滑坡多发区管道应变监测应变计安装方法

对滑坡地质灾害多发区埋地管道进行应力应变监测,是确保管道安全运行的有效手段。应变计可用于管道应力应变监测,主要包括电阻式应变片、振弦式应变计和光栅光纤式应变计,它们各自拥有不同的特点和适用条件。根据监测目的和要求,基于应用力学理论,分析管道的测点布置以及应变计在每个测点的安装位置和方向:对于只需要确定滑坡对管道是否存在影响的情况,可以在测点安装1支应变计;若只考虑管道弯曲变形,可以在90°夹角方向安装2支应变计;为了完整说明沿管道横截面的纵向应变,至少需要安装3支应变计;安装4支应变计可以得到4个独立的应变数据,从而更精确地了解管道的应变和变形情况。以国内某输气管道为例,基于其结构构造、工作条件、受力方式及现场工况,结合ANSYS有限元分析,确定了适用应变计的监测方案,并给出了监测结果。     

基于分布式光纤传感器的埋地管道结构状态监测方法北大核心

油气管道结构状态退化以及损伤缺陷的发生具有显著的时空分布不确定性。为了实时评估埋地管道的结构状态,提出一种基于分布式光纤传感器的埋地管道监测方案,建立了基于分布式监测数据的埋地管道结构状态的定量评估方法,并以某埋地燃气管道为例加以应用。结果表明:基于分布式光纤传感器的监测方案,可与埋地管道施工工艺无缝衔接,便于实际操作;分布式光纤传感器可以准确获得埋地管道弯曲应变与管体温度的时空演化行为,克服了常用点式传感器无法覆盖管道整体的局限;利用管道弯曲应变、管体温度的分布式监测数据,再辅以管道的材料、几何参数以及内压监测数据,可以实时、定量评估埋地管道的结构状态,从而为埋地管道全寿命周期结构状态的评估提供依据。     

冻土区坡体蠕滑作用下管道应力数值计算

长输油气管道在一般地段埋地敷设,当经过季节性斜坡冻土区时,由于冻融引起的坡体蠕滑作用导致管道产生附加应力。通过安装管道轴向应变传感器可监测坡体蠕滑作用导致的管道轴向应力变化,但开展管道强度评价时,需要明确管道应变监测初始应力,由于应力检测技术多在实验室环境下使用,工程上并不成熟,目前行业内一般通过有限元建模计算方法获取管道应变监测初始应力。以涩宁兰一线某穿越斜坡季节性冻土地貌埋地管道为例,介绍了位于季节性冻土区的管道当前面临的主要风险、土体位移分布形式与位移的确定,以及季节性冻土区斜坡体位移作用下管道的受力和变形情况。采用向量式有限元方法,利用空间梁单元和非线性土弹簧模型对灾害点管道进行了数值模拟,并得到管道现状应力分布,为确定管道本体应变监测截面位置、估计管道现状应力分布及管道安全评价提供依据。     

基于分布式光纤传感器的埋地管道结构状态监测方法

油气管道结构状态退化以及损伤缺陷的发生具有显著的时空分布不确定性。为了实时评估埋地管道的结构状态,提出一种基于分布式光纤传感器的埋地管道监测方案,建立了基于分布式监测数据的埋地管道结构状态的定量评估方法,并以某埋地燃气管道为例加以应用。结果表明:基于分布式光纤传感器的监测方案,可与埋地管道施工工艺无缝衔接,便于实际操作;分布式光纤传感器可以准确获得埋地管道弯曲应变与管体温度的时空演化行为,克服了常用点式传感器无法覆盖管道整体的局限;利用管道弯曲应变、管体温度的分布式监测数据,再辅以管道的材料、几何参数以及内压监测数据,可以实时、定量评估埋地管道的结构状态,从而为埋地管道全寿命周期结构状态的评估提供依据。     

基于光纤光栅应变箍传感器的管道局部腐蚀监测

为了对管道局部腐蚀进行长期、实时监测,自行开发了一种光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)应变箍传感器。介绍了基于FBG应变箍传感器的管道局部腐蚀监测原理,利用这种传感器测量管道的平均环向应变,实现对管道局部腐蚀的监测。将FBG应变箍传感器安装在局部壁厚不同程度减小的钢管道外壁上,分别测量各个管段的平均环向应变,开展局部腐蚀模拟试验。利用材料力学理论计算相同压力下不同腐蚀程度管段的平均环向应变,并用有限元软件进行模拟分析。结果表明:FBG应变箍传感器可以监测到管道平均环向应变的变化,进而反映管道局部腐蚀程度。这种基于管道环向应变监测管道局部腐蚀的方法具有很好的应用前景。     

基于光纤传感的管道线路复杂状态监测技术

利用通信光纤感知管道沿线的振动、应变、温度,实现管道沿线威胁事件的监测与定位是国内外研究的热点,但将3种感知数据融合应用仍然处于探索阶段。基于光纤传感原理,提出了管道伴行光缆振动、应变、温度联合监测的方法:利用振动数据进行长度对齐、第三方活动监测,应变数据进行侧向位移监测,温度数据进行泄漏监测等运行异常分析,多维监测数据经过空间长度对准、时间对齐后进行联合分析、交互验证,能够进一步降低误报率。3种感知数据的融合应用能够实现管道复杂环境的线路状态感知,可为管道安全运行提供决策支持。     

管道应力应变监测试验规程研究

管道埋设在土体中或每隔一段间距支承在支座上,且充满或部分充满液体时,应力分析因边界条件的不确定而使结果不可靠。以管道单元的状态特性(几何性质、材料性质、载荷属性、应力分析属性等)作为基本出发点,分析了危险区管道单元的轴向、环向及45°方向应力分布状况及最大主应力,并结合弹性破坏理论,对试验区管道安全状况进行了有效的评价,给出了作为试验依据和参考的基于应变测试技术的管道力学监测试验理论。     

管道泄漏分布式光纤监测时-空大数据分析方法

分布式光纤传感器能够灵敏地感知管道任意位置泄漏导致的局部温度变化,但是海量监测数据却具有显著的时-空非平稳性特征,难以直接根据监测数据进行泄漏诊断。在统计模式识别框架下,提出一种基于滑动窗口离群值分析的时-空大数据分析方法,仅利用分布式温度监测数据的内秉特征即可实现管道泄漏的智能化识别,确定了滑动窗口长度和异常状态诊断窗口长度的取值方法,并且进行了原型保温钢管泄漏监测的物理模拟。结果表明:在管道完好的状态下,该方法不会发生误报警的情况,而管道一旦发生泄漏,该方法能够快速识别管道泄漏事件,并对泄漏位置进行精准定位。该方法是一种无监督的人工智能大数据处理方法,在埋地管道泄漏监测中具有良好的应用前景。     

温度和不均匀沉降耦合作用下埋地管道力学性能

埋地油气管道一旦发生泄漏、爆炸等事故,其危害巨大,因此研究温度和不均匀沉降耦合作用下埋地管道的力学性能,开展安全风险评价十分重要。建立管道-地层整体模型,采用有限元分析软件ABAQUS进行非线性求解。通过间接耦合法实现温度作用和隧道开挖作用的耦合,分别模拟了不同管径、壁厚、埋深条件下的埋地管道应力应变状态,得出在不同影响因素下管道Mises应力和纵向位移的变化规律。分析结果表明:在温度变化和不均匀沉降耦合作用下,管径和壁厚对埋地管道应力应变状态有较大影响,管径越大,管道Mises应力越大,纵向位移越小,壁厚越大,管道Mises应力越大,纵向位移越大;当管道处在隧道上方时,一定埋深范围内,埋深对管道的应力应变状态影响较小,管道Mises应力和纵向位移随着埋深的增加并无明显变化;管道接口与直管连接处出现应力集中现象,实际运行过程中应注重该部位的检测和维护。     

陕京管道滑坡灾害预警标准计算与分析北大核心

为了研究陕京管道滑坡灾害监测预警技术,以管道地质灾害监测方法为理论依据,选取研究区内典型滑坡体为研究对象,综合考虑地灾点的发育情况、典型性、对管道的威胁程度、设备的保存安全性等条件,设计监测方案,安装一体化专业监测设备,收集地灾点的降雨量、滑坡地表裂缝位移及深部位移等监测数据。分析监测数据发现:陕京管道沿线滑坡现阶段变形量很小,整体较稳定,不会因发生滑坡而威胁管道隧道安全。预警分析发现:无雨状态下,滑坡体最稳定,滑坡体最大位移最小。随着降雨量的增多,滑坡体稳定性下降,最大位移变大,体现在滑坡体上即裂缝增大。为了得到一个预警的变形值,分别取3种工况时的80%位移值为预警标准值,分级确定了预警标准位移。     

应力应变监控技术在管道桁架跨越中的应用

大跨度管道桁架跨越多采用牵引（顶推）方法施工,但施工荷载和外界因素导致桁架杆件产生复杂的应力状态,因而过程控制对整个施工成败具有关键作用。以境外某管道桁架跨越工程为例,从桥路选择、数据采集系统、施工过程数值模拟计算、传感器选择与安装等方面详细论述了应力应变监控技术在该工程中的应用。监控结果显示桁架最大应力为121 MPa,经现场及时调整牵引速度后,桁架应力稳定在90 MPa以内,与计算值基本吻合。应力应变监控技术能够及时、准确地提供关键结构部位的受力情况,具有较强的可实施性,可以有效保障工程施工的安全。     

连续地表位移作用下埋地管道应变计算模型

油气长输管道途经多种复杂地质环境,经常面临地质灾害的威胁。针对现有地质灾害段管道地表位移监测数据离散型的特征,提出了一种基于三次样条插值的地表位移三维重构方法,实现了地表位移的连续表示。在此基础上,采用非线性有限元方法,依据非线性土弹簧单元描述管土相互作用,利用Ramberg-Osgood本构模型描述管材力学特性,使用INP参数化编程语言建立了参数化的连续地表位移作用下埋地管道应变计算模型。新建模型能够考虑温度、外压等工作载荷与管道实际路由对管道初始应力的影响,实现管道应变的准确计算。采用C#编程语言,编制了基于C/S架构的管道设计应变智能计算与评估软件。研究结果可为智慧管道数字孪生的建设与地质灾害地段管道的完整性评估提供技术支撑。(图7,表3,参25)     

漠大管道在沿线多年冻土区的位移监测

针对漠大管道在沿线多年冻土区面临的冻胀融沉灾害,提出了基于全站仪测量的管道位移监测技术。详细介绍了管道位移监测原理,设计了基准桩和标志桩结构,采取了3项措施保证基准桩的稳定。在漠大管道漠河首站-加格达奇泵站区间,选取了9个高风险区,安装了62套管道位移监测装置。2010年11月9日管道投产前采集了初始数据,2010年12月-2011年6月完成了5次数据采集,对监测数据进行分析发现:监测段管道未受到冻胀灾害的影响,部分监测段管道受到融沉灾害的影响。验证了该技术的可行性和有效性。     

基于管道应变的应力弱磁检测模型

【目的】金属磁记忆（Metal Magnetic Memory, MMM）应力检测技术支持非接触、在线检测,在以钢制油气管道为代表对象的铁磁性材料应力损伤检测领域具有很好的应用潜力,现有研究缺乏对磁力学关系的全面分析,需要建立一套完整的磁力学关系体系,明确MMM检测信号与弹塑性阶段应力集中的对应关系。【方法】基于J-A理论,建立管道磁化强度与应变关系数值模型,计算分析管道变形过程中MMM检测信号特征,研究了应力影响下的无磁滞磁化曲线形状参数、钉扎系数对MMM信号的影响规律,并对应变与磁信号的关系开展全尺寸水压试验验证。【结果】管道在受力过程中,应变逐渐增大,磁化强度曲线在弹性变形阶段发生第1次翻转,翻转位置位于近屈服处,且随无磁滞磁化曲线形状参数的增大而提前;当管体发生塑性变形时,位错引起材料磁学特性改变,磁化强度曲线出现第2次翻转,翻转位置位于屈服点附近,且受钉扎系数影响较大,随着钉扎系数增大,翻转位置延后,翻转处应变呈2次函数减小趋势,第1次翻转与第2次翻转方向相反。【结论】利用该特征,根据磁记忆信号翻转规律与被检管道相同材料标定试验结果的相位对比分析,可判断钢制油气管道应力集中处...     

基于压电阻抗技术的油气管道健康监测系统构建

在不影响管道生产运营的前提下,必须寻找一种有效途径对油气管道的损伤进行实时监测。提出了基于压电阻抗技术的油气管道健康监测系统构建框架,详细介绍了系统的关键模块及其功能,并对建立系统的预期成果进行了总结。利用压电阻抗技术构建油气管道健康监测系统的预期成果主要包括以下几个方面：建立压电片一粘结层一管道的耦合智能结构模型;利用压电阻抗分析仪进行多路数据处理;远程数据传输与信号去噪技术;实现油气管道损伤的在线监测;事故报警与管道维修养护提醒;建立管道安全运行的智能化管理系统。     

国内外油气长输管道应力分析标准的比较

对比分析了国内规范与ASME规范关于油气长输管道应力分析的评价标准。针对油气长输管道,两个体系的规范都遵循强度理论制定管道应力评价标准。ASME规范按照受约束与非约束管道制定了管道应力的校核标准,国内规范按照一般地段、穿越地段和跨越地段3种管道敷设条件分别制定了管道强度的校核标准,在一定程度上参考了ASME规范的相关规定。对比两个规范体系,最新版本的ASME油气长输管道规范对油、气管道应力校核标准趋于一致,而国内规范更新相对滞后,输油与输气管道的校核标准不统一,且缺少对输油气管道不受约束条件下的热胀应力规定,存在改进的空间。建议跟踪ASME规范,尽快修订国内相关标准。     

抬管技术在通过采空区管道的应用

为提高管道的运行安全性,将弯管视为一个整体,应用CAESARII软件对西气东输管道山西段管道途经阳城蒿裕村采空区的地表变化情况和管道在采空区沉陷过程中的应力情况进行分析,提出了国内首个大管径高强钢管道的带压抬升实施方案。根据位移监测数据和管道应力应变监测数据,系统介绍了管道不停输抬管技术在采空区的应用,包括抬管方案设计和抬管作业过程的操作步骤,建立了管道应对采空区塌陷的新模式。在管道本体布设应变片测量管道本体的应力应变,可以及时掌控采空区的风险变化,为抬管过程的安全判断提供技术支持,使采空区管道的不停输抬管作业可以顺利实施。     

地震区油气管道的应变与位移检测技术

为了对地震区油气管道所承受的附加应力进行有效检查,提出基于惯性导航技术的应变及位移检测方法,可对油气管道全线进行有效检测,及时发现管道位移和应变集中点。通过使用搭载惯性导航单元的内检测器对管道进行检测,并与地面标记点、里程计进行组合导航数据融合得到精确的管道中心线坐标后,进一步对管道弯曲应变进行计算,可有效查找管道全线的应变变化及位移区域,并能够检测应变及位移变化量。通过牵引试验验证了应变检测的正确性及数据重复性,该方法为地震区长输油气管道的安全运行提供了有效保障。     

局部腐蚀油气管道失效压力的计算方法

针对管道局部腐蚀导致的失效事故越来越多,而国际上尚无适用于局部腐蚀油气管道失效压力分析评价方法的问题,验证了非线性有限元法评价局部腐蚀的可靠性,运用该方法分析了局部腐蚀半径及局部腐蚀深度对管道失效压力的影响。借鉴平板加强筋强化理论,以数值模拟数据为基础,建立了一种局部腐蚀油气管道失效压力计算方法,与B31G(修订版)、DNV-RP-F101以及新近开发的PCORRC为代表的评价规范计算结果的对比表明:拟合得到的局部腐蚀油气管道失效压力计算方法误差小,且误差分布均匀,可以满足局部腐蚀油气管道失效压力的预测要求。     

断层作用下海底管道应变的改进解析分析方法

活动断层是海底管道的主要地质灾害威胁之一,断层作用下管道会产生过量的轴向变形而失效。提出一种改进的走滑断层作用下海底管道应变解析分析方法:根据线性强化模型考虑了管材的非线性本构关系,通过理想弹塑性本构的非线性土弹簧模型准确计算土壤非线性约束对管道结构响应的影响,由管道受力微分控制方程推导得到管道内轴向应变的解析结果,并给出管道伸长量的显示表达式。最终基于平衡方程和迭代计算,可以精确计算管道应力应变。对比有限元计算结果,改进后的管道应变解析分析方法较现有的推荐方法(Newmark法)计算精度更高。