一种水封隧道油气管道变形监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种水封隧道油气管道变形监测系统，包括置于隧道内的管道变形监测子系统、隧道外数据采集与传输子系统、以及位于监测预警中心的监测预警子系统。管道变形监测子系统，包括管道宏观变形监测装置与管道微观变形监测装置。管道宏观变形监测装置设置在管道位移明显处，管道微观变形监测装置临近管道宏观变形监测装置安装，综合分析管道变形与受力状态。本实用新型专利技术以控制关键、危险部位为原则，合理布设监测截面，监测布局更为科学、合理，经济性突出，根据监测结果进行实时分析解算与预警信息发布，及时采取防范措施，有助于保障管道运营安全。此外本监测系统在安装时对管道运行工况无要求，无需降压，不影响油气管道正常运行。

【技术实现步骤摘要】
一种水封隧道油气管道变形监测系统
本技术涉及油气管道变形监测
，具体为一种水封隧道油气管道变形监测系统。
技术介绍
河流穿越是长输油气管道建设中的关键性工程。近些年，油气管道在穿越大中型河流时广泛采用盾构穿越方式敷设。隧道穿越分为水封隧道和非水封隧道两类，在封水性差、洞壁有明显渗水的隧道通常采用水封的方式。与埋地管道不同，隧道穿越段管道为适应隧道地形在结构设计上存在明显的上坡、下坡段，在转角处存在较大的弯头角度，而隧道内管道约束有限，弯头在内压作用下产生不均衡作用，易造成弯头变形，并可能引起邻近管卡破坏和较大的管道位移。特别是在水封隧道中，由于水深较深，水对管道的外压和浮力作用也将引起管道变形和位移。而水封隧道在通常情况下是注水密封运行的，人员无法进入隧道，只能通过定期检修查验管道状态。水封隧道检修前必须在抽水排干、充分通风之后人员才可进入受限空间开展管道安全检查，不仅工程量大，作业周期长，费用高，且检修前后水压和浮力变化也容易引起管道受力变化，可能威胁管道运行安全。从近些年几处水封隧道定期检查的结果来看，管道受弯矩、轴向拉力和外压共同作用，在隧道转弯处易产生较大的荷载组合，导致局部管道明显位移，原本用于固定管道的管卡严重变形，甚至管卡的锚固螺栓断裂，严重影响管道的正常运行。由于每次管道检修只能获取检查时刻管道的位移与变形状态，而运行过程中无法掌握管道的在位状态，特别是在隧道注水、抽水、调压、隧道位移等工况下，无法实时获取管道安全状况，存在较大不确定性和风险。一旦管道受力超过管道材料强度，则会引发管道泄漏、爆燃等事故，其风险隐患巨大。隧道内管道属于高风险管段，应重点关注。开展水封隧道油气管道实时监测，通过监控管道宏观变形与微观变形，可以掌握管道的在位状态与受力情况，当发现异常时及时发布预警信息，防范管道安全事故。
技术实现思路
为实现水封隧道内管道变形监测，本技术提供了一种水封环境下测量管道宏观变形与微观变形的监测系统，通过长期监测管道位移与管道应变，准确掌握水下管道的在位状态与受力情况，并根据监测结果开展水封隧道油气管道安全预警。为了解决上述技术问题，本技术提供如下技术方案：一种水封隧道油气管道变形监测系统，包括置于隧道内的管道变形监测子系统、置于隧道外的数据采集与传输子系统以及位于监测预警中心的监测预警子系统；所述管道变形监测子系统，包括管道宏观变形监测装置与管道微观变形监测装置；所述数据采集与传输子系统，包括光纤终端盒、光纤光栅解调仪、数据传输模块、避雷装置、供电装置，所述监测预警子系统，位于监测预警中心实体服务器或云服务器端，包括数据中心，用于接收监测数据与筛选数据，数据分析模块，用于开展管道位移分析与管道应变/应力分析，监测预警模块综合管道宏观位移变形与管道应力状态，并以管道本质安全监测预警为核心，根据计算得到的管道轴向附加拉、压应力最大值占轴向附加拉、压应力容许值的比例发布相应预警信息。上述水封隧道油气管道变形监测系统中，所述管道宏观变形监测装置包括特制不锈钢管箍、管箍固定螺栓、上调节板、光纤光栅位移计连接杆、光纤光栅位移计、下调节板、地面固定螺栓；所述特制不锈钢管箍分为两个半圆，通过管箍固定螺栓紧固于管道表面；为防止特制不锈钢管箍损伤管道及三层PE防腐层，在管道与不锈钢管箍之间安装6mm厚橡胶板；在靠近隧道台阶一侧，将上调节板通过管箍固定螺栓与特制不锈钢管箍连接；下调节板通过地面固定螺栓固定于隧道地面上，安装时确保上调节板和下调节板中心线在竖直方向重合；在上调节板和下调节板之间安装光纤光栅位移计，并将光栅位移计两端连接杆紧固于上调节板和下调节板的卡孔内。上述水封隧道油气管道变形监测系统中，所述管道微观变形监测装置，包括光纤光栅应变计、光纤光栅温度计、监测截面防护层、单芯铠装光缆、光缆保护管、隧道光缆、隧道光缆接续盒；光纤光栅应变计、光纤光栅温度计均安装在管道钢体表面，安装时需局部打开管道三层PE防腐层，使用点焊技术将光纤光栅应变计、光纤光栅温度计熔接在管道表面。上述水封隧道油气管道变形监测系统中，所述管道宏观变形监测装置引出光缆与邻近所述管道微观变形监测装置引出光缆在管道顶部串联后，使用2路单芯铠装光缆通过光缆接续盒将串联光缆的首尾两端与隧道光缆熔接，单芯铠装光缆外使用光缆保护管保护，并在光缆接续盒内灌入密封胶防止水渗入。上述水封隧道油气管道变形监测系统中，所述单芯铠装光缆接入隧道光缆时设计有备用通道，当所述管道宏观变形监测装置与所述管道微观变形监测装置组成的串联光缆出现某处故障时，可由一端正向测量部分传感器数据，由另一端反向测量剩余传感器数据，确保所有传感器数据正常读取。上述水封隧道油气管道变形监测系统中，所述数据采集与传输子系统中的光纤终端盒用于将隧道光缆中各路光缆分开，便于使用跳线与各路光缆连接，分别读取各路光缆的监测数据；光纤光栅解调仪通过跳线与各路光缆连接，定时向各路光缆发射单波长的激光，且发射的激光可在较大波段范围内变化，同时记录各路光缆中传感器的返回波长，并存储于光纤光栅解调仪内；数据传输模块用于将存储于光纤光栅解调仪内的监测数据传输至指定服务器端监测预警子系统数据中心；避雷装置用于防止野外空旷环境中一体化野外监测站遭受雷电影响致现场设备及线路损坏；供电装置用于为光栅解调仪、数据传输模块供电，确保设备24小时正常工作。与现有技术相比，本技术所达到的有益效果是：本技术选用的位移传感器与应变传感器均为无源传感器，且防水、耐水压，可用于水下长期监测，特别适用于水封隧道中油气管道宏观与微观变形监测，不会对水下管道产生不良影响，能够实现管道运行过程实时在线监测，且该系统同样适用于非水封隧道内管道变形监测，并且在不调整现有监测方式的情况下还可根据实际需要替换为振弦式传感器，适用范围更广。本技术以控制关键、危险部位为原则，合理布设监测截面，监测布局更为科学、合理，经济性突出。监测预警系统根据监测结果进行实时分析解算与预警信息发布，及时采取防范措施，有助于保障管道运营安全。此外本监测系统在安装时对管道运行工况无要求，无需降压，不影响油气管道正常运行。附图说明附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：图1是本技术的管道变形监测系统整体结构示意图。图2是本技术管道宏观变形监测装置示意图。图3为本技术管道微观变形监测装置示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例一为监测隧道穿越段，特别是水封隧道穿越段油气管道变形，本技术实施例提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水封隧道油气管道变形监测系统，其特征在于，包括置于隧道内的管道变形监测子系统、置于隧道外的数据采集与传输子系统以及位于监测预警中心的监测预警子系统；所述管道变形监测子系统包括管道宏观变形监测装置与管道微观变形监测装置；所述数据采集与传输子系统包括光纤终端盒、光纤光栅解调仪、数据传输模块、避雷装置、供电装置；所述监测预警子系统位于监测预警中心实体服务器或云服务器端，包括数据中心，用于接收监测数据与筛选数据；数据分析模块，用于开展管道位移分析与管道应变/应力分析；监测预警模块，用于综合管道宏观位移变形与管道应力状态，并以管道本质安全监测预警为核心，根据计算得到的管道轴向附加拉、压应力最大值占轴向附加拉、压应力容许值的比例发布相应预警信息；所述管道宏观变形监测装置包括特制不锈钢管箍、管箍固定螺栓、上调节板、光纤光栅位移计连接杆、光纤光栅位移计、下调节板、地面固定螺栓；所述特制不锈钢管箍分为两个半圆，通过管箍固定螺栓紧固于管道表面；为防止特制不锈钢管箍损伤管道及三层PE防腐层，在管道与不锈钢管箍之间安装6mm厚橡胶板；在靠近隧道台阶一侧，将上调节板通过管箍固定螺栓与特制不锈钢管箍连接；下调节板通过地面固定螺栓固定于隧道地面上，安装时确保上调节板和下调节板中心线在竖直方向重合；在上调节板和下调节板之间安装光纤光栅位移计，并将光栅位移计两端连接杆紧固于上调节板和下调节板的卡孔内；所述管道微观变形监测装置，包括光纤光栅应变计、光纤光栅温度计、监测截面防护层、单芯铠装光缆、光缆保护管、隧道光缆、隧道光缆接续盒；光纤光栅应变计、光纤光栅温度计均安装在管道钢体表面，安装时需局部打开管道三层PE防腐层，使用点焊技术将光纤光栅应变计、光纤光栅温度计熔接在管道表面；所述管道宏观变形监测装置引出光缆与邻近所述管道微观变形监测装置引出光缆在管道顶部串联后，使用2路单芯铠装光缆通过光缆接续盒将串联光缆的首尾两端与隧道光缆熔接，单芯铠装光缆外使用光缆保护管保护，并在光缆接续盒内灌入密封胶防止水渗入；所述单芯铠装光缆接入隧道光缆时设计有备用通道，当所述管道宏观变形监测装置与所述管道微观变形监测装置组成的串联光缆出现某处故障时，可由一端正向测量部分传感器数据，由另一端反向测量剩余传感器数据，确保所有传感器数据正常读取；所述数据采集与传输子系统中的光纤终端盒，用于将隧道光缆中各路光缆分开，便于使用跳线与各路光缆连接，分别读取各路光缆的监测数据；光纤光栅解调仪通过跳线与各路光缆连接，定时向各路光缆发射单波长的激光，且发射的激光可在较大波段范围内变化，同时记录各路光缆中传感器的返回波长，并存储于光纤光栅解调仪内；数据传输模块，用于将存储于光纤光栅解调仪内的监测数据传输至指定服务器端监测预警子系统数据中心；避雷装置，用于防止野外空旷环境中一体化野外监测站遭受雷电影响致现场设备及线路损坏；供电装置，用于为光栅解调仪、数据传输模块供电，确保设备24小时正常工作。/n...

【技术特征摘要】
1.一种水封隧道油气管道变形监测系统，其特征在于，包括置于隧道内的管道变形监测子系统、置于隧道外的数据采集与传输子系统以及位于监测预警中心的监测预警子系统；所述管道变形监测子系统包括管道宏观变形监测装置与管道微观变形监测装置；所述数据采集与传输子系统包括光纤终端盒、光纤光栅解调仪、数据传输模块、避雷装置、供电装置；所述监测预警子系统位于监测预警中心实体服务器或云服务器端，包括数据中心，用于接收监测数据与筛选数据；数据分析模块，用于开展管道位移分析与管道应变/应力分析；监测预警模块，用于综合管道宏观位移变形与管道应力状态，并以管道本质安全监测预警为核心，根据计算得到的管道轴向附加拉、压应力最大值占轴向附加拉、压应力容许值的比例发布相应预警信息；所述管道宏观变形监测装置包括特制不锈钢管箍、管箍固定螺栓、上调节板、光纤光栅位移计连接杆、光纤光栅位移计、下调节板、地面固定螺栓；所述特制不锈钢管箍分为两个半圆，通过管箍固定螺栓紧固于管道表面；为防止特制不锈钢管箍损伤管道及三层PE防腐层，在管道与不锈钢管箍之间安装6mm厚橡胶板；在靠近隧道台阶一侧，将上调节板通过管箍固定螺栓与特制不锈钢管箍连接；下调节板通过地面固定螺栓固定于隧道地面上，安装时确保上调节板和下调节板中心线在竖直方向重合；在上调节板和下调节板之间安装光纤光栅位移计，并将光栅位移计两端连接杆紧固于上调节板和下调节板的卡孔内；所述管道微观变形监测装置，包括光纤光栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：席莎，张自强，田得雨，孙建伟，吴夏，李晓镓，魏东，黄建忠，谷四平，
申请(专利权)人：北京科力华安地质灾害监测技术有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11