[00146314]高风险油气管道灾变光纤监测技术研究与应用

1、课题来源与背景 （1）课题来源 项目来源于“十一五”国家科技支撑计划课题任务“长输管道跨越段变形监测与评价关键技术研究（编号：2011BAK06B01-13）”、国家重点研发计划课题任务“油气储运设备典型损伤检测监测技术与系统研究（编号：2018YFF0214702-04）”和大连中石油国际储运公司项目“油气管道疲劳损伤监测技术与系统研究（编号：16T0003）”。 （2）课题背景 管道已经成为输送石油、水、天然气及煤气等液态、气态物质的首选工具。在管道的铺设及运行阶段,管道经常发生腐蚀、局部屈曲、整体屈曲、裂纹等不同形式的失效破坏,继而造成环境污染、人员伤亡及重大经济损失。因此,为保证管道的安全运行,需掌握复杂荷载下管道的结构状态。结合管道失效机理,采用新型监测技术对管道进行定期监测,实现管道的结构可靠性评估。先进科学的管道健康监测系统可以帮助人们及早发现并准确掌握管道的变形情况,对早期管道结构的异常应变响应进行预警,从而修复管道破损位置,从被动应对灾害向主动预防转变,可防患于未然,保护人民财产和生命安全,避免造成重大经济损失,具有重要的现实意义和应用价值。 2、技术原理及性能指标 （1）技术原理 针对高风险油气管道的主要失效和损伤形式,项目基于分布式光纤传感技术,提出一种高风险油气管道灾变分布式光纤监测技术,研究油气管道多源扰动光纤振动监测技术、油气管道疲劳损伤与裂纹光纤监测技术、光纤分布式监测技术和油气管道泄漏分布式光纤监测技术,实现油气管道扰动、损伤和泄漏的监测。 （2）性能指标 ① 形成4项新技术成果：高风险油气管道多源扰动光纤振动监测技术、高风险油气管道疲劳损伤光纤监测技术、高风险油气管道变形与屈曲光纤监测技术、高风险油气管道泄漏分布式光纤监测技术。 ② 形成3项新的系统成果：高风险油气管道多源扰动光纤振动监测系统、高风险油气管道疲劳损伤监测与裂纹预测系统、高风险油气管道泄漏全干涉型分布式光纤监测系统。 （3）授权发明专利8项; （4）形成软件著作权11项; （5）完成工程应用案例5个; （6）发表国内外论文41篇。 3、技术的创造性与先进性 课题在理论方法和系统研制方面取得了一系列成果,其创造性和先进性表现在： ① 提出了基于相位敏感光时域反射机制的油气管道多源振动分布式光纤监测与识别方法,实现油气管道周界多源扰动监测与精准识别。 ② 提出了高风险油气管道疲劳损伤与裂纹光纤监测技术,设计油气管道疲劳损伤监测与裂纹预测系统,实现管道初期裂纹和疲劳损伤的在线监测。 ③ 提出了高风险油气管道变形与屈曲光纤监测技术,基于多点应变协同,实现了油气管道前、后变形与屈曲行为的实时监测与定量评价。 ④ 提出了基于拉曼和全混合干涉型分布式光纤传感的油气管道泄漏监测方法,实现了油气管道泄漏的精确定位。 另外,本课题委托机械工业信息研究院对课题研究成果进行查新工作,得出结论为：除该项目研究单位的报道外,在其他相关文献中未见有与该项目综合研究内容相同的报道。因此研究成果具有创造性和先进性。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 该项目形成的技术和系统已通过专家测试,并进行应用,技术成熟度高。 该项目形成的技术适用于油气管道运行中扰动、振动、疲劳损伤、裂纹和泄漏等的监测与应用。 项目采用的光纤传感技术,具有耐腐蚀、抗电磁干扰、安装方便、可靠性好以及使用寿命长等优点,因此安全性高。 5、应用情况及存在的问题 项目研究成果已成功应用于北京、大连、新疆等地的油气管道安全监测工程中,有效支撑了企业对油气管道的运营管理,保障了油气管道安全健康运行。项目成果的实施将产生如下的经济、社会、环境效益： （1）本项目研究成果的实施将以降低高风险油气管道事故率为目标,保障油气管道的安全运行,减少油气管道对国民经济发展的影响,能够产生巨大的社会效益。 （2）本项目研究成果将形成高风险油气管道运行安全保障技术支撑体系,基于分布式光纤的管道扰动、振动、疲劳损伤、变形、泄漏监测关键技术等研究成果的工程应用,将极大地推动油气管道长效管理机制和社会管理体系的形成,推动在公共安全管理的社会进步。 （3）由于本项目是针对油气管道的安全运行问题,因此,研究成果可以在大多数油气管道的运行中得到广泛使用。同时,基于该项目形成的油气管道扰动、振动、疲劳损伤、变形、泄漏分布式光纤在线监测技术是提高我国油气管道可靠性和可用率、延长管道使用寿命、提高管道安全水平、减少维修工作量及检修费用、提高经济性而迫切需要开发的新技术。结合本项目的研究成果,还可形成全面、系列的油气管道关键部位评估、分析技术,对于保障油气管道的安全可靠运行有重要的技术支持作用,同时对检修策略的优化可产生很大的经济效益。