南辔粫S之改變，通過解調(diào)儀對傳輸回來的光波進行解調(diào)，將此信息通過3G傳輸回管理中心，管理中心將生成管網(wǎng)沉降狀況分布圖。燃氣公司根據(jù)發(fā)生沉降的嚴重情況進行現(xiàn)場處理或繼續(xù)觀察。3.1.2 光纖安全防御系統(tǒng)示意

8、圖該技術(shù)另外一個主要特性是配置靈活性，由于該技術(shù)不受波長的約束。因此該技術(shù)可以與現(xiàn)有通信光纜集成，而不要求敷設(shè)新的光纜，使整體的投資性價比提高。3.2 系統(tǒng)原理 光纖振動傳感報警系統(tǒng)采用光學(xué)干涉原理，通過監(jiān)測環(huán)境應(yīng)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(shù)使得系統(tǒng)在不需要任何戶外有源器件的情況下能夠提供長距離監(jiān)控；系統(tǒng)特定的信號處理系統(tǒng)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(guān)人員能夠迅速準確做出相應(yīng)的行動。 當輸送管道發(fā)生沉降時,光纖會隨著管道發(fā)生位移,使光纖發(fā)生彎曲和抖動,導(dǎo)致輻射模增大或減小,損耗發(fā)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(fā)生變化。當輸送管道發(fā)生泄漏時,泄漏出的高溫高壓流體或氣體使環(huán)境溫度發(fā)生變化,同時還會對附近的光纖施加作用力,使光纖發(fā)生彎曲和抖動,導(dǎo)致輻射模發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)出報警。3.3 系統(tǒng)組成Ø 管理中心： 管理中心完成各采集點數(shù)據(jù)的接收、展示、分析、調(diào)度等功能，這些功能將在后續(xù)章節(jié)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(jié)合ARCGIS地理信息系統(tǒng)，圖形化的展示管道沉降實時信息。Ø 現(xiàn)場監(jiān)控室：現(xiàn)場監(jiān)控室由監(jiān)控柜和監(jiān)控設(shè)備組成，現(xiàn)場監(jiān)控柜是防雨防高溫型的，現(xiàn)場監(jiān)控室采集到管網(wǎng)現(xiàn)實情況，現(xiàn)場工作人員可根據(jù)這些數(shù)據(jù)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(jiān)測軟件對信息進行判斷。若發(fā)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(shè)備：采用RTU進行傳輸，RTU采集解調(diào)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(tǒng)工作流程如流程

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

12、理。這樣，可以實現(xiàn)立體化反應(yīng)迅速的沉降預(yù)警管理系統(tǒng)，保證實時可靠，報警信息主要包括了報警狀態(tài)、沉降位移、報警地點、報警時間這四個數(shù)據(jù)，一并打包發(fā)送。可使用有線寬帶ADSL，無線GPRS/CDMA 方式，局域網(wǎng)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(diào)試4.2.1 設(shè)備安裝4.2.1.1 現(xiàn)場監(jiān)控柜需在現(xiàn)場設(shè)置安裝一個現(xiàn)場監(jiān)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(shè)備全部放置在現(xiàn)場檢控柜內(nèi)，市電接入、光纖解調(diào)儀、光纖配線架、都放置在內(nèi)，光纖由此柜引出。4.2.1.2 光纖埋設(shè)需要光纖的長度根據(jù)實際情況（主要是管道和監(jiān)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(shè)光纖需要連接，光纖與接續(xù)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(jù)不同行業(yè)的國、行標進行規(guī)范處理，包括光纖鋪設(shè)的規(guī)范及埋設(shè)規(guī)范要求。光纖經(jīng)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(shè)施工完即以完成。4.2.2 施工技術(shù)要求（1）嚴格按施工圖紙施工，在保證系統(tǒng)功能質(zhì)量的前提下，提高工藝標準要求，確保施工質(zhì)量。（2）預(yù)埋（留）敷設(shè)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(shè)備安裝牢固、美觀，頂裝設(shè)備橫豎成列，墻裝設(shè)備端正一致、齊全，完整無遺漏，各種現(xiàn)場變更手續(xù)完整有效。（5）弱電線纜不得與強電走同一預(yù)埋管。（6）所有有線纜敷設(shè)中間不得有接點。4.3 現(xiàn)場調(diào)試系統(tǒng)施工、安裝完畢后，即可根據(jù)系統(tǒng)圖紙、施工圖紙及系統(tǒng)技術(shù)要求和我們編制的調(diào)試大綱對光纖傳感系統(tǒng)進行調(diào)試。系統(tǒng)的調(diào)試必須達到設(shè)計指標。經(jīng)反復(fù)調(diào)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(shè)計要求為止，調(diào)試主要為以三方面：1）系統(tǒng)單項設(shè)備調(diào)試系統(tǒng)使用的所有設(shè)備進行設(shè)定、調(diào)試，以確保其安全、穩(wěn)定運行。在單項設(shè)備調(diào)試中，要注意同類同型號設(shè)

15、備性能的一致性。某些同類同型號設(shè)備性能不能調(diào)試一致時，如果估計會影響系統(tǒng)整體性能，應(yīng)考慮更換或設(shè)法用與其相連接的設(shè)備或部件進行補償。2）主控儀系統(tǒng)靈敏度調(diào)試開啟主控儀，靜態(tài)觀測，設(shè)定系統(tǒng)的靈敏度。實際測試當有風(fēng)有雨、路上車輛經(jīng)過、出入口人員走動、車輛開動時系統(tǒng)不發(fā)生報警；當有實際沉降發(fā)生時能精確定位。3）與管理中心報警信息上傳調(diào)試實際產(chǎn)生報警信號，當報警系統(tǒng)信號產(chǎn)生時，報警信號即刻上傳至監(jiān)控管理中心。4.4 系統(tǒng)升級、維護4.4.1 系統(tǒng)維護措施1) 定期進行監(jiān)控室現(xiàn)場設(shè)備清潔、檢查。利用系統(tǒng)監(jiān)測軟件查詢系統(tǒng)狀態(tài)。2) 移動監(jiān)控室相關(guān)設(shè)備時，須注意各項接口是否牢固。3) 當?shù)谌狡茐模跀喙饫|時，利用接續(xù)盒進行標準熔接，維護簡單。4.4.2 系統(tǒng)特點ü 監(jiān)控距離長、范圍大，采用普通光纖，監(jiān)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