[發(fā)明專利]一種長輸埋地管道荷載識別及安全監(jiān)測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710171798.X
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106840363B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張世海;何建平;劉斌;張黎;戈旭
• 申請（專利權(quán)）人: 南陽理工學(xué)院
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;F17D5/00
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11689
• 代理人: 張紅蓮

一種長輸埋地管道荷載識別及安全監(jiān)測系統(tǒng)，分布式光纖振動測試系統(tǒng)實(shí)時采集與長輸埋地管道同溝鋪設(shè)的分布式光纖振動傳感器上的振動信號，振動信號識別分析系統(tǒng)通過對比自身的荷載樣本空間，識別出作用在埋地管道地基上的荷載類型、荷載大小及荷載頻次，識別出的荷載信息傳輸?shù)铰竦毓艿腊踩u定中心進(jìn)行分析，基于管道地基的物理性質(zhì)，分析該荷載作用下管道受力和變形特征，對管道安全進(jìn)行評定。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了長輸埋地管道地基作用荷載的分布式在線監(jiān)測識別，并基于埋地管道地基參數(shù)確定了作用荷載下管道的力學(xué)性狀，對管道安全進(jìn)行評定，可實(shí)現(xiàn)上百公里長輸埋地管道結(jié)構(gòu)損傷監(jiān)測，提升了埋地管道的長期安全運(yùn)營。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于重要能源設(shè)施安全監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種基于分布式振動光纖的長輸埋地管道荷載識別及安全監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定增長和石油工業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國的管道建設(shè)工程取得了長足的發(fā)展。截至2015年8月，中國陸上油氣管道總里程達(dá)到了12萬公里，其中原油管道約2.3萬公里、成品油管道約2.1萬公里、天然氣管道約7.6萬公里。這些重要的能源管道形成了我國橫跨東西、縱貫?zāi)媳?、連通海外的油氣管網(wǎng)格局，成為推動我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要生命線。由于埋地管道具有線長、面廣的分布特點(diǎn)，不可避免地穿越各種復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，作用在管道地基上的荷載類型多樣復(fù)雜，如交通疲勞荷載、山體滑坡、占壓、非法采挖、地震等。埋地管道力學(xué)性狀與所承受荷載類型密切相關(guān)，如交通疲勞荷載易導(dǎo)致地基(特別是軟土地基)沉降，一旦超過容許變形值，會引起穿越埋地管道大變形甚至發(fā)生爆裂事故；山體滑坡會導(dǎo)致管道地基土體因剪切破壞和體積膨脹產(chǎn)生不可逆的變形，埋地管道會相應(yīng)地產(chǎn)生不均勻偏移，進(jìn)而發(fā)生破壞。因此，通過識別管道所受荷載(包括荷載類型、荷載大小以及作用頻次等)，分析其力學(xué)性狀，對管道進(jìn)行安全評定顯得尤為重要。

目前長輸埋地管道安全監(jiān)測一是通過理論分析某確定荷載對管道力學(xué)性狀的影響，進(jìn)而評價其安全狀況。譬如交通荷載易導(dǎo)致地基(特別是軟土地基)沉降，一旦超過容許變形值，會引起穿越的埋地管道變形甚至爆裂事故。部分學(xué)者對軟土地基埋地管道交通荷載下的力學(xué)性狀進(jìn)行了理論研究，提出了長期均布荷載、移動荷載和穩(wěn)態(tài)簡諧荷載三種荷載模型并對管道的Mises應(yīng)力和豎向位移進(jìn)行了計(jì)算分析，基于此提出了在工程設(shè)計(jì)和施工中管道防護(hù)和基礎(chǔ)處理的措施。實(shí)際工程中作用在管道上的荷載類型隨機(jī)性強(qiáng)，且管道穿越地理環(huán)境十分惡劣，不易直接到現(xiàn)場觀測確定作用荷載類型，只能在有限的幾個管道開展此類方法的管道安全監(jiān)測；二是在管道表面布設(shè)應(yīng)變傳感器，直接獲取管道結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變，對管道進(jìn)行安全評定，但對于在役管道，特別是埋地管道，需要開挖管道地基將分布式應(yīng)變傳感器布設(shè)在管道上，并且要確保傳感器與管道協(xié)同變形，如需管道全長監(jiān)測，則人力、財(cái)力成本高，傳感器布設(shè)要求高。分布式振動光纖傳感器利用光波在光纖中傳輸時相位、偏振等對振動敏感的特性，能夠連續(xù)實(shí)時地監(jiān)測各種荷載引起的振動，廣泛應(yīng)用于監(jiān)獄、銀行、機(jī)場、軍事區(qū)等場所的周界監(jiān)測。目前分布式光纖振動傳感技術(shù)在長輸埋地管道防開挖、盜油預(yù)警監(jiān)測中有相關(guān)報(bào)道(中國發(fā)明專利：一種光纖傳感天然氣管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)的泄漏點(diǎn)定位方法和系統(tǒng)，專利號CN201110272440.9)，但是采用該技術(shù)對長輸埋地管道作用荷載進(jìn)行荷載識別及開展相應(yīng)的安全評定方法還未見相關(guān)報(bào)道。在管道安全評定方面，目前部分研究文獻(xiàn)中有關(guān)于交通荷載作用下的管道應(yīng)力分析和穿越采空區(qū)管道的應(yīng)力分析文獻(xiàn)：《李新亮、李素貞.交通荷載作用下埋地管道應(yīng)力分析與現(xiàn)場測試，浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014,48(11)：1976-1981》；《楊曉輝、趙子龍.采空區(qū)埋地管道沉降變形分析,太原科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016,37(2)：134-137》，但是其研究前提是在假定某確定荷載情況下開展評定的，而不是通過現(xiàn)場監(jiān)測識別荷載開展管道真實(shí)應(yīng)力分析及評定。

發(fā)明內(nèi)容