一种油气管道轴向应变智能化监测装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。准确。准确。

【技术实现步骤摘要】
一种油气管道轴向应变智能化监测装置与方法


[0001]本专利技术涉及油气管道应力应变监测
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]基于对以上问题的深入认识，提出本
技术实现思路
，从技术上更好地解决以上三方面问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术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。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0011]本专利技术提供了一种油气管道轴向应变智能化监测装置，所述装置包括：多支应变监测传感器组、综合监测桩和远程终端；
[0012]所述应变监测传感器组，用于采集所在轴向截面的轴向应变数据；每个应变监测传感器组包括N支轴向应变传感器，各所述轴向应变传感器沿油气管道的截面圆周上依次布置；N大于等于4；
[0013]所述综合监测桩，与各所述应变监测传感器组连接，用于接收所述应变监测传感器组采集的轴向应变数据，并将所述轴向应变数据传输给远程终端；
[0014]远程终端，与所述综合监测桩无线连接，用于对接收到的所述轴向应变数据进行处理，以对所述油气管道轴向应变进行实时监测。
[0015]可选地，所述综合监测桩包括：
[0016]数据获取模块，通过连接管与所述轴向应变传感器的引出线缆电连接，用于获取所述轴向应变传感器采集的轴向应变数据；
[0017]无线传输模块，与所述数据获取模块和所述远程终端连接，用于将所述轴向应变数据无线传输至所述远程终端。
[0018]可选地，所述综合监测桩还包括：蓄电池、太阳能板、太阳能控制器、集成板和综合监测桩外壳；
[0019]所述蓄电池，与所述太阳能控制器连接，用于通过所述太阳能控制器为所述数据获取模块、所述无线传输模块供电；
[0020]所述太阳能板，与所述太阳能控制器连接，用于将太阳能转化成电能，通过所述太阳能控制器为所述数据获取模块和所述无线传输模块供电，并为所述蓄电池充电；
[0021]所述太阳能控制器，分别与所述数据获取模块和所述无线传输模块连接，用于控制所述太阳能板为所述数据获取模块和所述无线传输模块供电，并控制所述太阳能板为所述蓄电池充电；
[0022]所述集成板，所述无线传输模块、所述数据获取模块、所述太阳能控制器和所述蓄电池集中排布于所述集成板上；
[0023]所述综合监测桩外壳，用于容纳所述无线传输模块、所述数据获取模块、所述太阳能控制器、所述蓄电池和所述集成板，所述集成板经防水处理后嵌入在综合监测箱外壳的背板上。
[0024]可选地，所述综合监测桩还包括：
[0025]避雷针、接地线和接地体；所述接地线连接所述避雷针和所述接地体。
[0026]为实现上述目的，本专利技术还提供了一种油气管道轴向应变智能化监测方法，所述方法基于所述油气管道轴向应变智能化监测装置，包括：
[0027]S1：获取待测截面上N支轴向应变传感器实时采集的油气管道截面的轴向应变数据和各所述轴向应变传感器的安装角度；根据各所述轴向应变传感器的安装角度和N组轴向应变数据，确定待测截面应变分量和待测截面最优应变分量；N大于等于4；所述安装角度为轴向应变传感器与截面圆心的连线与零点方向的夹角；所述零点方向为经过轴向应变传感器所在截面的圆心且垂直油气管道轴向的方向；所述截面应变分量包括：轴向平均拉压应变、水平弯曲应变和竖向弯曲应变；所述截面最优应变分量包括：最优轴向平均拉压应变、最优水平弯曲应变和最优竖向弯曲应变；
[0028]S2：根据所述待测截面应变分量，确定待测截面轴向应变初始值；
[0029]S3：根据所述待测截面最优应变分量，确定不同时刻待测截面圆周上任意一点处的轴向应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种油气管道轴向应变智能化监测装置，其特征在于，所述装置包括：多个应变监测传感器组、综合监测桩和远程终端；所述应变监测传感器组，用于采集所在轴向截面的轴向应变数据；每个应变监测传感器组包括N支轴向应变传感器，各所述轴向应变传感器沿油气管道的截面圆周上依次布置；N大于等于4；所述综合监测桩，与各所述应变监测传感器组连接，用于接收所述应变监测传感器组采集的轴向应变数据，并将所述轴向应变数据传输给远程终端；远程终端，与所述综合监测桩无线连接，用于对接收到的所述轴向应变数据进行处理，以对所述油气管道轴向应变进行实时监测。2.根据权利要求1所述的油气管道轴向应变智能化监测装置，其特征在于，所述综合监测桩包括：数据获取模块，通过连接管与所述轴向应变传感器的引出线缆电连接，用于获取所述轴向应变传感器采集的轴向应变数据；无线传输模块，与所述数据获取模块和所述远程终端连接，用于将所述轴向应变数据无线传输至所述远程终端。3.根据权利要求2所述的油气管道轴向应变智能化监测装置，其特征在于，所述综合监测桩还包括：蓄电池、太阳能板、太阳能控制器、集成板和综合监测桩外壳；所述蓄电池，与所述太阳能控制器连接，用于通过所述太阳能控制器为所述数据获取模块、所述无线传输模块供电；所述太阳能板，与所述太阳能控制器连接，用于将太阳能转化成电能，通过所述太阳能控制器为所述数据获取模块和所述无线传输模块供电，并为所述蓄电池充电；所述太阳能控制器，分别与所述数据获取模块和所述无线传输模块连接，用于控制所述太阳能板为所述数据获取模块和所述无线传输模块供电，并控制所述太阳能板为所述蓄电池充电；所述集成板，所述无线传输模块、所述数据获取模块、所述太阳能控制器和所述蓄电池集中排布于所述集成板上；所述综合监测桩外壳，用于容纳所述无线传输模块、所述数据获取模块、所述太阳能控制器、所述蓄电池和所述集成板，所述集成板经防水处理后嵌入在综合监测箱外壳的背板上。4.根据权利要求3所述的油气管道轴向应变智能化监测装置，其特征在于，所述综合监测桩还包括：避雷针、接地线和接地体；所述接地线连接所述避雷针和所述接地体。5.一种油气管道轴向应变智能化监测方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1
‑
4任一项所述的油气管道轴向应变智能化监测装置，包括：S1：获取待测截面上N支轴向应变传感器实时采集的油气管道截面的轴向应变数据和各所述轴向应变传感器的安装角度；根据各所述轴向应变传感器的安装角度和N组轴向应变数据，确定待测截面应变分量和待测截面最优应变分量；N大于等于4；所述安装角度为轴向应变传感器与截面圆心的连线与零点方向的夹角；所述零点方向为经过轴向应变传感器所在截面的圆心且垂直油气管道轴向的方向；所述截面应变分量包括：轴向平均拉压应变、
水平弯曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：许雷阁，席莎，张自强，杨璐，郭晓栋，田得雨，黄建忠，魏东，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：发明
国别省市：