[实用新型]一种冻土区埋地油气管道多场耦合监测预警装置

说明书

本实用新型公开了一种冻土区埋地油气管道多场耦合监测预警装置，包括置于现场的多场耦合监测子单元与置于服务器端的监测预警子单元。多场耦合监测子单元，包括管道应变监测模块与管周土壤温度监测模块。管道应变监测模块包括应变传感器、应变传感器保护罩、监测截面保护、引出线缆、线缆保护管。应变传感器需安装在管道钢体表面，应变传感器外使用应变传感器保护罩保护，保护罩外使用粘弹体膏完全覆盖，起到防水、防潮作用，延长传感器使用寿命。本实用新型提供的监测预警装置，安全可靠，能够保证监测预警装置长期、稳定运行，提供持续、有效的监测数据，并基于监测数据及时发布预警信息，防范冻胀、融沉影响下管道事故发生。

技术领域

本实用新型涉及油气管道与冻土监测技术领域，具体为一种冻土区埋地油气管道多场耦合监测预警装置。

背景技术

冻土是指温度低于0℃并含有冰的土层或岩层，在我国冻土主要分布于东北高纬度地区和西北高海拔地区。以东北大兴安岭地区为例，其冬季最低温度平均在-25℃以下，极端低温甚至低于-50℃，为冻土的赋存提供了良好的条件。油气管道途经冻土区域时，受管道施工及运营影响，管道沿线地表覆盖条件遭到破坏，特别是正温输送石油的管道作为热源影响着管道沿线冻土的水热状态，改变了冻土的物理力学特性，导致冻土环境不断发生变化，季节性冻土南界北移，多年冻土退化已成为管道沿线的突出问题。在此过程中，因冻土差异性冻胀影响，管道出现了不同程度的隆起变形，局地管道甚至被冻胀丘抬举出地面呈翘曲状；因不均匀融沉影响，管基土严重下沉并出现多处露管和悬管。受此影响，管道在外荷载作用下将产生轴向附加应力和弯曲应力，极易造成管道应力集中，当受力超过材料的极限强度时管道将失效破坏。

现有技术中，已有学者围绕冻土温度监测、管道变形监测开展了一些工作，但现有监测多以单一因素监测为主，如开展冻土温度监测(专利申请号：201922373591.8、专利申请号：201710755510.3、专利申请号：201210135934.7)、管道变形监测(专利申请号：201120429619.6、专利申请号：201110456598.1)，仅有的考虑管道本体与管周温度的综合监测案例(专利申请号：201210137964.1)只能监测紧邻管道位置的土壤温度、含水量，监测范围有限，且只能监测管道水平和竖直方向的位移变化，无法反映管道的轴向变形。在实际应用中还发现，受管道热辐射影响管道周围冻土退化日益明显，受影响的冻土范围及深度不断增大，仅关注管道表面与临近管道的冻土温度变化并不能反映管道与冻土的相互作用，已不能满足实际监测需要。另外受冻土冻拔作用影响，钻孔保护管易被拔出地面，导致露出地表的部分温度传感链不再能够监测冻土温度，而地表以下温度传感器错位，监测数据不再是同一层土壤温度值。与此同时，随着运行年限增长，监测装置受冻土反复冻胀融沉影响出现不同程度损坏，却难以实现原位修复，重新安装不仅加大了监测成本，还导致新监测位置与原位置存在差异，监测数据不具有直接可比性。更重要的是，管道轴向应力是评价管道安全与否的最直接指标。现有通过测量管道局部位移，基于理论模型计算管道力学状态的方法虽然在一定程度上能够反映管道的受力特征，但该方法基于的假设条件与实际情况未必相符，且测量的位移存在误差，因此计算结果不能真实反映管道的受力状态，无法直接用于评价管道安全与否。

实用新型内容

为了解决现有监测技术中监测因素单一，不能有效反应管土相互作用，监测装置易受损且难于原位修复，监测指标不能直接用于评价管道安全与否的现状，本实用新型提供了一种可长期用于野外环境下监测管道本体应变与管道周围冻土温度的耦合监测预警装置，通过长期监测管道本体微观形变(应变)及管周更大范围土壤温度，关注冻土与管道的相互作用，准确掌握冻土冻胀融沉作用对管道力学性能的影响，以及管道正温输送时管周土壤的温度分布特征，并建立管道本质安全监测预警系统，实现监测数据自动采集、远程传输、自动分析与预报预警。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种冻土区埋地油气管道多场耦合监测预警装置，包括置于监测现场的多场耦合监测子单元与置于服务器端的监测预警子单元；