【技术实现步骤摘要】
一种输油管道管内光缆盗油及泄露监测装置及方法
本专利技术属于油气储运及光纤传感领域，具体涉及一种输油管道管内光缆盗油及泄露监测装置及方法。
技术介绍
在油气领域中，对于输油管道的状态监测一直是难点之一，随着油气领域对智能化要求越来越高，传统的防盗油技术以及泄露监测技术也越来越难以满足油气输送管道的智能化需求。传统输油管道防盗油多采用人工巡查、视频监控、无人机巡逻、负压波、光纤振动监测等技术，人工巡查技术多依赖于巡查人员经验，且无法实时保持巡查状态；视频监控则只能对布设摄像头区域进行监控，而且对于树林、草丛以及房屋遮挡的复杂环境无法进行监控；无人机巡逻无法24小时持续监控，容易出现漏检时段；负压波技术可以实现24小时连续监测，但对于小流量盗油不够灵敏难以及时准确发现；光纤振动监测技术通过在油气管道外部布设传感光缆，通过感知挖掘时光缆振动进行告警，可以实现24小时连续监测，但是管外光缆很容易被故意破坏，在多处蓄意破坏后，该方案将无法发挥应有效果。同时，对于输油管道泄露监测，传统技术只能通过输油流量变化发现问题，该方案对于小流量的变化不敏感，难以发现问题，同时也无法对泄露点进行定位。传统输油管道防盗油多采用人工巡查、视频监控、无人机巡逻、负压波、光纤振动监测等技术，人工巡查技术多依赖于巡查人员经验，且无法实时保持巡查状态；视频监控则只能对布设摄像头区域进行监控，而且对于树林、草丛以及房屋遮挡的复杂环境无法进行监控；无人机巡逻无法24小时持续监控，容易出现漏检时段；负压波技术可以实现24小时连续监测，但对于小...
【技术保护点】
1.一种输油管道管内光缆盗油及泄露监测装置，其特征在于：包括总服务器、管道状态监测系统、水密光缆连接器、光缆跳线、耐高压开孔短接光纤法兰套件以及耐油铠装光缆；/n管道状态监测系统，包括第一管道状态监测系统和第二管道状态监测系统；/n总服务器，通过有线/无线网络控制第一管道状态监测系统和第二管道状态监测系统；/n第一管道状态监测系统，为处于输油管道被监测段起始位置的管道状态监测子系统，通过光缆跳线、水密光缆连接器、耐高压开孔短接光纤法兰套件与耐油铠装光缆连接；/n第二管道状态监测系统，为处于输油管道被监测终点位置的管道状态监测子系统，通过光缆跳线、水密光缆连接器、耐高压开孔短接光纤法兰套件与耐油铠装光缆连接；/n水密光缆连接器，通过耐高压开孔短接光纤法兰套件能够在6MPa以下的输油管道中保证光信号在耐油铠装光缆中的正常传输与测试；/n光缆跳线，主要用于将第一管道状态监测系统、第二管道状态监测系统通过水密光缆连接器、耐高压开孔短接光纤法兰套件与耐油铠装光缆连接，或将被管道闸隔开的耐油铠装光缆通过水密光缆连接器、耐高压开孔短接光纤法兰套件进行连接；/n耐油铠装光缆，其两端都装有水密光缆连接器...
【技术特征摘要】
1.一种输油管道管内光缆盗油及泄露监测装置，其特征在于：包括总服务器、管道状态监测系统、水密光缆连接器、光缆跳线、耐高压开孔短接光纤法兰套件以及耐油铠装光缆；
管道状态监测系统，包括第一管道状态监测系统和第二管道状态监测系统；
总服务器，通过有线/无线网络控制第一管道状态监测系统和第二管道状态监测系统；
第一管道状态监测系统，为处于输油管道被监测段起始位置的管道状态监测子系统，通过光缆跳线、水密光缆连接器、耐高压开孔短接光纤法兰套件与耐油铠装光缆连接；
第二管道状态监测系统，为处于输油管道被监测终点位置的管道状态监测子系统，通过光缆跳线、水密光缆连接器、耐高压开孔短接光纤法兰套件与耐油铠装光缆连接；
水密光缆连接器，通过耐高压开孔短接光纤法兰套件能够在6MPa以下的输油管道中保证光信号在耐油铠装光缆中的正常传输与测试；
光缆跳线，主要用于将第一管道状态监测系统、第二管道状态监测系统通过水密光缆连接器、耐高压开孔短接光纤法兰套件与耐油铠装光缆连接，或将被管道闸隔开的耐油铠装光缆通过水密光缆连接器、耐高压开孔短接光纤法兰套件进行连接；
耐油铠装光缆，其两端都装有水密光缆连接器。
2.根据权利要求1所述的输油管道管内光缆盗油及泄露监测装置，其特征在于：管道状态监测系统中的第一管道监测系统、第二管道监测系统均包括如下结构：
CPU模块、第一激光器控制模块、1550nm激光器控制模块、1550nm光隔离器、1550nm1:9光耦合器、1550nm移频调制模块、1550nm脉冲调制模块、EDFA、环形器、1550nm1:1耦合器、扰偏器模块、第一O/E模块、高通滤波器、第一前置放大模块、第一A/D模块、第一采集模块、WDM、第二O/E模块、第二前置放大模块、第二A/D模块、第二采集模块、第三O/E模块、第三前置放大模块、第三A/D模块、第三采集模块和被测光纤/光缆；
CPU模块、第一激光器控制模块、1550nm激光器控制模块、1550nm光隔离器、1550nm1:9光耦合器通过线路依次连接；1550nm1:9光耦合器的90％输出端口与1550nm移频调制模块连接，其10％输出端口与扰偏器模块连接；1550nm移频调制模块、1550nm脉冲调制模块、EDFA、环形器的一端通过线路依次连接；1550nm1:1耦合器的两个50％输出端分别与扰偏器模块和环形器的另一端接连接，其输入端与第一O/E模块连接；环形器的第三端与WDM的1550nm端口连接；
第一O/E模块、高通滤波器、第一前置放大模块、第一A/D模块、第一采集模块、CPU模块通过线路依次连接；
第二O/E模块、第二前置放大模块、第二A/D模块、第二采集模块、CPU模块通过线路依次连接；第二O/E模块与WDM的1455nm端口连接；
第三O/E模块、第三前置放大模块、第三A/D模块、第三采集模块、CPU模块通过线路依次连接；第三O/E模块与WDM的1660nm端口连接；
WDM的输出端与被测光纤/光缆连接；
3.根据权利要求2所述的输油管道管内光缆盗油及泄露监测装置，其特征在于：1550nm激光器的工作波长范围为1550nm±5nm；1550nm脉冲调制模块的脉冲调制范围为1ns～16380ns；第二O/E模块为光电转换模块。
4.一种输油管道管内光缆盗油及泄露监测方法，其特征在于：采用如权利要求2所述的输油管道管内光缆盗油及泄露监测装置，具体步骤如下：
步骤101：确定被测管道是旧管道改造还是新管道建设；
步骤102：确定是否旧管道改造，如果是则转步骤103，否则转步骤110；
步骤103：沿着旧管线铺设路径进行现场勘察，对管线目前状况及周围环境等做详细的调研，做好工程设计和施工计划，准备好所需材料；
步骤104：按照管道闸门数量队管道进行分段，确定分段数量DN；
步骤105：等待整段管道翻新维护排空管道；
步骤106：在管道起始端、终止端以及光缆应布设管道线路经过的闸门两侧，管内耐油铠装光缆两端出口的位置打孔；
步骤107：通过连续杆牵引分段布设管内耐油铠装光缆；
步骤108：在每个管内耐油铠装光缆出口打孔位置处，待耐高压开孔短接光纤法兰套件与管内耐油铠装光缆两端的水密光缆连接器连接好，将耐高压开孔短接光纤法兰套件从光缆出口打孔位置固定在管道上；
步骤109：待需要布设管内光缆的管道布设完毕后，通过光缆跳线将各段管道连接并接入管道状态监测系统，转步骤119；
步骤110：进入新管道建设流程；
步骤111：沿着新管线铺设路径进行现场勘察，根据新管线施工计划做好系统的工程设计和施工计划，准备好所需材料；
步骤112：按照管道闸门数量队管道进行分段，确定分段数量DN；
步骤113：等待当前分段的新管道布设好；
步骤114：在管道起始端、终止端以及光缆应布设管道线路经过的闸门两侧，管内耐油铠装光缆两端出口的位置打孔；
步骤115：通过连续杆牵引分段布设管内耐油铠装光缆；
步骤116：在每个管内耐油铠装光缆出口打孔位置处，待耐高压开孔短接光纤法兰套件与管内耐油铠装光缆两端的水密光缆连接器连接好，将耐高压开孔短接光纤法兰套件从光缆出口打孔位置固定在管道上；
步骤117：是否1～DN分段全部布设完毕判断，否则进入下一分段的布设，转步骤113，是则转步骤118；
步骤118：通过光缆跳线将各段管道连接并接入管道状态监测系统；
步骤119：通过管道状态监测系统对管内光缆进行测试；
步骤120：判断测试是否成功，失败则转步骤121，成功则转步骤122；
步骤121：依次检查全部光缆线路，排查问题；
步骤122：完成收尾工作。
5.根据权利要求2所述的输油管道管内光缆盗油及泄露监测装置，其特征在于：管道状态监测系统的基准数据的测试方法，具体包括如下步骤：
步骤201：总服务器开机启动；
步骤202：数据库自检；
步骤203：判断自检是否通过，不通过转步骤204，通过转步骤205；
步骤204：显示、记录并上报告警信息；
步骤205：从数据库中读取测试参数，设置基准测试时间BT为10s，基准测试次数为10次；
步骤206：与第一管道状态监测系统通信自检；
步骤207：判断自检是否通过，不通过转步骤208；
步骤208：显示、记录并上报告警信息，转步骤206；
步骤209：与第二管道状态监测系统通信自检；
步骤210：判断自检是否通过，通过转步骤212，不通过转步骤211；
步骤211：显示、记录并上报告警信息，转步骤209；
步骤212：向第一管道状态监测系统与第二管道状态监测系统设置测试参数；
步骤213：启动基准测试；
步骤214：停止第二管道状态监测系统测试，启动第一管道状态监测系统基准测试功能；
步骤215：通过通信监测第一管道状态监测系统状态，等待其完成基准测试功能；
步骤216：读取第一管道状态监测系统的基准振动频率数据集BVFDATA，将其作为第一管道状态监测系统的基准振动频率数据集BVFDATA1，读取第一管道状态监测系统的基准温度数据集BTDATA，将其作为第一管道状态监测系统的基准温度数据集BTDATA1，并将其存入数据库；
步骤217：停止第一管道状态监测系统基准测试，启动第二管道状态监测系统基准测试功能；
步骤218：通过第二管道状态监测系统状态，等待其完成基准测试功能；
步骤219：读取第二管道状态监测系统的基准振动频率数据集BVFDATA，将其作为第二管道状态监测系统的基准振动频率数据集BVFDATA2，读取第二管道状态监测系统的基准温度数据集BTDATA，将其作为第二管道状态监测系统的基准温度数据集BTDATA2，并将其存入数据库；
步骤220：退出服务器系统。
6.根据权利要求2所述的输油管道管内光缆盗油及泄露监测装置，其特征在于：管道状态监测系统的正常监测情况的工作方法，具体包括如下步骤：
步骤301：总服务器开机启；
步骤302：数据库自检，自检不通过转步骤303，自检通过转步骤304；
步骤303：显示、记录并上报告警信息，转步骤302；
步骤304：自检通过；
步骤305：从数据库中读取测试参数，设置交替测试时间TL，TL范围为30秒～10分钟；
步骤306：与第一管道状态监测系统通信自检；
步骤307：自检是否通过，不通过转步骤308，通过转步骤309；
步骤308：显示、记录并上报告警信息，转步骤306；
步骤309：与第二管道状态监测系统通信自检；
步骤310：自检是否通过，不通过转步骤311，通过转步骤312；
步骤311：显示、记录并上报告警信息，转步骤309；
步骤312：向第一管道状态监测系统和第二管道状态监测系统设置测试参数；
步骤313：测试计时器TLTIME清零；
步骤314：停止第二管道状态监测系统测试，启动第一管道状态监测系统测试，启动循环计时线程；
步骤315：等待第一管道状态监测系统测试报警信息；
步骤316：刷新测试计时器TLTIME；
步骤317：判断是否收到报警信息，未收到信息转步骤318，收到信息转步骤319；
步骤318：判断是否是TLTIME≥TL，是转步骤320，否转步骤315；
步骤319：显示、记录并上报告警信息，转步骤318；
步骤320：测试计时器TLTIME清零；
步骤321：停止第一管道状态监测系统测试，启动第二管道状态监测系统测试，启动循环计时线程；
步骤322：等待第二管道状态监测系统测试报警信息；
步骤323：刷新测试计时器TLTIME；
步骤324：判断是否收到报警信息，否转步骤325，是转步骤326；
步骤325：判断是否TLTIME≥TL，是转步骤327，否转步骤322；
步骤326：显示、记录并上报告警信息，转步骤325；
步骤327：检测管理员是否停止测试，是转步骤328，否转步骤313；
步骤328：退出服务器系统。
7.根据权利要求5所述的输油管道管内光缆盗油及泄露监测装置，其特征在于：在步骤214中第一管道状态监测系统基准测试方法，以及在步骤217中第二管道状态监测系统基准测试方法，均包括如下步骤：
步骤401：启动基准测试功能；
步骤402：读取设置参数脉冲宽度PW；读取量程RN；读取振动距离分辨率VSD；读取温度距离分辨率TSD；读取振动测试时间VTTIME；读取振动频率分析时间VTANYS；读取温度测试时间TTTIME；读取基准分析数据基数DN；
步骤403：计算振动累加次数VADDT＝VTTIME*1m/10ns/(RN+1km)；
计算温度累加次数TADDT＝TTTIME*1m/10ns/(RN+1km)；
计算振动距离数据量VN＝RN/VSD
计算振动时间数据量VM＝VTANYS/VTTIME
计算温度距离数据量TN＝RN/TSD；
步骤404：启动1550nm激光器，启动1550nm移频调制模块，启动扰偏器模块，向1550nm脉冲调制模块发送脉冲宽度参数PW，向第一采集模块发送振动累加次数VADDT及振动距离数据量VN参数，向第二采集模块和第三采集模块发送温度累加次数TADDT及温度距离数据量TN参数；
步骤405：启动采集及脉冲产生时序控制，转步骤406和步骤418；
步骤406：启动温度测试线程；
步骤407：临时计数NVTI＝0，初始化温度数据TDATA[1～DN][1～TN]；
步骤408：读取第二采集模块及第三采集模块状态；
步骤409：判断是否完成1次温度测试；是转步骤410，否转步骤408；
步骤410：从第二采集模块读取反斯托克斯采集数据TDS[1～TN]，从第三采集模块读取斯托克斯采集数据TDAS[1～TN]；
步骤411：根据TDS[1～TN]与TDAS[1～TN]计算温度分布数据TD[1～TN]，TDATA[NVTI][1～TN]＝TD[1～TN]；
步骤412：判断是否NVTI≥DN，是转步骤414，否转步骤413；
步骤413：NVTI＝NVTI+1，转步骤408
步骤414：根据TDATA[1～DN][1～TN]，分析基准温度数据集BTDATA；
步骤415：结束温度测试线程，转步骤427；
步骤416：启动振动测试线程；
步骤417：临时计数NVTI＝0，临时计数NVTJ＝0，初始化振动数据VDATA[1～DN][1～VM][1～VN]；
步骤418：读取第一采集模块状态；
步骤419：判断是否完成1次振动测试，是转步骤420，否转步骤418；
步骤420：读取采集数据VD[1～VN]，VDATA[NVTJ+1][NVTI+1][1～VN]＝VD[1～VN]；
步骤421：判断是否NVTI≥VM，是转步骤423，否转步骤422
步骤422：NVTI＝NVTI+1，转步骤418；
步骤423：判断是否NVTJ≥DN，是转步骤425，否转步骤424；
步骤424：NVTJ＝NVTJ+1；
NVTI＝0，转步骤418；
步骤425：根据VDATA[1～DN][1～VM][1～VN]，分析基准振动频率数据集BVFDATA；
步骤426：结束振动测试线程，转步骤427；
步骤427：等待振动测试线程与温度测试线程全部结束，向服务器传输BVFDATA及BTDATA。
8.根据权利要求7所述的输油管道管内光缆盗油及泄露监测装置，其特征在于：在步骤414中，基准温度数据集分析方法，具体步骤如下：
步骤41601：读取温度数据TDATA[1～DN][1～TN]；
步骤41602：临时计数I＝0，J＝0；初始化基准温度数据集BTDATA[1～TN]；
步骤41603：临时数据TT＝0；
步骤41604：TT＝TT+TDATA[I+1][J+1]；
步骤41605：判断是否I≥DN，是转步骤41607，否转步骤41606；
步骤41606：I＝I+1，转步骤41604；
步骤41607：BTDATA[J]＝TT；
步骤41608：判断是否J≥TN，是转步骤41610，否转步骤41609；
步骤41609：J＝J+1，转步骤41603；
步骤41610：返回基准温度数据集BTDATA。
9.根据权利要求7所述的输油管道管内光缆盗油及泄露监测装置，其特征在于：在步骤425中，基准振动频率数据集分析方法，具体步骤如下：
步骤42701：读取振动数据VDATA[1～DN][1～VM][1～VN]，读取振动判定阈值VITH，
初始化基准振动频率数据集BVFDATA内所有数据清零，BVFDATA包括振动频率波包数据BVFDATA_N[1～VN]、振动频率峰值频率数据BVFDATA_PF[1～VN][1～VM]、振动频率波包起始频率BVFDATA_SF[1～VN][1～VM]、振动频率波包终止频率BVFDATA_EF[1～VN][1～VM]；
步骤42702：初始化临时变量I＝0，J＝0，K＝0；初始化临时频率数据FTDATA[1～VM]＝0；
步骤42703：FTDATA[1～VM]＝快速傅里叶变换(VDATA[I+1][1～VM][J+1])；
步骤42704：初始化临时变量P＝0；
步骤42705：判断是否FTDATA[P+1]≤VITH，是转步骤42706，否转步骤42707；
步骤42706：FTDATA[P+1]＝0，转步骤42707；
步骤42707：判断是否P≤VM，是转步骤42708，否转步骤42709；
步骤42708：P＝P+1，转步骤42705；
步骤42709：初始化临时变量P＝0,Q＝0,FS＝0,FE＝0,FC＝0,FT＝0；
步骤42710：判断是否FTDATA[P+1]>0，是转步骤42712，否转步骤42711；
步骤42711：P＝P+1，转步骤42710；
步骤42712：P＝0或FTDATA[P]＝0；
步骤42713：FS＝P+1，Q＝P+1；
步骤42714：判断是否FTDATA[Q+1]<0或Q+1≥VM，是转步骤42716，否转步骤42715；
步骤42715：Q＝Q+1，转步骤42714；
步骤42716：判断是否Q+1≥VM，是转步骤42717，否转步骤42718；
步骤42717：FE＝Q+1,FC＝FTDATA[FS～FE]所在位置下标，转步骤42719；
步骤42718：FE＝Q,FC＝FTDATA[FS～FE]所在位置下标；
步骤42719：判断是否FC＝＝1或FC＝＝VM或(FE-FS)<1，是转步骤42720，否转步骤42721；
步骤42720：P＝Q+1,FT＝0，转步骤42724；
步骤42721：P＝Q+1,FT＝0；
步骤42722：对基准振动频率数据集BVFDATA内BVFDATA_PF[J][1～VM]、BVFDATA_SF[J][1～VM]及BVFDATA_EF[J][1～VM]及BVFDATA_N[J]进行频率波包数据重复分析，如果未发现...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁明，李立功，盛立文，闫继送，乔山，葛崇琳，张洋，李明达，郎金鹏，王建国，方玉朝，李述标，董杰，
申请(专利权)人：中电科仪器仪表有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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