如何监测长距离管道结构安全?
发布时间:2018-09-05

长距离管道结构,如输油管道、盐水运输管道、输气管道等经常会穿越危险环境区域,易受自然灾害(滑坡、地震)和第三方入侵(故意破坏、阻塞)影响,这些危险会导致管道自身结构稳定性发生改变,影响使用功能,继而可能导致管道损坏、泄露和故障,造成严重的经济和生态后果。此外,管线的运营环境也会造成自身磨损甚至损毁。管道结构功能监测可以定期提供液体管道的结构和功能变化信息,能够有效降低管理难度提高安全性。

 

 

长距离管道监测系统组成:

 

  • 分布式应变测量系统监测管道结构应力分布状态,确保管道结构的稳定

  • 局部应变测量系统采用高精度光纤传感器探测细微泄漏,早发现早处理,防止故障

  • 分布式温度测量系统用于精准定位液体渗漏部位,保证及时保养和维修

  • 传统传感器(振弦/差阻/电压/电流/电容等)、热成像仪监测用于预判点监测。

 

 

长距离管道监测系统光纤监测方案

 

分布式光纤传感系统原理是同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质,采用先进的BOTDR/BOTDA技术,探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化,实现分布式的测量,以最经济的方式获得最大的工程效益。

 

分布式光纤监测系统示意图

 

 

监测参数

 

重点关注的功能参数:结构温度分布、结构应变分布、局部应变与温度的变化(量化)

 

 

分布式温度监测

光纤传感器测得沿管道的温度分布曲线,通过温度异常来分析管道的泄漏。

 

  • 温度变低时可能因为液态蒸发(如氨)

  • 温度变低时可能因为气体膨胀(如压缩天然气)

  • 温度变化时可能因为高温液体泄漏(如原油)

  • 热容量变化可能因为液体释放(如水)

 

 

 

基于环境条件不同或焦耳汤普森效应的原因,当管道发生泄漏时将导致温度的变化。

 

 

分布式应变和变形监测

提供沿管道的应变变化信息。可以有效的监测地震、滑坡、沉降或人类活动引起的管道变形移动。同时可以监测潜在的危险应变情况和因腐蚀或磨损造成的管道壁厚的变化,实现早侦测早预防,避免实际损坏发生造成的损失。

 

 

局部应变与温度的变化

因渗漏、第三方入侵,识别结构局部的应变、温度变化量,预判风险可控性,制定相应补救措施,最小化停工影响和环境影响。

 

 

 

典型应用

 

 

盐水运输管道泄露监测

在天然气储存设施中,将饱和盐水输送至化学处理场所或注入指定的土体中,由于盐水对环境是有害的,所以管道必须安装一套泄露监测系统。系统组成及项目现场图如下所示:

 

 

 

温度传感光纤埋设于管道以下10cm的沟渠砂层中,温度数据由读数单元采集,每30分钟向中央计算机传输一次数据做进一步处理。在泄露监测过程中,通过对比温度记录情况,发现突发的温度变化,判断泄露发生,并自动发送警报、生成报告。监测系统能够定期复位并长期测量,几乎不需要维护。

 

 

泄露发生前后测得的曲线

 

 

气体管道监测

管道处于不稳定区域,如斜坡、山地等,滑坡现象会导致管道变形、损坏,最终停止使用,造成经济损失。位于这类区域的气体管道采用应变光纤传感器、温度光纤传感器及应变传感器组合的方式,提供平均应变、平均曲率和管道变形形状的长期监测,实现管道安全的安全监控。

 

 

应变光纤传感器安装于管道轴线0°(顶部)、120°和-120°的位置,温度光纤传感器安装于管道顶部(0°)用于应变测量的温度补偿。应变传感器由传感光纤集成在纤维增强塑料线内,安装于地下,用于监测管道下方土壤中的应变变化。传感器通过电缆和连接盒与光纤传感器一起连接到中央控制单元,进行读数单元。由于滑坡变化相对缓慢,通常每月进行一次读数,如遇地震等突发情况需及时读取最新的测量数据。

 

管道监测部位应变分布

 

横断面应变和弯曲度分布

 

泄露实验:温度变化判定泄露发生

 
 
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