基于温压协同的机械复合管紧密度辅助测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于温压协同的机械复合管紧密度辅助测试系统及方法，系统包括夹持系统、压力控制系统、轴向形变测量系统、温度控制系统和应变检测系统。与现有技术相比，本发明专利技术的积极效果是：本发明专利技术根据机械复合管在运状态下的内压、温差参数，通过轴向形变控制系统限制管道轴向变形，模拟约束状态，通过加压系统和升温系统模拟内压和运行温差对基管、内衬应变的影响，并通过应变检测系统实现管道在运行全周期的内衬和基管各向应变变化记录，为后续分析管道紧密度提供重要参数，实现了机械复合管全周期紧密度性能的测试模拟。

An assistant testing system and method of mechanical composite tube's density based on temperature pressure cooperation

【技术实现步骤摘要】
基于温压协同的机械复合管紧密度辅助测试系统及方法
本专利技术涉及一种基于温压协同的机械复合管紧密度辅助测试系统及方法。
技术介绍
随着气田开发技术不断发展，高含硫化氢、氯离子等腐蚀性介质的区块日益增多，管道选材成为热点。在管材满足抗腐蚀性、抗HIC、抗SSC等性能后，管材的经济性是影响工程投资的关键。复合管通过碳钢材料作为基管(外管)，内衬或衬里采用抗腐蚀材料的形式，起到了同纯材管道相似的作用，且焊接技术达到要求。复合管分为冶金复合管和机械复合管，前者是通过基管与内覆钢管以冶金贴合的形式进行连接，后者是通过基管与衬里钢管以机械贴合的形式进行连接。前者造价较高，但具有良好的贴合性；后者具有经济优势，但存在运行中基管与衬里紧密度降低的可能。由此可见，运行中材料的紧密度问题是影响机械复合管质量的关键，模拟测试投运后机械复合管的贴合性能对管道安全运行具有较为重要的意义。目前，针对机械复合管紧密度问题的研究较少，工厂测试仅对成型后的机械复合管开展无约束状态的紧密度测试分析。在长距离机械复合管运行中，管道将存在基于内压、温差等协同作用的应力环境，且在管土相互作用的情况下，管道可能发生虚拟锚固，这将进一步放大内压、温差等因素对管道紧密度的影响。然而，针对这一问题，目前鲜有测试模拟系统予以关注和分析，这将导致出厂后并投入使用的机械复合管，其在实际运行工况下的紧密度无法进行提前预测和分析，不利于对安装和运行指导，亦不利于进一步推进机械复合管稳定性保障技术的研究。为此，有必要开展基于内压、热膨胀协同作用测试模拟系统研究，以在投运前先期模拟机械复合管在内压和温差协同作用下的全生命周期紧密度关键表征参数。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点，本专利技术提供了一种基于温压协同的机械复合管紧密度辅助测试系统及方法，旨在进一步推动机械复合管应用技术发展，保障运行安全。本专利技术基于机械复合管在运过程的压力、温度特点以及埋设后“虚拟锚固”特性，借助应变测试系统开展室内压力-温度协同作用下的机械复合管紧密度参数检测，可直接有效获取投产、在运和停运状态下的内衬与基管应变参数，并推算内衬与基管紧密度性能，实现机械复合管投运后的紧密度先期预测，并为生产制造的原始紧密度性能控制提供反馈。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于温压协同的机械复合管紧密度辅助测试系统，包括夹持系统、压力控制系统、轴向形变测量系统、温度控制系统和应变检测系统，其中：所述夹持系统包括分别位于管道两端的第一固定支台和第二固定支台，所述第一固定支台依次与液压系统、推力杆和第一封堵头连接，所述第二固定支台与第二封堵头连接；所述压力控制系统包括预埋于第一封堵头内的压力控制管道，以及安装在压力控制管道引出管上的压力变送器；所述轴向形变测量系统包括安装于管道外表面的轴向应变片和设置在管道外侧的激光定位点；所述温度控制系统包括设置在管道外部的水浴控温槽；所述应变检测系统包括安装于管道基管外侧和内衬里侧的应变花，安装在基管外侧的应变花与数据采集系统连接，安装在内衬里侧的应变花通过电-信转换密封块和预埋线缆与数据采集系统连接。本专利技术还提供了一种基于温压协同的机械复合管紧密度辅助测试方法，包括如下步骤：步骤一、在测试前，保持推力杆处于最小运行点，预留空间供机械复合管的安装；通过吊机将机械复合管安装至恒温水浴槽，向恒温水浴槽内注入水，温度控制为模拟安装温度；步骤二、在机械复合管外表面贴上轴向应变片，并设置激光定位点，进行安装温度下的管道轴向位移初始状态记录，分别提供应变校准和激光点位校准两种比对方式，同时，在机械复合管外侧和内侧安装应变花；步骤三、利用液压系统和推力杆带动第一封堵头，轴向推动管道至贴紧第二封堵头，并利用第一封堵头提供初始封堵力，通过应变花记录运行前管道基管、内衬应变值；步骤四、启动升温升压程序，利用压力控制通道向管道内注入升压水，利用恒温水浴槽提供模拟运行温度；管道在升温和升压后，轴向发生膨胀，通过步骤二设置的轴向位移检测系统向液压系统反馈，并由液压系统输出推力，通过推力杆施加于管道轴向，直至轴向位移检测系统停止输出位移补偿信号，通过应变花记录运行中管道基管、内衬应变值；步骤五、在运行结束后，释放管道内压，降低恒温水浴槽的温度至模拟安装温度，直接释放液压系统，使管道处于无轴向外荷载的状态，通过应变花记录运行后管道基管、内衬应变值。与现有技术相比，本专利技术的积极效果是：本专利技术根据机械复合管在运状态下的内压、温差参数，通过轴向形变控制系统限制管道轴向变形，模拟约束状态，通过加压系统和升温系统模拟内压和运行温差对基管、内衬应变的影响，并通过应变检测系统实现管道在运行全周期的内衬和基管各向应变变化记录，为后续分析管道紧密度提供重要参数，实现了机械复合管全周期紧密度性能的测试模拟。具体表现为：(1)设置科学本系统根据机械复合管投运后的运行情况，利用轴向形变控制系统模拟管道在运后的虚拟锚固状态；重点考虑内压、温差等因素对机械复合管内衬与基管紧密度的影响，利用模拟测试平台对投运后的环境状态进行模拟，获取内衬、基管在各种工况下的应变变化参数，用于全面模拟机械复合管投运后紧密度性能评估，反向指导生产制造。(2)经济合理本系统原理清晰，可基于工厂中常见的水压试验平台改造而成；通过单根管道即可实现内压、温差对管道性能模拟，避免采取破坏性的试验方式测试机械复合管内衬与基管紧密度。(3)推动技术发展目前机械复合管的制造标准相对成熟，但运行过程中的性能保证尚无专门规范进行要求，本模拟系统基于该缺陷，通过工厂平台对在运工况下的管道内衬和基管性能进行测试，获取紧密度在全生命周期的变化规律，反向支撑制造技术的优化和发展，不仅弥补了相关技术空白，亦推动了相关技术发展。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为本专利技术的一种基于温压协同的机械复合管紧密度辅助测试系统的示意图。具体实施方式一种基于温压协同的机械复合管紧密度辅助测试系统，如图1所示，主要包括：固定支台1-1/1-2、液压系统2、推力杆3、封堵头4-1/4-2、压力控制管道5、压力变送器6、机械复合管7、水浴控温槽8、轴向应变片9、激光定位点10、应变花11、系统支撑12、电-信转换密封块13、预埋线缆14等。其中，固定支台1、液压系统2、推力杆3、封堵头4组成夹持系统，用于对管道两端进行封堵，提供密闭升压空间，亦为轴向形变控制系统提供附加顶推力。具体地，固定支台为2套(1-1和1-2)，分别位于管道的两端，其中固定支台1-1连接液压系统2，固定支台1-2直接连接封堵头4-2。固定支台为钢制结构，用于提供本测试系统的两端轴向固定支撑。液压系统2用于提供管道就位后的夹持动力，同时提供因管道加热后所需限制轴向膨胀的补偿顶推力。液压系统2仅配置于单侧，连接单侧的固定支台1-1，最大荷载不低于限制管道轴向约束所需荷载的5倍。推力杆3为高强度不锈本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于温压协同的机械复合管紧密度辅助测试系统，其特征在于：包括夹持系统、压力控制系统、轴向形变测量系统、温度控制系统和应变检测系统，其中：/n所述夹持系统包括分别位于管道两端的第一固定支台和第二固定支台，所述第一固定支台依次与液压系统、推力杆和第一封堵头连接，所述第二固定支台与第二封堵头连接；/n所述压力控制系统包括预埋于第一封堵头内的压力控制管道，以及安装在压力控制管道引出管上的压力变送器；/n所述轴向形变测量系统包括安装于管道外表面的轴向应变片和设置在管道外侧的激光定位点；/n所述温度控制系统包括设置在管道外部的水浴控温槽；/n所述应变检测系统包括安装于管道基管外侧和内衬里侧的应变花，安装在基管外侧的应变花与数据采集系统连接，安装在内衬里侧的应变花通过电-信转换密封块和预埋线缆与数据采集系统连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于温压协同的机械复合管紧密度辅助测试系统，其特征在于：包括夹持系统、压力控制系统、轴向形变测量系统、温度控制系统和应变检测系统，其中：
所述夹持系统包括分别位于管道两端的第一固定支台和第二固定支台，所述第一固定支台依次与液压系统、推力杆和第一封堵头连接，所述第二固定支台与第二封堵头连接；
所述压力控制系统包括预埋于第一封堵头内的压力控制管道，以及安装在压力控制管道引出管上的压力变送器；
所述轴向形变测量系统包括安装于管道外表面的轴向应变片和设置在管道外侧的激光定位点；
所述温度控制系统包括设置在管道外部的水浴控温槽；
所述应变检测系统包括安装于管道基管外侧和内衬里侧的应变花，安装在基管外侧的应变花与数据采集系统连接，安装在内衬里侧的应变花通过电-信转换密封块和预埋线缆与数据采集系统连接。


2.根据权利要求1所述的基于温压协同的机械复合管紧密度辅助测试系统，其特征在于：所述固定支台为钢制结构；所述液压系统最大荷载不低于限制管道轴向约束所需荷载的5倍，所述推力杆为高强度不锈钢材质，有效行程不小于0.3m，有效轴向承载力不低于管道轴向约束力的3倍；所述推力杆与第一封堵头连接处采用补强措施；所述封堵头为钢制圆盘，厚度不低于0.1m，在封堵头面向管道一侧设置凹槽，并铺垫橡胶，所述凹槽深度不小于0.03m。


3.根据权利要求1所述的基于温压协同的机械复合管紧密度辅助测试系统，其特征在于：所述压力控制管道为不锈钢管道，管径为DN15，在第一封堵头的非管道接触侧引出，用于连接水压供应系统。


4.根据权利要求1所述的基于温压协同的机械复合管紧密度辅助测试系统，其特征在于：所述激光定位点包括管道外贴的对准标牌和激光对准仪，所述对准标牌为带有“十”字型的铁片，其水平高度与激光对准仪平齐。


5.根据权利要求1所述的基于温压协同的机械复合管紧密度辅助测试系统，其特征在于：所述水浴控温槽为恒温水浴槽，呈长方体，顶面为敞口面，设置不锈钢盖板；底部设置连续导向支撑，供管道呈架空在位状态，且保持管道轴向平直度。


6.根据权利要求1所述的基于温压协同的机械复合管紧密度...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊文，杨春雪，李科，商向东，张恩俭，李天雷，陈玉海，施岱艳，汤晓勇，陆超，高飞，汪辉，石全喜，张雪生，黄永勃，
申请(专利权)人：中国石油工程建设有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51