1.工程背景

油气管道的特点是点多线长，且多数为地埋管道。由于使用环境恶劣，随着服役时间不断增长，腐蚀、地形沉降、重压、机械施工及人为破坏等因素都能使管道出现损伤，甚至泄漏。

1.1. 概述

管道是油气输送的主要方式，具有运量大、不受气候和地面其他因素限制、可连续作业以及成本低等优点，油气管道也被称为“能源血脉”。

油气管道距离长、且多埋藏于地下，地质环境复杂；并且在用油气管道中有相当部分服役时间超过20年，部分管网甚至超过30年，已步入事故高发期。油气管道长期服役后会因腐蚀、地形沉降、管材及施工质量、机械施工及人为破坏等原因发生失效事故，特别是近些年因恶意打孔盗油（气）和非法施工造成的管道安全事故常有发生；另外，如地质塌陷、滑坡、泥石流等地质灾害所造成的安全事故亦时有报道。

由于油气管道都是高压运行，输送介质易燃、易爆并具有毒性，一旦发生事故不仅会造成资源损失和环境污染，甚至会产生火灾、爆炸，产生巨大的经济损失，更会破坏周围环境和周边人身安全。为此急需采用高科技的手段，及时、准确地测出管道安全状态变化，实现对输油管道进行实时在线监测尤显重要。保护油气管道安全绝不仅仅是保护管道企业的利益，更重要的，它保障的是广大人民群众的正常生活和公共安全，保障的是国家的经济安全和社会稳定，监测及维护管道安全任重道远。

1.2. 现状

管道在经济中的地位越重要管道的安全运行越受重视。对管道泄漏检测方法的研究已有几十年的历史，但由于检测的复杂性如管道输送介质的多样性管道所处的环境（如地上、管沟、埋地、海底）的多样性，以及泄漏形式的多样性（渗漏、穿孔、断裂等），使得目前还没有一种通用的方法解决管道泄漏探测问题。在实际应用中，某一种泄漏检测方法或一个检漏装置不能同时满足所有要求，常常将几种方法综合实用。

管道泄漏监测主要是对管道从不漏到突然发生泄漏的过程的监测，一般是采用固定的装置对管道进行实时监测，一旦发生泄漏立即报警，使有关人员能够进行及时处理。人工例行巡检、负压波以及可燃气体监测是天然气输送管道监测的常用方法。目前，传统的监测方法如人工巡视、负压波等方法已经不能适应分布地域广、环境复杂程度和破坏前报警的要求，亟需一种工程造价低且能适应大范围监测要求的分布式传感监测系统。由于管道长度长达几百公里，传统的电测式传感器需要沿管线布设几千只传感器，从布点连线到数据采集不仅复杂且成本高，并且受到布点数量的限制，无法全面反映管道的结构和功能情况。现在国内外应用于管线工程监测的技术和方法正在从传统的点式仪器监测向分布式、自动化、高精度和远程监测的方向发展。

分布式光纤传感技术是一种新兴的传感技术，它直接以管道同沟敷设的通讯光缆作为传感器，其充分利用光纤空间连续分布的特点，“传”、“感”合一，可实现沿光纤分布任一点的物理参量信息，具有测量信息丰富、可精确定位、本质安全等优点。而且，光纤传感技术是以光波为载体，光纤为媒质，与传统电学传感器相比，光纤传感器具有测量精度高、抗电磁干扰、本质安全、小巧轻柔、适合远程传输等优点，尤其适合在电力、石化、交通、桥梁、大坝等领域应用。将探测光缆沿管道同沟或者并行敷设，可实时获得管道沿线任一点的温度、应变、振动信息，实现管道沿线泄漏、第三方破坏、地质灾害等异常状况实时监测，具有测量距离远、连续分布式测量、可精确定位、安装简单、安全可靠、扩展性强等优点，对管道不会产生任何破坏或影响其正常生产，尤其适合长输油气管道在线监测应用。

1.3. 监测技术

国内外有众多科研机构、院校、企业针对管道的安全及泄漏监测技术进行了研究，提出了多种方法，包括流量/压力检测法、负压波法、声信号接收法、超声波法、分布式光纤检测法、以及基于模型的各种参量检测法。各种方法简要的描述与特点如下表所示。

表 1 各种管道安全检测方法一览

以上多种检测方法大多为点式传感器，在较长距离的管道安全监测中会受到很大的局限，并且测量精度不高、电传感器需要现场供电等多种因素限制了在现场的应用。因此目前天然气管线主要采用的还是人工巡检的方式，效率较低，不能有效地预防、及时地处理破坏管道的事故。

负压波检漏法介绍：当管道发生泄漏时，在泄漏处会引起压力突降，形成一个负压波，该波以一定波速自泄漏点向管道两端传播，利用安装在泄漏点两端站点的压力传感器检测到的压力变化信号，在进行相关分析的基础上即可判断是否发生泄漏，并根据接收到该波的时间差及波在介质中的传播速度进行定位。

随着光纤传感技术的发展，光纤作为分布式无源传感器，它能实现对温度、振动、应力等多种参数的测量。并且其测量距离远、现场无需供电、测量精度高等优点是其它传统的监测方法所无法比拟的。因此，光纤传感技术在管线安全监测中具有极好的应用前景。