發(fā)布時間：2020-07-31 10:20

【摘要】：石油與天然氣的安全運輸是國家經濟發(fā)展和人民物質生活的命脈。我國的輸油管道工程多為超長距離的線性工程,其穿越的地理單元跨度大,地貌和地質等條件復雜。管道沿線地質災害的發(fā)生對長距離輸油管道的安全造成嚴重威脅,因此,對管道及其沿線地質災害的監(jiān)測一直是重點研究的課題。傳統(tǒng)的管道監(jiān)測技術難以滿足管道長距離、分布式和實時監(jiān)測的要求。論文針對油氣管道沿線常見的滑坡等地質災害的特點和致災規(guī)律,利用課題組研發(fā)的先進的光纖監(jiān)測技術,設計了室內管道模型試驗,對光纖監(jiān)測技術的可行性和傳感器性能進行了驗證;設計了管土模型試驗,獲得了管道與土體耦合變形的規(guī)律,并結合實際工程,建立了油氣管線地質災害光纖監(jiān)測系統(tǒng),對管道安全進行了監(jiān)測和評估。論文的工作和取得的成果總結如下:(1)總結了管道本體和管道沿線地質災害監(jiān)測技術的國內外現(xiàn)狀,介紹了各類監(jiān)測手段的優(yōu)缺點和適用條件,對管道沿線地質災害類型及破壞特點進行了總結,分析了管道和邊坡的監(jiān)測要素。(2)介紹了光纖布拉格光柵技術(FBG)和布里淵光時域反射解調技術(BOTDA/R)的感測原理和特點,設計和選取了邊坡監(jiān)測和管道本體監(jiān)測中的光纖傳感器,包括光纖光柵土壓力盒、光纖光柵串、光纖光柵位移計、光纖光柵溫度計、光纖光柵鋼筋應力計、光纖光柵錨索測力計、光纖光柵傾角計、光纖光柵角度計、0.9mm聚氨酯護套光纜、定點光纜等等。(3)對基于BOTDA和FBG的管道本體變形光纖監(jiān)測關鍵技術進行了研究。開展了基于分布式光纖的PVC管道側向變形監(jiān)測模型試驗,論證了分布式光纖在預測管道側向變形規(guī)模和變形方向的可行性。(4)開展了全尺寸輸油管道四點彎試驗,研究了環(huán)氧粉末防腐層對傳感器性能的影響,對不同封裝類型的傳感器性能進行了對比,結果表明:對于表面應變計,考慮到其需要焊接的特點必須進行打磨,而光纖光柵單點和貼片式應變計無需打磨即可直接安裝進行監(jiān)測;以傳統(tǒng)的電阻應變片為比對標準,分析了不同封裝類型的傳感器測量精度,發(fā)現(xiàn)光纖光柵單點傳感器和0.9mm聚氨酯光纜表現(xiàn)良好,推薦使用在實際工程中。(5)開展了埋地管道-土體協(xié)調變形監(jiān)測模型試驗。試驗表明:分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)可以圈畫出滑坡發(fā)生的范圍和時機,呈現(xiàn)出滑坡體及其周邊的應變變化和土體變形情況;光纖土壓力計可以根據主動和被動土壓力反映出滑塊滑動的方向,而分布式傳感光纜和位移計可以反映管體的應變和撓度狀態(tài),以此形成了立體化的監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)了多指標、多參量、綜合化的滑坡區(qū)管道變形破壞的準確預測,以及滑坡發(fā)展初期管-土協(xié)調變形規(guī)律。(6)設計了一套管道沿線邊坡穩(wěn)定性光纖監(jiān)測系統(tǒng),并結合實際工程,介紹了該系統(tǒng)的野外施工流程和監(jiān)測軟件。該監(jiān)測系統(tǒng)兼具滑坡災害和管道變形監(jiān)測的功能,可實現(xiàn)遠程自動化監(jiān)測。研究成果對于我國輸油管道工程安全運行和一帶一路建設具有重要意義。
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P694;TE973.6
【圖文】：

圖１－１原油管道泄漏爆炸事故逡逑因此，采用可靠、高效的監(jiān)測手段實時監(jiān)測長輸油管道在地質災害作川下形狀態(tài)，同時針對長輸油氣管道地質災宵風險建、＇／：行之有效的安全監(jiān)測預瞥，對預防管道變形破壞導致的油氣泄■事故具有重要的意義。逡逑

圖像監(jiān)測技術是指攝像機在管道內遠程采集檢測圖像，由基站技術人員判斷逡逑其故障，一種典型的方法是閉路電視（Ｃｌｏｓｅｄ邋Ｃｉｒｃｕｉｔ邋Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ），閉路電視顯示逡逑的攝像機和圖像如圖１－２所示。閉路電視系統(tǒng)有兩種，一種是在觀察管道的井口逡逑安裝固定視頻監(jiān)視器或盒式錄音機；另一種是機器人爬行器，上面裝有攝像機，逡逑在管道內運行，由專業(yè)操作人員移動控制。該方法的優(yōu)點是提供了移動攝像機所逡逑獲取的實時、第一手和直觀的圖像信息，有助于技術人員做出直觀的判斷［４］。然逡逑而，該技術的運用受到了圖片質量的限制，如不清晰的裂縫或其它因障礙物遮蔽逡逑而漏掉的缺陷。此外，由于技術人員缺乏經驗、注意力不足等也會影響缺陷識別逡逑的準確性。為了克服環(huán)境影響和圖像噪聲對診斷過程的負面影響，文獻［５］提出了逡逑一種基于邊緣檢測（Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ邋Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ邋ｂａｓｅｄ邋ｏｎ邋Ｅｄｇｅ邋Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）的形態(tài)逡逑學分割方法，將其應用于閉路電視圖像中下水道管道缺陷的形態(tài)識別，用以提高逡逑識別的準確度。逡逑圖１－２邋ＣＣＴＶ攝像頭和管內拍攝的缺陷照片（據Ｓ．Ｋ．邋Ｓｉｎｈａ

從一端間隔式地激發(fā)高頻的縱波和橫波，從另一端進行接收。當傳播的超逡逑聲波進入另一種材料或遇到裂縫時會產生反射，通過利用己知的材料特性分析回逡逑波間隔，可以測量出管道的壁厚。圖１－３描述了金屬損耗檢測和定量壁厚測量的逡逑超聲原理。圖中黃色的壓電傳感器發(fā)射出一個超聲波短脈沖，當沿管道直徑傳播逡逑的聲波遇到管道內壁時，部分波透射繼續(xù)傳播，部分波反射回來，由于管道和管逡逑壁中的聲速是恒定和已知的，通過獲得傳播時間乘以速度即可計算出傳感器與內逡逑壁之間的距離以及壁厚的值。逡逑Ｉｎｔｅｒｎａｌ邋Ｍｅｔｄ邋Ｌｏｕ邐Ｅｘｔｅｒｎａｌ邋Ｍ？ｔｄ邋Ｌｏｕ逡逑？灥；匕逡逑ｉ逡逑％邋＾邐廠—邐，邐邐邐逡逑＾邋＇邋ｊ邐Ｓｔａｎｄｏｆｆ逡逑１０Ｏ２Ｏ０３Ｏ０？００Ｗ０？Ｏ０ｎＸＩ８０Ｏ？ＱＯ邐１０００邋Ｉ邋ｔＯＯ逡逑ｌｅｎｇｔｈ，邋ｍｍ逡逑Ｉ邋３０－逡逑Ｊ邋＾邐＾邐＂邋ｔ—逡逑＾邋ｉ0邐Ｗａｌｌ邋Ｔｈｉｃｋｎｅｔｓ逡逑＊邐１邐ｉ逡逑ｈ邋？邐？－邐—？邋Ｈ＇邋ｎ邋ｌ邋，＿＿ｆ邐＞邐＇＞邋■邐？＇邋ｉ邋■邋■邐，邋ｉ，邋Ｉ邐？邋１邐？邋ｉ邋？逡逑＾邐ｌ0０邋２０0］00４１Ｘ）３0ＯＡＯ0／０0ａ（？Ｖ0０邋１０００邐１１００逡逑ＬｏｏＱｔｎ

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