[發明專利]一種高溫高壓動力管道狀態監測系統

有效

• 申請號: 202011501342.3
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112728416B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 孫中元;陳騁;張鄭磊;潘萬軍;黃小波;蔣思陽
• 申請（專利權）人: 蘇州熱工研究院有限公司;中國廣核集團有限公司;中國廣核電力股份有限公司
• 主分類號: F17D5/00
• 分類號: F17D5/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 吳芳

本發明公開了一種高溫高壓動力管道狀態監測系統，所述監測系統包括前端數據采集模塊、數字建模模塊、在線監測模塊和輸出模塊，所述前端數據采集模塊用于采集管道的狀態數據，所述數字建模模塊用于對所述狀態數據進行處理并結合預建立的管道數字模型得到數字孿生模型，所述在線監測模塊用于根據所述數字孿生模型和所述狀態數據對管道的狀態進行安全性評估、得到安全性評估結果，所述輸出模塊用于輸出所述安全性評估結果。本發明的高溫高壓動力管道狀態監測系統利用數字孿生模型建立了高溫高壓動力管道狀態實時監測系統，從根源上解決高溫高壓動力管道應力狀態管理的問題。

技術領域

本發明涉及安全評估技術領域，尤其涉及一種高溫高壓動力管道狀態監測系統。

背景技術

高溫高壓動力管道是石油化工、化工、冶金、火力發電及核電等國民經濟支柱行業中的極其重要的過程裝備，其現有的應力狀態管理為定期檢驗的方式，無法適應多工況的可靠性和長周期使用壽命的要求，同時由于設計階段對服役工況的認識偏差以及設計理論的不完善和經驗反饋的滯后性，在役高溫高壓動力管道的損傷具有不確定性和難以預測性。因此針對高溫高壓動力管道應力狀態管理的問題，需要監測管道的實際膨脹狀態，同時評估管道支吊架運行狀態，建立高溫高壓動力管道狀態實時監測系統；同時依據管道的數字孿生模型，可根據管道實施狀態監測數據，分析評估管道的實際應力安全狀態，從而從根源上解決高溫高壓動力管道應力狀態管理的問題。

目前檢索相關文獻，尚未發現針對高溫高壓動力管道狀態監測及安全評估的系統。在海底、石化長輸管道的領域有類似的監測系統，但適用的條件不同，且存在根本性的缺點。。

結構健康監測系統研究已經成為航空航天、國防、復合材料、土木工程等領域的熱點研究方向,各國均嘗試在新建的和已服役的重要工程結構上增設健康監測系統，但尚無成熟的高溫高壓動力管道狀態監測及安全評估系統。

浙江大學邵劍文研究了海底管道的健康監測系統，將基于應變的隨機變幅多軸疲勞壽命模型引入海底管道疲勞壽命的評估中通過光纖應變傳感器給出的應變數據分析截面的受力狀況，選取截面多個關鍵點，將擴展的多軸雨流計數法來統計關鍵點的循環載荷次數，結合疲勞損傷累計模型給出單點疲勞損傷為管道的疲勞壽命提供量化指標。

大連理工大學周靈琳開發了海底管道健康監測和安全評價系統軟件，基于光柵光纖智能傳感技術，根據海底管道的特點進行了系統數據流程設計、系統功能設計、系統數據庫設計，在此基礎上針對海底懸跨管道地震反應試驗開發了實驗模型子系統、數據對接子系統、數據查詢子系統、安全評價子系統，實現了海底管道健康監測與安全評價系統的功能。

在石化行業，針對油氣長輸管道引入了完整性管理的概念，經過國內學者的不斷研究與發展，形成了綜合的風險預控體系，發布了《油氣輸送管道完整性管理規范》(GB32167-2015)。

但高溫高壓動力管道的運行條件與海底、石化長輸管道的運行條件完全不同。高溫高壓動力管道在運行溫度極高，冷熱態溫差及引起的膨脹變化極大，因此監測參數的獲取、工況的分析、安全評估的準則等均與海底、石化長輸等行業的完全不同，不具有替代性。

在石油化工、化工、冶金、火力發電及核電等國民經濟支柱行業中的過程裝備，如管道等設備均朝著高溫高壓等高參數趨勢發展，部分高溫高壓的動力管道的介質參數可達25MPa/600℃以，很多在役部件長期處于嚴苛的運行環境及復雜的運行工況(啟停頻繁、工況變化頻繁等)中，因此對于高溫高壓動力管道在復雜的工藝條件下的可靠性和長周期使用壽命提出了更高的要求。

同時在實際的運行過程中，在役高溫高壓動力管道的操作工況是十分復雜的，一些設計過程中未考慮的非正常的運行工況時常難以避免(操作失誤、異常的壓力波動或溫度波動產生的疲勞、蠕變載等)。這些非正常運行工況具有一定的偶然性，在設計過程中很難將其全部考慮。雖然在設計過程中引入了安全系數，但運行過程中仍有很多未知的危險因素可能造成結構發生一定程度的損傷或者失效。由于設計階段對服役工況的認識偏差以及設計理論的不完善和經驗反饋的滯后性，在役高溫高壓動力管道的損傷具有不確定性和難以預測性。