中國石油大學(xué)（北京）管道技術(shù)與安全研究中心 編譯

Omnisens Lynx 是一套分布式光纖傳感系統，能夠實(shí)時(shí)連續地監測、定位及描繪出感應光纖整個(gè)監測范圍內細微的溫度、應變和振動(dòng)變化，這些變化即表示管道發(fā)生了泄漏、地層移動(dòng)或入侵事件。 Omnisens專(zhuān)有的監測軟件確保對檢測到的事件進(jìn)行智能分析，建立有效的通信預警并最小化誤報（圖 1）。

圖 1  Omnisens Lynx系統監測示意

1 系統簡(jiǎn)介

1.1 Omnisens Lynx系統

（1） Omnisens Ditest解調儀：提供強大可靠的測量和定位功能。對于管道沿線(xiàn)的任何位置，當經(jīng)計算后的溫度和應變測量結果超出項目特定標準時(shí)，隨即觸發(fā)警報�？蓪⒄麄�(gè)監測管道長(cháng)度范圍內微小的溫度異常（泄漏的早期跡象）或應變異常（地層移動(dòng)的首要特征）定位在數米內。

（2） Omnisens DiVA解調儀：檢測和分析管道周?chē)�地層的振�?dòng)情況。管道沿線(xiàn)的所有活動(dòng)（正常的或未授權的）都會(huì )被檢測和定位，并依據測得的振動(dòng)特征定義為危害性或非危害性，檢測與定位精確有效。

（3）接口與通信：通過(guò)TCP/IP或中繼，實(shí)現與第三方系統通信。

（4）傳感器：通常為與管道一起安裝的標準單模光纖通信光纜。

（5）監測軟件：用于處理溫度、應變和振動(dòng)數據，發(fā)出預警。數據處理并存儲在專(zhuān)用的數據庫中。

（6） Omnisens Map：簡(jiǎn)潔明了的GIS界面，用于識別線(xiàn)路上與之KPs和GPS坐標關(guān)聯(lián)的預警位置，并將事件演變過(guò)程虛擬化顯示出來(lái)。

1.2 Omnisens Lynx系統的監測對象

Omnisens Lynx系統監測與定位無(wú)盲區，能夠提供高靈敏度的連續監測，構成了運營(yíng)商集成安全系統的要素之一。其能夠監測到以下活動(dòng)事件。

（1）微小的（初期）、發(fā)展的泄漏。

（2）地層運動(dòng)的早期征兆，如滑坡、沉降及其他地質(zhì)災害影響。

（3）季節性變化對周?chē)�土壤帶�?lái)的影響，如洪泛、冰凍、融化。

（4）土壤侵蝕的早期跡象。

（5）第三方侵入（合法的和非法的）。

（6）管道智能清理器的位置。

2 管道泄漏監測

管道泄漏會(huì )引起周?chē)�土壤的溫度變化�?OmnisensLynx 檢測并分析管道沿線(xiàn)的溫度變化，以米級精度檢測并定位細微滲漏，然后通過(guò)統計學(xué)算法處理大量的參數，進(jìn)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泄漏（圖 2）。

圖 2  Omnisens Lynx 泄漏監測

2.1 天然氣管道泄漏監測

當氣體泄漏時(shí)，冷卻點(diǎn)會(huì )迅速擴散。在局部（1～2米）溫度變化之后，在管道表面周?chē)�的土壤中形成溫度梯度。無(wú)論周?chē)�的土壤溫度如何，冷卻效果（直接與氣體類(lèi)型和壓力有關(guān)）的大小保持不變。

2.2 液體管道泄漏監測

大多數液體比周?chē)�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泄漏。

2.3 地層移動(dòng)監測

管道地層移動(dòng)會(huì )對管道路徑產(chǎn)生損傷，進(jìn)而危害管道完整性。為了對這些危害中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)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。

（1）分布式溫度監測。

（2）分布式應變監測。

（3）分布式振動(dòng)監測。

通過(guò)應變和溫度的結合測量，可以實(shí)現對滑坡、蠕變、沉降及侵蝕現象的檢測和監測。使用光纖應變傳感器，能夠監測和定位沿著(zhù)管道/光纖傳感器上任意位置幾厘米的地層位移，定位精度在幾米以?xún)�。通過(guò)振動(dòng)監測，能夠推斷出地震和相關(guān)現象（例如滑坡、火山活動(dòng)等）（圖 3）。

圖 3  Omnisens Lynx 地層移動(dòng)監測

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?chē)�土壤物質(zhì)的侵蝕，如洪水的侵入，凍漲等，可能引起土壤狀況的變化，進(jìn)而導致溫度變化。實(shí)時(shí)監測這些溫度變化和發(fā)生位置并發(fā)出警報，操作員可以對管道逐一進(jìn)行調查，消減損傷。為了滿(mǎn)足管道路由不同工況的挑戰， Omnisens 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(jìn)行監控。因此，設計一個(gè)全面的、成本合理、實(shí)用高效的管道完整性光纖監控解決方案，無(wú)需考慮危害因素的單一性。

2.4 第三方入侵監測

公眾最關(guān)心的是管道周邊建設和非法挖掘活動(dòng)，因為一旦發(fā)生事故會(huì )對公眾安全和財產(chǎn)造成直接危害。 Omnisens DiVA能夠監測整個(gè)管道長(cháng)度內的第三方侵入，并進(jìn)行定位和分類(lèi)（圖 4）。

圖 4  第三方入侵監測

第三方入侵擾動(dòng)會(huì )在土壤中產(chǎn)生微弱的壓力或振動(dòng)，感應光纖（標準通信光纜）隨即感應，借助軟件復雜算法進(jìn)行分類(lèi)，以判定信號來(lái)自異常事件還是正常的環(huán)境變化。

Omnisens DiVA類(lèi)似一部連續的寬頻帶電話(huà)，檢測管道路徑沿線(xiàn)不同事件產(chǎn)生的特定頻率，即使面對大量的同步事件也能夠通過(guò)可管控的數據量進(jìn)行分類(lèi)，因此可以快速區分開(kāi)“正�！焙汀爱惓！笔录�。

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(chǎng)開(kāi)挖之前就能夠及時(shí)反映出來(lái)。當監測到危及安全的事件時(shí)，會(huì )觸發(fā)預警并在Omnisens Map（或其他GIS）地理圖形上顯示出來(lái)，同時(shí)發(fā)送給管道數據采集與監視系統SCADA或第三方平臺。

2.5 清管追蹤

對于清管作業(yè)活動(dòng)，清管傳播過(guò)程中在周?chē)�的土壤中產(chǎn)生振動(dòng)，使用附近放置的光纖電纜可以實(shí)時(shí)追蹤,可用一個(gè)便攜式的Omnisens DiVA解調儀。

2.6 管道變形監測

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反饋到光纖中。監測形變過(guò)程中光纖的拉伸和壓縮變化，并觸發(fā)警報（圖 5）。

圖 5  管道變形監測

2.6 光纖電纜選擇

（1）提供光纖傳感電纜選擇和安裝程序指導。

（2）光纖傳感電纜可用于各種惡劣環(huán)境或特定條件下安裝

（3）用于泄漏和入侵檢測的電信級單模光纖電纜。

（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(dòng)進(jìn)行監測。

2.7 Omnisens Map

Omnisens Map作為L(cháng)ynx的默認界面，提供一看就懂的全虛擬化數字結果， 顯示預警和事件信息（圖 6）。其由一個(gè)地理信息系統（GIS）構成，提供管道完整性危害因素的實(shí)時(shí)信息，在一幅代表管線(xiàn)路徑的地圖上顯示所有檢測到和分類(lèi)的事件， 包括事件日志和歷史信息。

圖 6  Omnisens Map界面

（1）動(dòng)態(tài)地圖顯示管線(xiàn)和定義的區域。

（2）區域狀態(tài)和狀況的實(shí)時(shí)信息（例如最低/最高溫度等）。

（3）日期、時(shí)間和位置（所有已記錄事件的GPS坐標）。

（4）信息工具。

（5）所有已連接解調儀的狀態(tài)信息。

（6）系統歷史日志。

3 Omnisens服務(wù)

3.1 應用工程

（1）傳感系統設計，監測系統測試和驗證。

（2）集成到第三方系統（SCADA），通信連接和冗余。

（3）將管道地理坐標安裝到Omnisens Map中。

3.2 調試和安裝

（1）系統配置、區域和警報優(yōu)化。

（2）現場(chǎng)驗收測試。

（3）遠程訪(fǎng)問(wèn)設置和操作員培訓。

3.3 服務(wù)合同

可提供一系列服務(wù)，以確保監測系統的持續可用性，包括后期調試支持和數據解釋服務(wù)。

4 Omnisens Lynx 系統小結

（1）性能： Omnisens Lynx結合了Omnisens Ditest（用于最早發(fā)現泄漏和/或地面運動(dòng)）和Omnisens DiVA（用于入侵檢測）的測量性能，以及Omnisens Map用戶(hù)界面，提供了一套成本可接受、實(shí)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(guò)40公里，分辨率是在系統配置期間設置的，并且在距離范圍內保持不變。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（泄漏）、應變（地面運動(dòng)）和振動(dòng)（侵入）事件可以及早發(fā)現，局部控制，從而使操作者有時(shí)間采取行動(dòng)。

（3）通信：狀態(tài)和檢測到的事件可以實(shí)時(shí)與其他第三方系統進(jìn)行通信。 Omnisens遵循信息安全管理指南，以確保信息的完整性、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中，只需花費很少的額外成本，即可完成泄漏和入侵檢測。地面活動(dòng)監測需要安裝一種“適合用途”的光纖光柵位移傳感器以實(shí)施檢測。

（注：原文來(lái)自加拿大國際管道會(huì )議 IPC2018 Omnisens公司展會(huì )資料）