[发明专利]一种油气管道轴向应变智能化监测装置与方法

说明书

本发明涉及一种油气管道轴向应变智能化监测装置与方法，装置包括：综合监测桩、应变监测传感器组和远程终端。通过应变监测传感器组采集传感器组所在轴向截面的轴向应变数据；各应变监测传感器组包括N支轴向应变传感器，各轴向应变传感器沿油气管道截面圆周依次布置；N大于等于4；通过综合监测桩获取应变监测传感器组采集的轴向应变数据并传输给远程终端；远程终端对接收到的轴向应变数据进行处理，以对油气管道轴向应变进行实时监测。通过设置N支传感器，确保部分传感器出现故障时，该装置仍然能够实现轴向应变监测，提高了装置运行的稳定性，且多支传感器包含的信息更丰富，监测更准确。

技术领域

本发明涉及油气管道应力应变监测技术领域，特别是涉及一种油气管道轴向应变智能化监测装置与方法。

背景技术

长输管道的安全运行需要管体在工作载荷和周围环境变化(包括可能的地质灾害在内)引发的各种附加载荷作用下满足强度要求，并且不发生屈曲、整体失稳和断裂等失效行为。近年来，为实现地埋管道安全的实时监测，各种传感技术、测试设备和计算机软硬件系统不断发展；目前管道应变监测仍是管道安全监测中普遍采用的监测技术。通过对管道进行实时或定期应变监测，能够掌握管道工作状态的变化，进而评估管道强度、损伤累积和可靠性，为管道运维提供科学依据。

现有技术中，已有：中国专利CN201922399768.1公开了一种基于传感器的管道应变监测系统，其中包括均匀敷设安装在待测管周的三支振弦式应变计，通过焊接固定在管道圆周的0点、4点及8点钟方向；中国专利CN201220257107.0公开了一种长输油气管道应力应变监测装置，其中包括安装在长输油气管道外表面的三支光纤光栅传感器，通过焊接或者磁吸附方式成品字形(即管周0点、3点、9点钟方向)安装固定在管道外表面上部。

上述提及专利及相关类似专利技术中公开的有关于油气管道应变监测装置均为在管周横截面安装3支轴向应变传感器；此种情况下，对于短期的安全监测而言其问题并不突著，但经长期实际应用中仍存在以下三方面的问题。

1)随着传感器运行年限的增加，其受外部环境或自身因素的影响，传感器发生故障的可能性增高。由于我国长输管道一般埋地敷设且因为安全原因要求人工开挖，若传感器发生故障，重新开挖更换传感器将产生较高的经济特别是人工成本。并且传感器出现故障与新传感器安装存在时间差，该段时间内管道应力数据间断，为新传感器安装后的数据接续和管道安全评价带来不确定性。

2)管道变形符合欧拉-伯努利梁的平截面假定，依据该假定，已知沿圆周三处点位的轴向应变，可唯一确定管道轴向应变和应力沿管道圆周分布，并唯一确定管道受力状态。传感器安装后由于施工对管道和传感器的扰动作用，传感器需要一段才能达到稳定状态。当3支传感器数据稳定时开始监测，并将此时数据做为初始值，在后期将传感器数据与初始值对比，得到监测管道应变和应力变化。但是当管道沿圆周布设3支传感器时，从理论上无法判断选取的初始值是否达到稳定态，为后期管道监测数据带来系统误差。虽然经验性地选取初始值可降低初始值对后期数据的影响，但对数据分析人员的经验提出较高要求，也难以有效验证初始值是否为真实的稳定态。

3)长输管道服役期达到数十年，且外部风险对管道的影响周期也可达到十年或更久的时间尺度，因此长期服役后的传感器数据可靠性一直是行业关注的重点问题。当前判断传感器长期可靠性的方法包括：①选取长期可靠性经过工程验证的传感器；②严格规范传感器的安装工艺；③观察历史数据趋势，并与现场调查结果比对，以更具经验的数据分析师分析数据。通过以上途径可改善并评估传感器的长期可靠性，但是以上方法存在无法在监测预警系统中自动量化评估监测数据的长期可靠性。

基于对以上问题的深入认识，提出本发明内容，从技术上更好地解决以上三方面问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种油气管道轴向应变智能化监测装置与方法，能够确保管道长期运行监测中不会因传感器故障失效而导致无法获取监测数据的问题，同时多支传感器的加入带来更多有效信息，能够提高油气管道轴向应变数据监测的准确性。