[發(fā)明專利]一種石化管道應(yīng)變及溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法

在審

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• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN107990836A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 童杏林;熊巧;張翠;鄧承偉;方定江;陶淵
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01K11/32;G01L1/24
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 張惠玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及弱光柵傳感應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種石化管道應(yīng)變及溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，同時公開了一種石化管道應(yīng)變及溫度在線監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

在石油化工領(lǐng)域需要應(yīng)用大量的耐高溫高壓管道，由于長期在高溫高壓等惡劣環(huán)境下運(yùn)行，材質(zhì)老化、高溫蠕變損傷、液體或氣體的腐蝕使管道安全問題越來越突出，經(jīng)常發(fā)生管道泄漏或爆炸事故，管道的安全監(jiān)測問題越來越重要。管道局部關(guān)鍵位置的應(yīng)變狀態(tài)直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全服役狀態(tài)，溫度則對諸如混凝土大壩、基坑等大體積結(jié)構(gòu)影響較大，溫度與應(yīng)變作用往往導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋等損傷。由于溫度與應(yīng)變的交叉敏感，同時準(zhǔn)確地測量大型結(jié)構(gòu)的溫度與應(yīng)變在工程上一直是個難題。

目前國內(nèi)對于高溫壓力管道的溫度、應(yīng)變等參量的監(jiān)測技術(shù)一般采用人工停機(jī)年檢，這種方法需要停產(chǎn)進(jìn)行，檢測效率低，安全等級差，而在管道焊接等工業(yè)過程中需實時監(jiān)測管道溫度、應(yīng)變值。現(xiàn)階段，國外比較成熟的技術(shù)是采用在線檢測技術(shù)，比如電學(xué)傳感器檢測方法和超聲波檢測方法和紅外熱成像檢測方法。通常高溫壓力管道內(nèi)部輸送的為易燃易爆的氣體或液體，電學(xué)傳感器的電火花極易引發(fā)燃爆等危險，并不適合此時的需要；超聲波檢測方法和紅外熱成像檢測方法基于無損檢測理論，避免了傳統(tǒng)電類傳感器的危險缺陷，但只能檢測管道的壁厚、內(nèi)壁的裂縫以及材料的氣泡，只適用于檢測管道出廠時的品質(zhì)檢測，尚不能對高溫管道的外壁應(yīng)變及溫度進(jìn)行實時監(jiān)測。光纖光柵對溫度和應(yīng)力敏感，采用光柵作為傳感器可以監(jiān)測溫度和應(yīng)力，光纖傳感技術(shù)具有本征防爆，耐強(qiáng)高溫等優(yōu)點，可以彌補(bǔ)電類傳感器的不足。由于管道傳輸距離長，需監(jiān)測范圍大，強(qiáng)反射率光柵串接技術(shù)傳感單元數(shù)量少、焊接引起損耗、和抗機(jī)械強(qiáng)度低等缺點，不適合用于長距離的傳輸管道。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理、采用超低反射率的弱光柵，傳感單元的數(shù)量可達(dá)數(shù)千個，能夠提供大應(yīng)變、高精度的傳感數(shù)據(jù)的石化管道應(yīng)變及溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的一種石化管道應(yīng)變及溫度在線監(jiān)測系統(tǒng),包括光源模塊、探測光纜、數(shù)據(jù)處理模塊和監(jiān)測終端，所述光源模塊通過光分路器分別連接三根探測光纜，探測光纜上刻寫有弱光柵陣列，三根探測光纜上刻寫的弱光柵陣列具有一致性；所述探測光纜上設(shè)有光環(huán)形器，數(shù)據(jù)處理模塊分別連接三個光環(huán)形器和監(jiān)測終端。

根據(jù)以上方案，所述三根探測光纜分別設(shè)置石化管道的外壁上，三根探測光纜依次沿90°夾角間隔設(shè)置。

根據(jù)以上方案，所述弱光柵陣列中包含有8～10000個依次間隔分布的弱光柵，相鄰兩個弱光柵的間距在0.1m-50m之間。

根據(jù)以上方案，所述探測光纜的表面涂覆有涂覆層，涂覆層可以是樹脂、碳、金屬中的任意一種，探測光纖上套有外護(hù)套且探測光纖與外護(hù)套之間設(shè)有非金屬的強(qiáng)化層。

一種石化管道應(yīng)變及溫度在線監(jiān)測方法，其步驟如下：

A、光源模塊采用連續(xù)波長的高速掃頻激光器，經(jīng)過光分路器和環(huán)形器將光信號導(dǎo)入三根探測光纜,各監(jiān)測點上的弱光柵產(chǎn)生的反射信號返回光環(huán)形器，數(shù)據(jù)處理模塊提取反射信號并通過解調(diào)模塊獲得波長值實現(xiàn)解調(diào)；

B、數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)各監(jiān)測點的波長值和溫度信號計算溫度值T_ix和應(yīng)變值ε_ix，其中εi由該監(jiān)測點橫截面處獲得的三個應(yīng)變值ε_iA、ε_iB、ε_iC為單元進(jìn)行計算，并將獲取值、軸向應(yīng)力值與閥值進(jìn)行比較；

C、監(jiān)測終端根據(jù)數(shù)據(jù)處理模塊提供的實時監(jiān)測信號輸出溫度、軸向應(yīng)力的報表，并對信號進(jìn)行分析以提供預(yù)警信息。

本發(fā)明有益效果為：本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，本發(fā)明采用三根大容量弱光柵陣列的探測光纜，按照每90度夾角方向排列的形式安裝于石化管道，通過某一橫截面三個點的應(yīng)變值可計算出管道該處的軸向應(yīng)變；無需光纖熔接布設(shè)方便，降低了系統(tǒng)的插入損耗，采用超低反射率的弱光柵，傳感單元的數(shù)量可達(dá)數(shù)千個，能夠提供大應(yīng)變、高精度的傳感數(shù)據(jù)，從而克服了傳統(tǒng)的強(qiáng)光柵串接技術(shù)導(dǎo)致的傳感單元少、抗機(jī)械強(qiáng)度低，不能適應(yīng)大應(yīng)變傳感變化的問題；可為石化管道提供大量的、全面的溫度及應(yīng)變數(shù)據(jù)，便于發(fā)現(xiàn)突變信息，并根據(jù)報警及時對管道進(jìn)行檢修，避免管道由于溫度及應(yīng)變過大及突變帶來的泄露及破損等危險。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的探測光纜在石化管道上的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。