[发明专利]一种管道结构分布式实时健康监测系统及方法

说明书

本专利公开了一种针对管道结构的分布式实时健康监测系统，主要包括监控终端、贴附在连续管段上的多个结构关键区域中结构关键点上的压阻式贴片传感器，以及设置在每个结构关键区域内或结构关键区域所处环境的多个环境参量传感器，本专利形成了一个连续的分布式传感器监测网络；利用压阻贴片传感器对管道结构应力应变响应直接的特性，针对不同位置、不同形制的管道结构，采取特定的贴附及监测方式，实现对管道结构的应力应变的监测；另外，管道结构由于外界影响或由于管内压力突变产生的大应变可以直接反映为传感器电阻率的瞬时大增量并可以被实时监测；最终结合监测的环境参量，实现对长距离连续管段的实时健康监测并及时发出安全隐患警报。

技术领域

本公开涉及管道监控技术领域，特别涉及一种管道结构分布式实时健康监测系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

管道(又称管线、管路)是石油、天然气、化工液/气体的主要输送工具之一，并大量应用于石油化工业。管道通常由钢管、合金管及塑料复合管组成。虽然管道的运量大、密封性好、成本低，但随着管道服役期限的推移，在自然老化和外部环境及输送介质的腐蚀等不利因素的作用下，管道材料的结构和功能会退化，易造成管道结构安全隐患。据统计，截至2020年，我国陆上油气管道总里程已达到16.9万公里。同时，管道泄露、爆炸等事故较为常见，造成巨大的经济损失和无法计量的环境污染。除了人为操作失误，管道破裂由结构的机械失效引起，常常衍生于微观的材料损伤。因此，排查长距离管道的安全隐患对现有基于人力巡检的管道养护工作带来极大挑战。

本公开发明人发现，现有的管道监测的方式分为两种，第一种为抽样检测的方式，即通过人工定期巡检或者移动式检测仪器定期巡检的方式；第二种为采用各种传感器进行实时监测的方式，即通过布设各种传感器对管道的漏气或者漏油情况或者管道周边环境情况进行监测；不管是第一种抽样式的检测还是第二种的实时监测方式，都只能实现管道结构的故障后检测，无法实现有效的故障前检测；而且，现有的漏油漏气传感器对于埋设在地下或者位于高原地区的管道的适用性低、施工困难、监测成本较高；同时现有的方式也无法实现对管道中不同结构件如连续管段或者弯管段或者T型管段的适应性监测，即现有的监测方式无法达到最佳的监测效果。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种管道结构分布式实时健康监测系统及方法。利用压阻式面状贴片传感器，针对不同位置、不同形制的管道，采取特定的贴附及监测方式，可以对管道结构的关键区域全面覆盖，实现对连续管道的应力应变的监测；管道结构上由于外界环境影响(如外力、碰撞、地震、洪水泥石流冲击等)和其管内压力突变产生的大应变可以直接反映为传感器电阻率的瞬时大增量并可以被实时监测，结合监测的环境参量，可以有效的辨析管道结构的损伤及位置，及时发出安全隐患警报。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种管道结构分布式实时健康监测系统。

一种管道结构分布式实时健康监测系统，至少包括监控终端和分布式监测单元(包括设置在管道关键点上的压阻式贴片传感器、用于监测管道所处环境的至少一个环境参量传感器和传感器数据采集装置)；

所述监控终端实时汇总采集到的压阻式贴片传感器和环境参量传感器的信号，对至少一路的贴片传感器信号进行环境参量补偿，得到管道结构的实际应力应变变化，根据其应力应变状态进行管道或管网的结构健康监测与评价。

作为可能的一些实现方式，所述监控终端通过传感器数据采集装置分别与压阻式贴片传感器和环境参量传感器通信。

所述通信通过无线或有线数据传输网络实现。

作为可能的一些实现方式，所述结构关键点至少包括连续管段，采用完全覆盖或者不完全覆盖的方式将压阻式贴片传感器贴附在连续管段的外表面，至少对连续管段进行弯矩应变、轴向应变、扭转应变和环向应变监测。