一种测量河底输气管道剪切应力变化的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术属于测量技术领域，具体而言，公开了一种测量河底输气管道剪切应力变化的控制系统及方法，采用碳酸盐岩和凹形水层模拟河底岩层环境，通过设置的输气管路以及伸缩控制系统和管路控制系统，用于模拟输送状态下管道的压力变化情况，并通过压力测量系统获得其受断层剪切影响的压力变化，可用于研究输气管道在正常运行过程中两端不同倾斜角度的倾斜段受到断层剪切力作用的条件下，输气管道内压力的变化情况，为管路的安全及稳定运行奠定了基础。础。础。

【技术实现步骤摘要】
一种测量河底输气管道剪切应力变化的控制系统及方法


[0001]本专利技术是一种测量河底输气管道剪切应力变化的控制系统及方法，具体涉及一种测量河底输气管道受断层剪切影响的压力变化控制系统及方法，属于输气管道测量


技术介绍

[0002]近年来，随着城市燃气用户的快速增加，城市燃气管网覆盖面越来越广，面对中国西部地区复杂地形，输气管道铺设过程中穿越河流就成了不可避免的问题。输气管道在穿越河流铺设完成并实际运行后，管道内输送的天然气为高压、易燃、易爆。在输气管道穿越河流时，在河底遇到地质条件复杂多变，如导水断层、裂隙、岩洞、河谷深槽等突水危险地段，往往会出现地层内的岩层有断层出现，断层的出现对输气管道而言将产生剪切力，使输气管道发生断裂、扭曲、位移，从而影响输气管道的安全运行和使用寿命。因此，对于输气管道在河底穿越时，有必要设计测量河底输气管道受断层剪切影响的压力变化装置进行研究，这将对现场进行河底输气管道设计和铺设时，进行充分考虑地质条件和断层情况，采取相应的措施保证管道的安全和稳定运行具有重要意义。
[0003]现有技术中，公开号为CN217384335U的技术专利公开了一种测量输气管道不同堵塞位置压力与流量影响装置，该装置采用甲烷气瓶和输气管道连通，用于模拟天然气输气管路，并在管路中设置微颗粒漏斗，将微颗粒与甲烷气体在管路中进行循环，以模拟真实输气工况；并在输气管道中部设置蝶阀，输气管道的两端部分别设置第一压力传感器和第二压力传感器，通过蝶阀关闭来模拟完全堵塞点，能达到完全堵塞的效果，同时通过第一压力传感器、第二压力传感器和流量传感器来进行测量，以获得完全堵塞后堵塞点前后的压力变化以及完全堵塞点前方的流量变化情况。由此可见，该专利是通过测量装置来模拟管道堵塞前后工况，并结合压力传感器和流量传感器来获取输气管道内堵塞前后的压力及流量变化，属于管道内的压力测量，且仅适用于管道堵塞工况，并不能实现输气管道外受断层剪切影响的工况模拟以及输气管道外的压力测量。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种测量河底输气管道剪切应力变化的控制系统，采用碳酸盐岩和凹形水层模拟河底岩层环境，通过设置的输气管路以及伸缩控制系统和管路控制系统，用于模拟输送状态下管道的压力变化情况，并通过压力测量系统获得其受断层剪切影响的压力变化，为此，本专利技术还提供了基于该控制系统来测量河底输气管道剪切应力变化的方法，可用于研究输气管道在正常运行过程中两端不同倾斜角度的倾斜段受到断层剪切力作用的条件下，输气管道内压力的变化情况，为管路的安全及稳定运行奠定了基础。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：一种测量河底输气管道剪切应力变化的控制系统，包括输气管路、矩形箱体、伸缩控制系统、压力测量系统和管路控制系统，所述输气管路包括甲烷气瓶和输气管道，输气管道的两端部分别为倾斜的第一倾
斜段和第二倾斜段，甲烷气瓶依次经第一球阀、加压泵、气体流量计、第二球阀连接至第一倾斜段，第二倾斜段经第三球阀连接至第一球阀和加压泵之间并形成回路；所述矩形箱体内设有碳酸盐岩和凹形水层形成的模拟河底岩层环境，输气管道设于碳酸盐岩内，第一倾斜段和第二倾斜段分别向矩形箱体顶部倾斜，矩形箱体顶部至第一倾斜段之间、矩形箱体顶部至第二倾斜段之间均设有隔离其上方岩层的倾斜板；所述伸缩控制系统包括驱动控制器和连接驱动控制器的两组伸缩器，两组伸缩器分别对应设于第一倾斜段和第二倾斜段上方岩层隔离区域的矩形箱体顶部，两组伸缩器的伸缩杆上均设有挤压岩层的平板；所述压力测量系统包括压力监测系统，以及分别连接压力监测系统的两组压力传感器和两组受挤压传感器，两组压力传感器分别位于第一倾斜段和第二倾斜段的中段，两组受挤压传感器分别位于第一倾斜段和第二倾斜段上方的岩层隔离区域内；所述管路控制系统用于控制甲烷气瓶、第一球阀、加压泵、第二球阀以及第三球阀的开启和关闭。
[0006]所述凹形水层位于矩形箱体中上部，用于模拟实际工况下的河流。
[0007]所述输气管道于碳酸盐岩内按中间水平且两端对称倾斜而设置，倾斜角度为30
°
～60
°
。
[0008]所述倾斜板对称设置，倾斜板的倾斜角度与矩形箱体顶部所在水平面的夹角呈60
°
～120
°
。
[0009]所述伸缩器上，位于伸缩杆至矩形箱体侧壁一侧的平板长度大于位于伸缩杆至倾斜板一侧的平板长度。
[0010]一种测量河底输气管道剪切应力变化的方法，采用上述控制系统，按以下流程进行测量：S1.启动管路控制系统和压力监测系统，首先控制甲烷气瓶、第一球阀、加压泵、第二球阀以及第三球阀开启，使加压泵、第二球阀、输气管道、第三球阀连通并形成回路，待压力监测系统上显示的两组压力传感器的压力趋于稳定后，控制甲烷气瓶和第一球阀关闭；S2.甲烷气体于回路中继续循环1min后，启动伸缩控制系统，通过驱动控制器控制两组伸缩器的伸缩杆同时伸长，使平板往下运动并将对应岩层隔离区域内的岩层往下挤压，压力监测系统获取压力传感器的压力和受挤压传感器的挤压力并进行记录；S3.根据伸缩杆伸长过程中压力和挤压力的变化，获得压力变化曲线图以及受挤压力变化曲线图，并计算两者压力变化的最大值，即测量过程结束。
[0011]所述步骤S2中，通过驱动控制器控制伸缩杆在伸长过程中，分别在伸缩杆伸长至2cm、4cm、6cm、8cm时，停止10s后再继续伸长。
[0012]所述测量时，根据控制系统中输气管道两端的不同倾斜角度，分别进行测量。
[0013]所述测量时，调整输气管道两端的倾斜角度为30
°
、45
°
和60
°
。
[0014]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：（1）本专利技术专用于河底输气管道设置及铺设而设计，考虑到河底地层条件影响下可能出现断层而对输气管道产生剪切压力，并对输气管道的安全及稳定运行带来影响，为此，本专利技术通过设置加压泵、第二球阀、输气管道、第三球阀形成的循环回路实现甲烷气体循环，实现模拟输气管道正常运行的过程；将输气管道设置于矩形箱体内，并通过矩形箱体
内的碳酸盐岩和凹形水层来模拟河底岩层环境；然后通过伸缩控制系统对岩层挤压以模拟管道受到的剪切力，并由此获得管道的压力变化曲线及挤压力变化曲线，可为河底输气管道的设计和现场铺设提供理论依据。
[0015]（2）本专利技术首次采用倾斜管段来模拟管道所受断层剪切的压力变化，通过伸缩控制系统控制两组伸缩器上的平板往下运动，挤压第一倾斜段和第二倾斜段的对应岩层，模拟管道受到的断层剪切力，提高了测量的真实性。
[0016]（3）本专利技术通过伸缩控制系统和压力测量系统可实现管道压力变化曲线及挤压力变化曲线的显示，伸缩控制系统通过控制伸缩器的伸缩杆伸长至2cm、4cm、6cm、8cm时，停止10s后再继续伸长，同时通过压力测量系统的压力传感器和受挤压传感器对相应状态下的压力和挤压机进行测量和记录，可提高检测的精确度，以保证后续压力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量河底输气管道剪切应力变化的控制系统，其特征在于：包括输气管路、矩形箱体（1）、伸缩控制系统、压力测量系统和管路控制系统，所述输气管路包括甲烷气瓶（2）和输气管道（3），输气管道（3）的两端部分别为倾斜的第一倾斜段（4）和第二倾斜段（5），甲烷气瓶（2）依次经第一球阀（6）、加压泵（7）、气体流量计（8）、第二球阀（9）连接至第一倾斜段（4），第二倾斜段（5）经第三球阀（20）连接至第一球阀（6）和加压泵（7）之间并形成回路；所述矩形箱体（1）内设有碳酸盐岩（10）和凹形水层（11）形成的模拟河底岩层环境，输气管道（3）设于碳酸盐岩（10）内，第一倾斜段（4）和第二倾斜段（5）分别向矩形箱体（1）顶部倾斜，矩形箱体（1）顶部至第一倾斜段（4）之间、矩形箱体（1）顶部至第二倾斜段（5）之间均设有隔离其上方岩层的倾斜板（12）；所述伸缩控制系统包括驱动控制器（13）和连接驱动控制器（13）的两组伸缩器（14），两组伸缩器（14）分别对应设于第一倾斜段（4）和第二倾斜段（5）上方岩层隔离区域的矩形箱体（1）顶部，两组伸缩器（14）的伸缩杆（15）上均设有挤压岩层的平板（16）；所述压力测量系统包括压力监测系统（17），以及分别连接压力监测系统（17）的两组压力传感器（18）和两组受挤压传感器（19），两组压力传感器（18）分别位于第一倾斜段（4）和第二倾斜段（5）的中段，两组受挤压传感器（19）分别位于第一倾斜段（4）和第二倾斜段（5）上方的岩层隔离区域内；所述管路控制系统用于控制甲烷气瓶（2）、第一球阀（6）、加压泵（7）、第二球阀（9）以及第三球阀（20）的开启和关闭。2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述凹形水层（11）位于矩形箱体（1）中上部，用于模拟实际工况下的河流。3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：所述输气管道（3）于碳酸盐岩（10）内按中间水平且两端对称倾斜而设置，倾斜角度为30
°
～60
°
。4.根据权利要求1所述的控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱湖淼，张顺，周函，
申请(专利权)人：四川职业技术学院，
类型：发明
国别省市：