浅谈“光纤感应安全监测预警系统”的应用
资料图：分布式光纤预警系统
1.石油、天然气等传输管道安全隐患多
随着社会经济、科技的不断进步，管道传输和线缆的管道敷设正在得到大量的应用，而管道安全保护的问题也日益突出地摆在了人们的面前。石油、天然气管道是埋藏于地下的“能源大动脉”，在国家能源安全和经济发展方面具有重要意义。但一直以来,管道安全事件频频发生,不仅造成巨大的经济损失，还频繁导致人员伤亡和环境污染，据《深圳特区报》报道,深圳市每年因管道破坏造成的直接经济损失达7亿元人民币，间接损失几十亿;另据报道，中石化的管线从1993起的十年间共发生盗油案件3847起，造成了巨大的经济损失;经常发生的通讯光缆被挖断、地下电缆被盗割等事件给人们的正常生产、生活，甚至国家安全都带来了严重的影响;而自来水管网的损坏和渗漏更是司空见惯。长期以来，国家及地方政府在管道防护方面投入了大量人力、物力、财力，但管道安全事件仍频繁发生。
1.1 危及管道安全的四种主要因素是：
第一种是人为蓄意破坏。在我国，受经济利益的驱使，打孔盗油、盗气，挖掘偷盗地下电缆等事件时有发生，屡打不绝，通过在管道上打孔取油，最快有8分钟盗油5吨的记录。具有做案时间短、地点隐蔽，难于巡查发现的特点，是目前最难防范的破坏事件。这种事件不仅造成经济损失，还常常造成环境污染。
第二种是人为无意破坏。由建筑开挖、修路、农业种植、爆破、开山等引起的管道破坏。虽然按照国家《石油天然气管道保护条例》第十五条规定，管道中心线两侧各5米范围内，不允许取土、挖塘、堆放大宗物资、修筑其他建筑物或者种植深根植物。管道中心线各50米范围内，不允许爆破、开山、修筑建筑物等。但由于经济发展，各种建设活动大量发生，尤其是大规模的城市基础建设已经对地下管道构成了巨大的威胁。最近发生的兰郑长渭南支线漏油污染河流事件据说就是由第三方施工所引起的。
人为无意破坏最常见有：
1)城市道路的大规模建设与改造，导致埋在地下的管道经常性的被挖断，这样不仅造成管道泄漏、通讯中断,而且还会造成严重的安全生产事故;
2) 城市地下轨道交通的大规模建设，同样也会经常挖断地下管道，造成严重的事故;深圳市曾发生数次地铁工地挖断燃气管道的事件,最严重的还引起燃气爆炸,造成了人员伤亡。
3)野外的现代化农业耕种，也很容易导致大量铺设在野外的地下管道和线缆面临被挖断的威胁;甘肃酒泉两个民工挖断“神六”通讯光缆甚至惊动了国务院。
3) 水利工程的建设，同样也威胁着无论是在城市还是在郊外的地下管道的安全;
第三种是自然灾害破坏事件。管道连绵起伏，穿山涉水，环境复杂。遇洪水冲刷、山体滑坡、地质下陷、地震等自然灾害，便会造成管道外露、变形甚至泄漏。
第四种是管道腐蚀穿孔、裂缝等自行泄漏事件。地下管道的泄漏不易发觉，常常是在油污渗出地面时才发现，造成较大环境污染和经济损失。地下水管曾多次发生冲出地下空洞导致地面和公路路面塌陷的事故。
以上只是一些比较常见的威胁管道安全的方式，随着社会经济的发展，也许会有更多的新的威胁出现。这些威胁一旦破坏了石油、燃气管道，不但给人们的日常生活带来严重的影响，还会导致很严重的安全事故。
2.管道安全保护技术现状
长期以来，管道传输业为维护管道传输的完整性和安全性伤透了脑筋。造成这种现象的原因很多，其中，缺乏有效的防护手段和报警设施是一个重要的原因。原有的探测、检测技术均不十分可靠和有效，也无法确定故障出事地点，往往是泄漏物漏出地表，有明显的迹象且污染环境或发生重大事故后才被发觉或管道已经遭到破坏后才发现。
目前传统的管道探测器有两种：一种是分离式，一个探测器只能测试一定区域内的情况，但管道传输往往数百公里，要想不留下探测的空白区，需花费大量的投资和维修费用;另一种不间断的带有传感系统探测器，需在管道内壁安装特殊的电缆，很难维护，而且上述探测器均不可避免环境的污染和电磁波的干扰。
面对环境复杂，距离遥远的管道系统，系统供电、传感器放置、信号采集传输等各种现实问题，使得各种传统的报警监控类设备都显得无能为力。针对管道安全的严重问题，世界500强公司，世界安防及自控领域巨头霍尼韦尔(Honeywell)公司投入巨资独家研发了光纤感应安全监测预警系统，系统在大量的实践中得到了考验和完善，目前，该技术已广泛应用于世界各地的石油、燃气管道保护及周界安全保护中，得到用户的一致好评。
光纤感应系统的面世，让前面提到的诸多问题迎刃而解。光纤具备造价低廉、耐腐蚀、长距离敷设无须现场供电等优点，利用光纤激光干涉波对微小应力变化的感应而研发的光纤感应系统，针对各种事件引起的土壤应力变化不同的特点，通过对各种事件引起的土壤应力变化的捕捉分析来判断和报告各种事件的发生，及时提醒工作人员到现场了解情况，从而阻止事件的进一步发展。该系统是基于光纤传感技术之上的光纤管道传输安全监测预警系统，利用通讯光缆作为探测工具，由激光发射器、传感接收器和传声报警器部分组成，可实时的不间断的监测传输管道穿孔泄漏、地层移动及滑坡等自发现象和挖掘、打孔、破坏的人为现象，并能准确无误的指出遭受破坏或发生故障的地段，确保传输的安全。目前该系统已被许多国家的石油、天然气、煤气、通讯电力及城市各种管道设备所采用。
3.基于光纤探测技术的管道安全解决方案
HONEYWELL开发的光纤管道安全监测预警系统的核心是光纤振动传感器，其创造性的特殊功能可捕捉哪怕是微小的物理振动信号。传感器带宽可到0 至1MHz，它可敏感的接收到带有压力的液体和气体在管道流动的信号。哪怕是微小的漏孔在管道上泄漏也会改变正常的信号。一般管道泄漏时的频率在50至 150Hz之间，传感器利用低压滤波筛去低于30Hz的环境影响信号，高压滤波来探测泄漏的情况。用同样的原理监测影响管道传输安全性的其它因素。
随着光通信技术的发展，光通信中的一些技术逐渐为传感领域中的应用提供了技术平台，基于光的传感技术就是其中之一。以光通信技术为基的错误报警。
光纤不仅仅用于信号传输，在感测应用中采用光纤，还可使光纤作为传感器。当外界干扰影响传到光纤时，光纤传输础的光纤传感器正成为传感器研究领域中的又一大热点。与传统的电传感器相比，光纤传感器在传感网络应用中具有非常明显的技术优势：
• 应用场合广。系统中所使用的分离器和反射器等终结设备结构简单、尺寸小，适于各种应用场合;
• 可靠性好、抗干扰能力强，由于光纤对被感测信息用波长编码，而波长是一种绝对参量，它不受光源功率波动以及光纤弯曲等因素引起的系统损耗的影响，因而光纤传感器具有非常好的可靠性和稳定性;
• 抗电磁干扰、抗腐蚀、能于恶劣的化学环境下工作;
• 可复用性强，采用多个光纤传感系统，可以构成分布式光纤传感网络;
• 可以区分因干扰造成的错误报警。
光纤不仅仅用于信号传输，在感测应用中采用光纤，还可使光纤作为传感器。当外界干扰影响传到光纤时，光纤传输的光的部分特性就会改变，通过配置专门的感测仪表就能监测使光的特性变化的干扰。通过光的调变，使得许多事件和状态的测量成为可能，这些事件包括：张力、位移、损坏、破坏、振动/频率、冲击、声波、温度、负载等。光纤传感技术不但可以将光纤作为传感器，而且还具有精确定位功能，此项技术已获得国际专利。
4.光纤管道安全监测预警系统的主要特点和性能
1)系统可长距离的进行全程检测，每个光纤传感器可监测40公里距离。如监测距离更长可在每40公里处设置一个光纤传感器附助系统，它们可分段将监测信号传送给设在终端的控制室内。
2)该系统使用普遍的通讯光缆，取其中的三条光纤构成，成本低廉，最好是管道旁已具备用于通讯的光缆。在通讯的同时便可执行监测任务，不影响通讯。安装时不用直接附在管道上，只要在管道旁0.5米处即可。
3)智能化的分析系统可独立分析每段监测部分的管道运行状况和管道变形、穿孔、地层移动等破坏情况，不间断实时提供事故报告，报告故障正确位置，敏感的分析系统可提供管道泄漏的性质状况，甚至可以提示将要发生的潜在隐患，由此在泄漏维修点之前，一个经济的维修方案便可确定下来。
4)该系统可将正常运行的数据、事故记录档案、环境被污染的情况记录下来，以便通过分析改善运营环境和防止事故的发生，这是以往智能报警的监测系统所不能达到的。
5)该系统不受管道所处环境的影响，不管是铺设在喧闹的城市或工业区地下，还是静谧的荒野地下，也不受电磁波等外界干扰，同时还可监测管道附近建筑物挖掘等现象，提前防止不正当的破坏。
6)该系统由一部控制电脑、一部激光发射器、一部光纤振动传感器(如长距离增加传感器附助器)及光纤组成，价格合理、安装简便，并可与其它安保技术设备如视频传播系统、声音报警器等配置兼容。遭受破坏的光纤只需焊接便可恢复工作，光纤不氧化、不生锈，柔韧度高，抗腐蚀，使用寿命可达几十年之久。
5.工作原理
光纤传感定位系统主要由微应变传感器和定位器组成，原理图如下:
微应变传感器基于“干涉检测”原理。为了检测微应变，通常采用两芯单模光纤来实现。这两根光纤组成了“干涉传感器”的一个臂，用相干激光器向其发射一束激光，若光纤没有受到外界的扰动，则光检测器将不对反射波产生报警信号;如果光纤受到外界侵扰，如：运动、声波和触动，则光的波形改变，并产生干涉图像，光检测器可检测到这一波形变化，而且通过软件可以分辩出事件的真实情况。相干激光器发射是连续波激光束，光纤传感器的频率响应范围从1Hz至1Mz，通常情况下只需1 Hz至100K Hz。这项技术可用来检测动态应变，而响应时间在毫秒级。
6.系统应用领域：
高安全性的石油管道、原油管道(长输油管道)
石油气，天然气管道(长输气管道)
城市天然气地下管道
航空燃料，化学品管道
地下能源
饮用水地下管道
通讯光缆、电力光缆
地下暗埋的重要设施(军用、民用、监狱、边境线等)
7.探测报警类型：
机械挖掘、手工挖掘
管道上面车流负载等
垂直或水平钻孔
农业耕种
表面爆破
子弹射击
自然灾害(洪水，山崩，地震，泥石流等)
8.集中管理
• 集成多个探测系统在一个 GUI界面。
• 任何区域的报警均可以在电子地图上进行现实。
• 所有的报警事件都保存在数据库，管理员可以处理每一个报警事件。
• 可以联动外部设备：如摄像机，灯光，报警器等。
9.结束语
光纤管道安全监测预警系统是目前世界上唯一能够对长距离管道做准确监测及破坏位置定点的设备，使用该系统可完全改变过去在管理方面的被动状况，对掌握和控制管道运转真正做到了如指掌，并能对所发生的故障做及时的处理，这对加强管理、更有效减少因延误对管道事故处理而造成的巨大费用开支有着重大的意义，因此采用该系统可谓是最明智的选择!(光纤管道安全监测预警系统是管道安全保护最理想的选择。它是目前世界上唯一能够对长距离管道做准确监测及对破坏位置定点的设备。它的使用让管道的完全管理彻底摆脱了过去的被动状况，使我们对管道的运转和安全状况做到了真正的了如指掌，从而能对所发生的事故做出及时的处理。它可以有效避免大量管道事故的发生，也可以及早发现地下的微小隐患，从而避免更大损失的出现。光纤管道安全监测预警系统能够为地下管道的安全运行保驾护航!是管道安全的保护神!)
