浅谈光纤安全监测系统在石油化工行业设计应用

徐守本

摘要：阐述了光纤安全监测系统的组成及特点，描述了系统各部分的设计，介绍了光纤安全监测系统在工厂应用，实现功能、技术指标等。

关键词：石油系统：光纤安全监测系统;主机;工业;装置

近年来随着石化行业的厂区规模不断扩大，西气东输等项目，一些长输管线的不断延长，国家战略对石油、天然气的布局，都说明国家对能源行业的发展极其重视，但同时安全却不容忽略，近几年石油化工行业事故频发，为了提高石化行业的安全性，降低各类仪器监测方式的安全隐患风险，传统的周界防护设备误报率高，设备造价昂贵，一些长输管线为了防止偷盗及不法分子破坏，需要大量人力巡检，都造成了大量金钱及人力的投入，随着光纤安全监测系统在石油化工的长输管线上的应用，为企业节省了大量的时间及金钱。

传统的入侵报警安全监测系统大致包括：1红外对射2震动电缆3电子围栏，虽为安全技术防范做出了一定的贡献，但受一些客观技术条件等因素所限，存在一定的缺陷。

高压电网特点：无报警、安装调试一般、受环境影响低、需要现场供电、对人体伤害高。

红外、激光、微博反射特点：有报警、误报率高、易安装、受环境影响高、需要现场供电、对人体伤害低。

电子围栏：有报警、误报率低、安装调试需有围栏、受环境影响较低、需要现场供电、对人体伤害无。

振动电缆：有报警、误报率高、安装需要金属防护网、受环境影响高、需要现场供电、对人体伤害无。

以上是各种系统的优缺点对比，那么有没有更加安全可靠的监测技术？答案是光纤传感技术。

下面介绍一下光纤传感技术：

光纤传感技术始于1977年，伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，光纤传感技术是衡量一个国家信息化程度的重要标志。从杭州物联网暨传感技术应用论坛了解到，光纤传感技术已广泛用于军事、国防、航天航空、工矿企业、能源 环保、工业控制、医药卫生、计量测试、建筑、家用电器等领域有着广阔的市场。世界上已有光纤传感技术上百种，诸如温度、压力、流量、 位移、振动、转动、弯曲、液位、速度、加速度、声场、电流、电压、磁 场及辐射等物理量都实现了不同性能的传感。

光纤工作频带宽，动态范围大，适合于遥测遥控，是一种优良的低损耗传输线;在一定条件下，光纤特别容易接受被测量或场的加载，是一种优良的敏感元件;光纤本身不带电，体积小，质量轻，易弯曲，抗电磁干扰，抗辐射性能好，特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。因此，光纤传感技术一问世就受到极大重视，几乎在各个领域得到研究与应用，成为传感技术的先导，推动着传感技术蓬勃发展。

根据被外界信号调制的光波的物理特征参量的变化情况，可将光波的调制分为光强度调制、光频率调制、光波长调制、光相位调制和偏振调制等五种类型。

由于现有的任何一种光探测器都只能响应光的强度，而不能直接响应光的频率、波长、相位、和偏振调制信号都要通过某种转换技术转换成强度信号，才能为光探测器接收，实现检测。

光纤传感器的特点

（1）高灵敏度，抗电磁干扰。（2）光纤具有很好的柔性和韧性。

（3）测量的频带宽、动态响应范围大。（4）可移植性强，可以制成不同的物理量的传感器等。（5）可嵌入性强，便于与计算机和光纤系统相连系统可遥测和控制。

系统指标：系统可检测到长达数千米光纤的分布的机械振动当量，同时增加入侵模式识别功能，大大降低风雨等环境因素的干扰。响应周期为秒级（测量时间100ms，响应时间5s）。非常适用于中长距离周界入侵安防监测，测量距离：10km ，通道数：1或2 ，波长：1550nm，频响范围：1-40Hz，定位精度：10m，系统灵敏性：100%入侵报警，报警门限：用户可调，光纤接入方式：铺设在墙体，栅栏。

系统构成一般分为：处理与控制单元-探测单元-探测光缆，一般后端显示设备，会通过软件来提示报警区域及振动频率，用于推断各种情况，有条件配合电视监控系统会第一时间对报警区域监视。

光纤震动与光纤安防优缺点对比：

光纤震动，基于分布式光纤传感技术，测量信号可连续分布的多点振动信息，定位精度小于10m，探测距离最大可到10km，安装光缆为振动光缆，标准通讯光缆，适用于地埋或挂网，光缆直接安装，需要辅助设施。施工只需一根光缆即可，无需其他器件，施工简单免维护。报警可多分区无限制，误报率低。

光栅安防，基于光纤光栅的传感技术，测量信号为点式传感器，只能测量某点得振动信息，定位精度取决于光纤光栅安装在光缆上的间隔距离，探测距离受定位精度及光栅数量影响，安装光缆分振动光缆和传输光缆，光纤光栅成本较高。适用挂网、栅栏，施工难度大，后期维护成本高。报警仅在硬件上设置，误报率高。

相比于传统的防区式光纤入侵探测系统，技术原理上有了长足的进步，产品性能极大提高，系统优势非常明显，后端设备因为支撑存储功能及事件回放。

上述系统在实际项目设计中的应用：

辽宁某天然气综合利用项目，首站、末站周界防护及长输管线安全监测系统。本工程包括主要输气管线三条，生产基地一处，分输站一座，监控阀室一座。石油某厂、洗化某厂的天然气计量装置各一套。

管道入侵预警系统

首站至洗化厂管道整体长度约44km。沿线共有生产基地、分输站等大型站点，同时设有阀室。管道全线采用地埋式敷设。上述石油管道安防监测，防止各类非法入侵、机械挖掘、管道打孔、鉆孔行为等行为，同时与其他监控系统联动。

技术原理：分布式光纤入侵预警。1.监测距离长：基于标准通信光缆即可实现60km的监测距离;2 施工成本低：外场完全基于已铺设的标准通信光缆，无需复杂施工;3 定位精度高：可以实现50m内的定位精度，以实现及时抵达报警地点;4 响应速度快：响应时间小于10ms，实时在线监测;5 报警概率高：高灵敏度传感和振动波形分析可以实现零漏警率和低误警率;6 无需外场供电：光波在长距离光缆中传输即可完成监测，无需供电;7 本质安全：光缆为电绝缘介质，无发热和释放电火花发生;8 无电磁干扰：光波对电磁环境不敏感，不受电磁干扰（如地磁场）影响。

最后随着技术的不断创新，设备性能不断提高，光纤安全监测系统会使我们的生产更加的安全，人员操作更加简便，为工业系统发展添砖加瓦，降低事故，安全生产。

参考文献：

[1]GA/T 1469-2018光纤振动入侵探测系统工程技术规范

[2]GB/T32581-2016入侵和紧急报警系统技术要求

作者简介：徐守本，出生年月1982年8月，性别男，民族汉，籍贯抚顺，学历本科，职称工程师，工作领域石油石化行业电信专业工程设计。