【摘要】：長(zhǎng)距離輸油氣管道,被視為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“生命線”、“大動(dòng)脈”,在現(xiàn)代工業(yè)和日常生活中占據(jù)重要地位。如何預(yù)防事故或故障、確保其安全無(wú)一失是個(gè)重要且復(fù)雜的研究課題。從這一實(shí)際出發(fā),本文開(kāi)展了基于BOTDA的長(zhǎng)輸管道分布式應(yīng)力監(jiān)測(cè)技術(shù)研究,對(duì)長(zhǎng)輸管道的實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測(cè)技術(shù)和壽命預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了探討,主要從以下幾個(gè)方面開(kāi)展了相關(guān)研究:1)介紹了光纖傳感技術(shù)和分布式光纖傳感技術(shù)(BOTDR、BOTDA、OTDR等技術(shù))的基本原理。結(jié)合長(zhǎng)輸管道規(guī)模龐大、工作環(huán)境復(fù)雜、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)要求等特點(diǎn),初步探討基于BOTDA的管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)的可行性。通過(guò)分析近年來(lái)國(guó)內(nèi)外管道事故情況,歸納總結(jié)了長(zhǎng)輸管道的主要失效原因和主要失效模式,開(kāi)展了長(zhǎng)輸管道實(shí)時(shí)在線應(yīng)力監(jiān)測(cè)的必要性研究。2)開(kāi)展了長(zhǎng)輸管道失效判據(jù)健康診斷方法研究。通過(guò)對(duì)管道應(yīng)力分析基本理論的分析梳理,進(jìn)行了基于應(yīng)力的管道失效判據(jù)研究。結(jié)合疲勞壽命理論,進(jìn)行了長(zhǎng)輸管道健康診斷方法和壽命預(yù)測(cè)方法研究。一方面根據(jù)應(yīng)力的失效判據(jù),通過(guò)實(shí)測(cè)應(yīng)力與管材的屈服應(yīng)力相比較,判定管道是否失效;另一方面,針對(duì)應(yīng)力熱點(diǎn),通過(guò)連續(xù)采集該測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力譜,采用雨流計(jì)數(shù)法對(duì)應(yīng)力-時(shí)間歷程曲線進(jìn)行處理,然后根據(jù)疲勞累計(jì)損傷理論,預(yù)測(cè)整個(gè)管道的疲勞壽命。3)以材質(zhì)為45號(hào)鋼、長(zhǎng)為6m的管道為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,開(kāi)展了基于BOTDA的長(zhǎng)輸管道分布式應(yīng)力監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)研究。并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與ANSYS模擬分析計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較,驗(yàn)證了基于布里淵分布式光纖傳感技術(shù)的管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法的可行性。4)以四川省某主跨為50m的輕型托架管橋?yàn)閼?yīng)用對(duì)象,開(kāi)展了基于BOTDA的長(zhǎng)輸管道分布式應(yīng)力監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究。進(jìn)一步驗(yàn)證了本文所提出的基于BOTDA的長(zhǎng)輸管道分布式應(yīng)力監(jiān)測(cè)技術(shù)和基于應(yīng)力監(jiān)測(cè)的健康診斷方法,并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的施工方案(特別是光纖敷設(shè)方式)進(jìn)行了探討。
[Abstract]:Long-distance oil and gas pipeline, regarded as the "lifeline" and "great artery" of national economic development, occupies an important position in modern industry and daily life. How to prevent accidents or faults and ensure their safety is an important and complex research topic. From this practice, the distributed stress monitoring technology of long distance pipeline based on BOTDA is studied in this paper, and the real time stress monitoring technology and life prediction method of long distance pipeline are discussed. The related research is carried out from the following aspects: 1) the basic principles of optical fiber sensing technology and distributed optical fiber sensing technology (BOTDR,BOTDA,OTDR, etc.) are introduced. Combined with the characteristics of large scale, complex working environment and real-time monitoring requirements of long distance pipeline, the feasibility of pipeline stress monitoring based on BOTDA is discussed. Based on the analysis of pipeline accidents at home and abroad in recent years, the main failure causes and main failure modes of long distance pipelines are summarized. The necessity of real-time on-line stress monitoring for long-distance pipeline is studied. 2) the health diagnosis method of failure criterion for long-distance pipeline is studied. Through the analysis and combing of the basic theory of pipeline stress analysis, the failure criterion of pipeline based on stress is studied. Combined with fatigue life theory, the health diagnosis method and life prediction method of long distance pipeline are studied. On the one hand, according to the failure criterion of stress, the failure of pipeline is determined by comparing the measured stress with the yield stress of pipe. On the other hand, aiming at the stress hot spot, the stress-time history curve is treated by rain flow counting method by continuously collecting the stress spectrum of the measuring point, and then according to the fatigue cumulative damage theory, The fatigue life of the whole pipeline is predicted. 3) the distributed stress monitoring experiment of long distance pipeline based on BOTDA is carried out with 45 steel and 6 m long pipeline as the experimental object. The experimental results are compared with those of ANSYS simulation analysis. The feasibility of pipeline stress monitoring method based on Brillouin distributed optical fiber sensing technology is verified. 4) A light bracket pipe bridge with a main span of 50m in Sichuan Province is taken as the application object. The application research of distributed stress monitoring of long distance pipeline based on BOTDA is carried out. The distributed stress monitoring technology based on BOTDA and the health diagnosis method based on stress monitoring are further verified, and the construction scheme (especially the optical fiber laying mode) applied in the field is discussed.
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TE973

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本文編號(hào)：2474932