[發(fā)明專利]一種監(jiān)測管道腐蝕的方法

無效

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• 申請日: 2010-01-18
• 公開（公告）號: CN101769442A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任亮;李宏男;孫麗
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: F17D5/00
• 分類號: F17D5/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 侯明遠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種監(jiān)測管道腐蝕的方法。

背景技術(shù)

我國現(xiàn)已建成的海底油氣集輸和長輸管道，有些已服役10年以上。這些管道在服役過程中不可避免地產(chǎn)生各種損傷，如內(nèi)部介質(zhì)腐蝕、外部海水腐蝕、內(nèi)壓及其他外載聯(lián)合作用下的應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞、第三方機械損傷，以及臺風、海流等自然環(huán)境荷載造成管道振動而形成的疲勞累計損傷等，這些因素會直接影響海底管道的服役壽命。據(jù)統(tǒng)計，在海底管道事故中，47％是由于海管腐蝕老化造成的。因此，實時監(jiān)測海底管線的腐蝕狀態(tài)及應(yīng)力腐蝕造成的疲勞損傷裂紋擴張情況，預(yù)測海底管道的剩余壽命，對于提高管道安全性，降低安全隱患和運行風險，提高總體經(jīng)濟效益，將產(chǎn)生積極的推動作用。

腐蝕缺陷造成的失效是既有海底管道最主要的破壞方式之一。由于受輸送介質(zhì)和海洋腐蝕環(huán)境影響，管道常常發(fā)生腐蝕。腐蝕的產(chǎn)生，一方面造成壓力管道受載面積減小，使得管道承載能力下降，從而增大了管道腐蝕檢測、維修費用，降低了管道的維修和更換周期；另一方面，在載荷作用下，在缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，削弱管道抗疲勞載荷的能力。研究腐蝕缺陷對海底管道安全輸送的影響已成為海底管道安全運行所關(guān)注的課題之一。

海底管線一般位于幾十米甚至上百米水深的海中，環(huán)境條件復(fù)雜惡劣，常規(guī)的檢測和維護難以實施。現(xiàn)有的海底管道腐蝕檢測方法如漏磁檢測法、渦流檢測法、超聲波檢測法、智能清管球、水下機器人等對提高海底管道安全起到了非常重要作用，但是這些方法普遍存在無法對海底管道安全實時監(jiān)測的不足，這就為海底管道破壞留下了隱患。而且隨著海洋石油開發(fā)向遠海、深海發(fā)展，長距離海底管道應(yīng)用越來越多，利用現(xiàn)有這些檢測方法檢測海底管道，檢測一次將花費很長時間，效率非常低，因此需要研究開發(fā)新型的管道腐蝕監(jiān)測技術(shù)。

近年來隨著光纖傳感技術(shù)在軍事、航空、橋梁等領(lǐng)域安全監(jiān)測中成功應(yīng)用，光纖傳感技術(shù)也被引入到海底管道監(jiān)測中。光纖傳感具有體積小、重量輕、電絕緣性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、頻帶寬、靈敏度高、易于實現(xiàn)遠距離多通道的遙測與控制等諸多優(yōu)點，能夠克服目前常規(guī)檢測方法只能對海底管道進行定期檢測的不足，可以實現(xiàn)對海底管道安全實時監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種監(jiān)測管道腐蝕的方法。該方法以不破壞管道、不影響管道正常運營為前提，通過安裝在管道外壁的應(yīng)變傳感器測量管道外壁徑向變形，從而得到管道的腐蝕發(fā)展狀況。這種測量方法不會對管道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷問題，而且當采用具有長期穩(wěn)定性好、耐久性強和傳輸距離遠等優(yōu)點的光纖光柵傳感器時，可實現(xiàn)對管道結(jié)構(gòu)進行在線實時腐蝕狀況監(jiān)測，從而能夠預(yù)測海底管道的剩余壽命，對于提高管道安全性，降低安全隱患和運行風險，提高總體經(jīng)濟效益，將產(chǎn)生積極的意義。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

管道在運營期間，需要通過加高壓輸送石油和天然氣，因此管道內(nèi)部存在較大的內(nèi)部壓力，這種壓力會使管道發(fā)生膨脹，致使管道外壁產(chǎn)生徑向變形，如公式(1)所示。

其中，ε_y為管道外壁徑向應(yīng)變，υ為管道泊松比，σ_y為管道外壁徑向應(yīng)力，σ_z為管道外壁軸向應(yīng)力，E為管道材料彈性模量。

假定管道為無限長，則管道內(nèi)部壓力導(dǎo)致的管道外壁軸向應(yīng)變σ_z可忽略不計，即σ_z＝0；同時，由材料力學(xué)基本原理可知，σ_y＝pR/h，其中p為管道內(nèi)部壓力，R為管道內(nèi)徑，h為管道壁厚。將σ_z和σ_y的值帶入公式(1)，得到管道壁厚與管道外壁徑向應(yīng)變的關(guān)系式為

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