淺談光纖安全監測系統在石油化工行業設計應用

徐守本

摘要：闡述了光纖安全監測系統的組成及特點，描述了系統各部分的設計，介紹了光纖安全監測系統在工廠應用，實現功能、技術指標等。

關鍵詞：石油系統：光纖安全監測系統;主機;工業;裝置

近年來隨著石化行業的廠區規模不斷擴大，西氣東輸等項目，一些長輸管線的不斷延長，國家戰略對石油、天然氣的布局，都說明國家對能源行業的發展極其重視，但同時安全卻不容忽略，近幾年石油化工行業事故頻發，為了提高石化行業的安全性，降低各類儀器監測方式的安全隱患風險，傳統的周界防護設備誤報率高，設備造價昂貴，一些長輸管線為了防止偷盜及不法分子破壞，需要大量人力巡檢，都造成了大量金錢及人力的投入，隨著光纖安全監測系統在石油化工的長輸管線上的應用，為企業節省了大量的時間及金錢。

傳統的入侵報警安全監測系統大致包括：1紅外對射2震動電纜3電子圍欄，雖為安全技術防范做出了一定的貢獻，但受一些客觀技術條件等因素所限，存在一定的缺陷。

高壓電網特點：無報警、安裝調試一般、受環境影響低、需要現場供電、對人體傷害高。

紅外、激光、微博反射特點：有報警、誤報率高、易安裝、受環境影響高、需要現場供電、對人體傷害低。

電子圍欄：有報警、誤報率低、安裝調試需有圍欄、受環境影響較低、需要現場供電、對人體傷害無。

振動電纜：有報警、誤報率高、安裝需要金屬防護網、受環境影響高、需要現場供電、對人體傷害無。

以上是各種系統的優缺點對比，那么有沒有更加安全可靠的監測技術？答案是光纖傳感技術。

下面介紹一下光纖傳感技術：

光纖傳感技術始于1977年，伴隨光纖通信技術的發展而迅速發展起來的，光纖傳感技術是衡量一個國家信息化程度的重要標志。從杭州物聯網暨傳感技術應用論壇了解到，光纖傳感技術已廣泛用于軍事、國防、航天航空、工礦企業、能源 環保、工業控制、醫藥衛生、計量測試、建筑、家用電器等領域有著廣闊的市場。世界上已有光纖傳感技術上百種，諸如溫度、壓力、流量、 位移、振動、轉動、彎曲、液位、速度、加速度、聲場、電流、電壓、磁 場及輻射等物理量都實現了不同性能的傳感。

光纖工作頻帶寬，動態范圍大，適合于遙測遙控，是一種優良的低損耗傳輸線;在一定條件下，光纖特別容易接受被測量或場的加載，是一種優良的敏感元件;光纖本身不帶電，體積小，質量輕，易彎曲，抗電磁干擾，抗輻射性能好，特別適合于易燃、易爆、空間受嚴格限制及強電磁干擾等惡劣環境下使用。因此，光纖傳感技術一問世就受到極大重視，幾乎在各個領域得到研究與應用，成為傳感技術的先導，推動著傳感技術蓬勃發展。

根據被外界信號調制的光波的物理特征參量的變化情況，可將光波的調制分為光強度調制、光頻率調制、光波長調制、光相位調制和偏振調制等五種類型。

由于現有的任何一種光探測器都只能響應光的強度，而不能直接響應光的頻率、波長、相位、和偏振調制信號都要通過某種轉換技術轉換成強度信號，才能為光探測器接收，實現檢測。

光纖傳感器的特點

（1）高靈敏度，抗電磁干擾。（2）光纖具有很好的柔性和韌性。

（3）測量的頻帶寬、動態響應范圍大。（4）可移植性強，可以制成不同的物理量的傳感器等。（5）可嵌入性強，便于與計算機和光纖系統相連系統可遙測和控制。

系統指標：系統可檢測到長達數千米光纖的分布的機械振動當量，同時增加入侵模式識別功能，大大降低風雨等環境因素的干擾。響應周期為秒級（測量時間100ms，響應時間5s）。非常適用于中長距離周界入侵安防監測，測量距離：10km ，通道數：1或2 ，波長：1550nm，頻響范圍：1-40Hz，定位精度：10m，系統靈敏性：100%入侵報警，報警門限：用戶可調，光纖接入方式：鋪設在墻體，柵欄。

系統構成一般分為：處理與控制單元-探測單元-探測光纜，一般后端顯示設備，會通過軟件來提示報警區域及振動頻率，用于推斷各種情況，有條件配合電視監控系統會第一時間對報警區域監視。

光纖震動與光纖安防優缺點對比：

光纖震動，基于分布式光纖傳感技術，測量信號可連續分布的多點振動信息，定位精度小于10m，探測距離最大可到10km，安裝光纜為振動光纜，標準通訊光纜，適用于地埋或掛網，光纜直接安裝，需要輔助設施。施工只需一根光纜即可，無需其他器件，施工簡單免維護。報警可多分區無限制，誤報率低。

光柵安防，基于光纖光柵的傳感技術，測量信號為點式傳感器，只能測量某點得振動信息，定位精度取決于光纖光柵安裝在光纜上的間隔距離，探測距離受定位精度及光柵數量影響，安裝光纜分振動光纜和傳輸光纜，光纖光柵成本較高。適用掛網、柵欄，施工難度大，后期維護成本高。報警僅在硬件上設置，誤報率高。

相比于傳統的防區式光纖入侵探測系統，技術原理上有了長足的進步，產品性能極大提高，系統優勢非常明顯，后端設備因為支撐存儲功能及事件回放。

上述系統在實際項目設計中的應用：

遼寧某天然氣綜合利用項目，首站、末站周界防護及長輸管線安全監測系統。本工程包括主要輸氣管線三條，生產基地一處，分輸站一座，監控閥室一座。石油某廠、洗化某廠的天然氣計量裝置各一套。

管道入侵預警系統

首站至洗化廠管道整體長度約44km。沿線共有生產基地、分輸站等大型站點，同時設有閥室。管道全線采用地埋式敷設。上述石油管道安防監測，防止各類非法入侵、機械挖掘、管道打孔、鉆孔行為等行為，同時與其他監控系統聯動。

技術原理：分布式光纖入侵預警。1.監測距離長：基于標準通信光纜即可實現60km的監測距離;2 施工成本低：外場完全基于已鋪設的標準通信光纜，無需復雜施工;3 定位精度高：可以實現50m內的定位精度，以實現及時抵達報警地點;4 響應速度快：響應時間小于10ms，實時在線監測;5 報警概率高：高靈敏度傳感和振動波形分析可以實現零漏警率和低誤警率;6 無需外場供電：光波在長距離光纜中傳輸即可完成監測，無需供電;7 本質安全：光纜為電絕緣介質，無發熱和釋放電火花發生;8 無電磁干擾：光波對電磁環境不敏感，不受電磁干擾（如地磁場）影響。

最后隨著技術的不斷創新，設備性能不斷提高，光纖安全監測系統會使我們的生產更加的安全，人員操作更加簡便，為工業系統發展添磚加瓦，降低事故，安全生產。

參考文獻：

[1]GA/T 1469-2018光纖振動入侵探測系統工程技術規范

[2]GB/T32581-2016入侵和緊急報警系統技術要求

作者簡介：徐守本，出生年月1982年8月，性別男，民族漢，籍貫撫順，學歷本科，職稱工程師，工作領域石油石化行業電信專業工程設計。