[發(fā)明專利]一種用于X80埋地管道穿越地震斷裂帶的保護裝置及方法

在審

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• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN113898823A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 程旭東;徐凌躍;黃潤康;馬川;李春寶
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: F16L57/02
• 分類號: F16L57/02;G05D16/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬于石油化工和天然氣領域，具體地，涉及一種用于X80埋地管道穿越地震斷裂帶的保護裝置及方法；保護裝置包括X80埋地管道、保護管道、端錐管道、法蘭結構、位移傳感器、氣壓傳感器、氣動增壓泵、儲氣罐、進氣管、出氣管、信號傳輸及接受裝置、微型控制器、電磁閥。在X80埋地管道穿越地震斷裂帶時，斷層位移會導致X80埋地管道發(fā)生屈曲變形甚至破壞。本發(fā)明可確定X80埋地管道受斷層位移影響的區(qū)域，在此區(qū)域加設保護管道，保護管道間空腔中充入氮氣，并可根據X80埋地管道應變的大小調節(jié)管間氣壓以對埋地管道進行保護。本發(fā)明可以有效減輕斷層位移對X80埋地管道造成的影響，阻止管道應變進一步增大，并在管道危險的情況下及時發(fā)出警告。

技術領域

本發(fā)明屬于石油化工和天然氣領域，具體地，涉及一種用于X80埋地管道穿越地震斷裂帶的保護裝置及方法。

背景技術

長輸埋地管道所跨地域廣泛，其沿線復雜的地質環(huán)境往往使得管道不可避免的會遭受地震、斷層運動、滑坡、軟土濕陷、地質構造性上升或下降、砂土液化等各種地質災害的威脅(也稱之為永久地面變形PGD)，其中地震斷裂帶的斷層位移是造成管道失效的主要原因。

斷層位移會使得土體在很小的范圍內產生較大的相對位移，導致與斷層相交的埋地管道產生大的軸向應變和彎曲應變，進而發(fā)生屈曲或者破裂，嚴重威脅人民的生命財產安全和環(huán)境安全，所以有必要對穿越地震斷裂帶的埋地管道進行保護。

近年來，隨著管道性能的不斷提高，管道逐漸向高強度、大口徑、薄壁厚方向發(fā)展，X80鋼管就是其中的典型代表。目前針對X80埋地管道穿越地震斷裂帶時受到斷層位移作用而發(fā)生屈曲甚至破裂的這一情況進行保護的裝置還很少，而且無法確定保護裝置的位置及長度。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種用于X80埋地管道穿越地震斷裂帶的保護裝置及方法，本發(fā)明能夠有效地減輕斷層位移對X80埋地管道造成的影響，阻止管道應變的進一步增大，并可以在危險情況下及時發(fā)出警告。

本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種用于X80埋地管道穿越地震斷裂帶的保護裝置，其特征在于：包括管道系統(tǒng)、儲氣裝置系統(tǒng)、簡易傳感控制系統(tǒng)、法蘭結構、環(huán)形擋板、密封圈；管道部分包括X80埋地管道、保護管道、端錐管道，X80埋地管道受斷層位移影響的區(qū)域通過端錐管道與保護管道相連。儲氣裝置系統(tǒng)包括儲氣罐、進氣管、出氣管、以及保護管道內的空腔，保護管道內的空腔與儲氣罐通過進、出氣管相連。簡易傳感控制系統(tǒng)包括電磁閥、氣動增壓泵、微型控制器、信號傳輸及接受裝置、位移傳感器、氣壓傳感器，電磁閥位于進、出氣管與儲氣罐相連的位置，控制氣體的進出；氣動增壓泵上方與儲氣罐相連，左右兩側分別與進出氣管相連；微型控制器與信號傳輸及接受裝置分別與氣動增壓泵通過導線相連；位移傳感器均勻布置在X80埋地管的徑向，氣壓傳感器布置在保護管道內。

優(yōu)選的，X80埋地管道與保護管道間采用橡膠密封圈保證保護管道的氣密性。

優(yōu)選的，進氣管、出氣管均為X80管線鋼材。

優(yōu)選的，采用有限元軟件確定斷層位移作用下，X80埋地管道破壞時的應變最大處，在此處沿埋地管道環(huán)向均勻布置12個位移感應器。

優(yōu)選的，信號傳輸及接收裝置能夠接受來自X80管道上位移傳感器的應變信號，以及保護管道內氣壓傳感器的氣壓信號。

優(yōu)選的，用下述公式確定斷層位移影響的管道區(qū)域，以及保護管道的加設位置及長度：

式中：L為“斷層位移對X80埋地管道的影響區(qū)域”，m；k為無量綱化參數，k＝1m^-1；δ為斷層位移，m；ψ為斷層傾角，°；D為管道直徑，m；t為管道壁厚，m；h為管道埋深，m；P為管道內壓，MPa；σ_s為管材屈服強度，MPa。

優(yōu)選的，用下述公式確定保護管間實時壓力：