基于分布式光纤的子弹罐应变和温度智能监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于分布式光纤的子弹罐应变和温度智能监测系统及方法，通过在子弹罐体表面布设分布式应变、温度光缆，在子弹罐体下方土层中布置压力计，进而实现对子弹罐体表面及周围状态进行监测，检测数据通过采集器汇总后传递至现场控制系统，现场控制系统还分别与数值模拟系统以及中控显示屏进行数据通信。数值模拟系统利用有限元软件对子弹罐体与下方土层进行模拟仿真，确定相应的温度和应力变化范围，传输给现场控制系统，基于此与检测数据进行对比，实现监测预警，同时构建出子弹罐体表面状态的云图，精确定位发生状况的区域，有效解决现有监测方法无法对罐体本身安全隐患进行预防的问题。隐患进行预防的问题。隐患进行预防的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式光纤的子弹罐应变和温度智能监测系统及方法


[0001]本专利技术属于子弹罐应变和温度监测
，尤其涉及一种基于分布式光纤的子弹罐应变和温度智能监测系统及方法。

技术介绍

[0002]子弹罐指的是卧式覆土LPG压力储罐，用来存储液化石油气，目前子弹罐在国外应用比较广泛，国内还处在推广阶段，主要用来替代球罐，提高本质安全性。
[0003]子弹罐是直接坐落在沙床基础上的，罐体表面都用土覆盖，只有沉降监测板、气室、工艺管接口等设施预留在土外，无法从上述设施的状态准确观察到子弹罐的整个运行状态。常见液化烃储存容器“多米诺”事故的主要诱因是爆炸碎片，因此，为了保证相邻的子弹罐不遭到破坏，通常将罐体表面的覆土厚度控制在半米以上，这就无法通过常规方法观察、监测罐体表面的情况，不能对罐体本身的安全隐患进行预防。况且，采用传统方法（沉降监测板）观察子弹罐体沉降，也是粗略地观察，无法做到精确、整体监测。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种基于分布式光纤的子弹罐应变和温度智能监测系统及方法，通过分布式应变、温度光缆和土压力计对子弹罐体表面及周围状态进行监测，构建出子弹罐体表面状态的云图，精确定位发生状况的区域，实时预警，有效解决现有监测方法无法对罐体本身安全隐患进行预防的问题。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种基于分布式光纤的子弹罐应变和温度智能监测方法，包括如下步骤：步骤1：利用数值模拟系统在有限元软件中建立子弹罐体与下方土层1：1仿真模型，并进行不同工况条件下的模拟，确定温度、应力和应变变化范围，作为现场控制系统监测的初始范围；步骤2：从子弹罐体的封头处开始，呈“米”字型布设分布式应变光缆和分布式温度光缆；在子弹罐体落位位置正下方的20~80cm深度布设多个土压力计，再将完成光缆布设的子弹罐体落位到沙床基础上；步骤3：分布式温度光缆采集温度数据汇集到温度采集器，分布式应变光缆采集应力应变数据汇集到应变采集器，土压力计采集土压力基础值汇集到土压力采集器；各采集器的数据均传输至现场控制系统中进行比对分析，判断是否在初始范围内；不在初始范围内，则调整现场控制系统的初始范围，修正数值模拟系统的模拟模块；同时，各采集器采集的相关数据均传输到中控显示屏上显示；步骤4：对子弹罐体进行水压试验，根据应变采集器以及土压力采集器采集的数据，现场控制系统进一步对应变监测范围进行细化修正；同时对子弹罐体内的水温数据与温度采集器采集到的数据进行比对，获取子弹罐内外的温度差，作为后续其他试验的修正值；
步骤5：对子弹罐体进行充装试验，通过分布式温度光缆监测子弹罐体表面温度，并与充装速度建立联系，通过分布式应变光缆监测子弹罐体表面应变情况，并与充装量建立联系，进而建立应变情况的温度补偿关系；步骤6：进行子弹罐体渗漏模拟试验，在卸料时将阀门控制到最小开合度，观察温度采集器的温度变化情况和应变采集器的应变变化情况；温度采集器和应变采集器的数据未发生变化时，则调整对应采集器的精度，同时调整现场控制系统在渗漏情况下的控制精度；步骤7：开启现场控制系统的智能识别模式，进行智能监测工作；首先控制各采集器进行试采集，将采集到的数据与现场控制系统内部存储的数据范围进行比对，选择最接近的作为数据采集条件，并向各采集器发出调整为当前条件下采集精度的指令；同时，数值模拟系统根据现场控制系统选取的条件进行对应调整；调整后的数值模拟系统根据现场控制系统传输的数据形成温度和应变云图，现场控制系统将各项监测数据以及云图数据传输至中控显示屏上显示；现场控制系统将采集到的数据与内部存储的初始范围进行实时比对，当检测数据超出范围时，向中控显示屏传递警告信息；针对出现渗漏的情况，利用如下公式对渗漏位置进行定位：其中，表示温度；表示分布式温度光缆位置的环境温度；表示子弹罐体的半径；表示土体的热扩散系数；表示罐体的热扩散系数；表示相邻分布式温度光缆的径向距离；表示渗漏点到分布式温度光缆测量点的最短距离或分布式温度光缆测量点到罐体内部的距离。
[0007]进一步地，所述步骤7中，首先通过收集分布式温度光缆采集的数据确定最低温度点的位置，模糊确定渗漏点大概位置；然后通过数值模拟系统对最低温度点上下两个测量点的温度值进行比较，选择更接近最低温度的次低温度进行计算，获取最低温度和次低温度的比值关系；最后，根据温度与距离的公式，通过已知的最低温度点与次低温度点间距离和最低温度与次低温度的比值，即可算出渗漏点与最低温度点的距离，从而确定渗漏点的准确位置。
[0008]进一步地，所述步骤5中，根据公式、以及测得的温度值与当前温度下的应变数据，计算出实际应变值，从而建立应变与温度的补偿关系，进而对现场控制系统的监测范围进行针对性地调整，数值模拟系统也随之更新；式中，表示应变偏差，表示罐体的热膨胀系数，表示分布式应变光缆的热膨胀系数，表示温度变化值，表示分布式应变光缆的温度
‑
应变系数，表示分布式应变光缆的灵敏系数，表示实际应变值，表示测量得到的应变值。
[0009]进一步地，所述步骤2中，布设光缆时，首先利用毛刷在光缆布设路径上涂刷一层
环氧树脂底胶粘结剂，以提高光缆粘合度，然后在底胶区域平直布设光缆，避免光缆弯曲，布设完成后，在光缆上部再刷一层面胶粘结剂，使得光缆与子弹罐体充分贴合；待面胶粘结剂固化强度达到50%以上后，在其表面粘贴一层铝箔，防止后期焊渣灼损；对于光缆引线部位，利用钢丝软管保护，防止引线光缆在出线处受到破坏；光缆布设完成后，利用激光发射器检验所布设的分布式应变光缆和分布式温度光缆是否导通；如不通，需要先通过分布式光纤采集器寻找光纤断点（一根光纤上断点不宜超过5个，否则会影响测量数据质量），并去除断点处光纤表面的胶水，再对断点处进行熔接，接着涂抹胶水，最后做好相关防护。
[0010]进一步地，所述步骤2中，布设土压力计时，首先对沙床基础进行开槽，并将土压力计固定在龙骨架上，然后将各个土压力计（需要注意：中心波长段的土压力计只能布设一个，以免造成数据干扰）串联熔接，引线固定在龙骨架上，接着将已固定多个土压力计的龙骨架放置到沙床基础中，并将土压力计另一端连接引线引至地表构成回路；最后使用土压力采集器检验土压力计的状态是否完好，确认完好后进行回填，回填结束后对外露的引线进行保护。
[0011]进一步地，所述步骤6中，采集器开启内置的测量信号放大器，将放大后的数据传输给现场控制系统，现场控制系统调用数值模拟系统中泄露模拟的数据范围放大同样倍数后进行比较控制。
[0012]进一步地，所述步骤7中，对于其他未试验或未模拟的工况条件，现场控制系统进行数据收集并发送给数值模拟系统，数值模拟系统依据现有数据进行模拟，并给出该工况条件下子弹罐体的温度和应变数据范围，反馈给现场控制系统，至此，现场控制系统建立一个新的工况条件监测模式；针对部分光缆出现破坏的情况，分布式应变、温度光缆自动从“回路式”切换到“单向式”，继续进行温度和应变数据的采集。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于分布式光纤的子弹罐应变和温度智能监测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：利用数值模拟系统（10）在有限元软件中建立子弹罐体（1）与下方沙床基础（11）的1：1仿真模型，并进行不同工况条件下的模拟，确定温度、应力和应变变化范围，作为现场控制系统（8）监测的初始范围；步骤2：从子弹罐体（1）的封头处开始，呈“米”字型布设分布式应变光缆（2）和分布式温度光缆（3）；在子弹罐体（1）落位位置正下方沙床基础（11）中布设多个土压力计（4）；再将完成光缆布设的子弹罐体（1）落位到沙床基础（11）上；步骤3：分布式温度光缆（3）采集温度数据汇集到温度采集器（5），分布式应变光缆（2）采集应变数据汇集到应变采集器（6），土压力计（4）采集土压力基础值汇集到土压力采集器（7），同时对各采集器的精度进行修正校准；各采集器的数据均传输至现场控制系统（8）中进行比对分析，判断是否在初始范围内，在初始范围内则进入步骤4，否则调整现场控制系统（8）的初始范围，修正数值模拟系统（10）的模拟模块；步骤4：对子弹罐体（1）进行水压试验，根据应变采集器（6）以及土压力采集器（7）采集的数据，现场控制系统（8）进一步对应变监测范围进行细化修正，同时比对获取子弹罐体（1）罐内外温度差，作为后续其他试验的修正值；步骤5：对子弹罐体（1）进行充装试验，通过分布式温度光缆（3）监测子弹罐体（1）表面温度数据，并与充装速度建立联系，通过分布式应变光缆（2）监测子弹罐体（1）表面应变情况，并与充装量建立联系，进而建立应变情况的温度补偿关系；步骤6：对子弹罐体（1）进行渗漏模拟试验，观察温度采集器（5）和应变采集器（6）的变化情况，据此调整采集器的精度，同时调整现场控制系统（8）的控制精度；步骤7：开启现场控制系统（8）的智能识别模式，进行智能监测工作；首先控制各采集器进行试采集，将采集到的数据与现场控制系统（8）内部存储的数据范围进行比对，选择最接近的作为数据采集条件，并向各采集器发出调整为当前条件下采集精度的指令；同时，数值模拟系统（10）根据现场控制系统（8）选取的条件进行对应调整；调整后的数值模拟系统（10）根据现场控制系统（8）传输的数据形成温度和应变云图，现场控制系统（8）将各项监测数据以及云图数据传输至中控室显示屏（9）上显示；现场控制系统（8）将采集到的数据与内部存储的初始范围进行实时比对，当检测数据超出范围时，向中控室显示屏（9）传递警告信息；针对出现渗漏的情况，利用如下公式对渗漏位置进行定位：其中，表示温度；表示分布式温度光缆（3）位置的环境温度；表示子弹罐体（1）的半径；表示土体的热扩散系数；表示罐体的热扩散系数；表示相邻分布式温度光缆（3）的径向距离；表示渗漏点到分布式温度光缆（3）测量点的最短距离或分布式温度光缆（3）测量点到罐体内部的距离。2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的子弹罐应变和温度智能监测方法，其特征在于，所述步骤7中，首先通过收集分布式温度光缆（3）采集的数据确定最低温度点的位置，
模糊确定渗漏点大概位置；然后通过数值模拟系统（10）对最低温度点上下两个测量点的温度值进行比较，选择更接近最低温度的次低温度进行计算，获取最低温度和次低温度的比值关系；最后，根据温度与距离的公式，通过已知的最低温度点与次低温度点间距离、最低温度与次低温度的比值，算出渗漏点与最低温度点的距离，确定渗漏点的准确位置。3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的子弹罐应变和温度智能监测方法，其特征在于，所述步骤5中，根据公式 、以及测得的温度值与当前温度下的应变数据，计算出实际应变值，从而建立应变与温度的补偿关系，进而对现场控制系统（8）的监测范围进行针对性地调整，数值模拟系统（10）也随之更新；式中，表示应变偏差，表示罐体的热膨胀系数，表示分布式应变光缆（2）的热膨胀系数，表示温度变化值，表示分布式应变光缆（2）的温度
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应变系数，表示分布式应变光缆（2）的灵敏系数，表示实际应变值，表示测量得到的应变值。4.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的子弹罐应变和温度智能监测方法，其特征在于，所述步骤2中，布设光缆时，首先利用毛刷在光缆布设路径上涂刷一层环氧树脂底胶粘结剂，然后在底胶区域平直布设光缆，避免光缆弯曲，布设完成后，在光缆上部再刷一层面胶粘结剂，使得光缆与子弹罐体（1）充分贴合；待面胶粘结剂固化强度达到50%以上后，在其表...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋俊，王相超，范磊，孙敬庭，刘杰，刘长沙，邓浩吉，陈晓蓉，张新明，徐艳红，黄益平，
申请(专利权)人：中建五洲工程装备有限公司，
类型：发明
国别省市：