【摘要】：管道是石油以及天然氣的主要輸送途徑,但是由于管道通常埋于地下并且需要穿越地質(zhì)條件惡劣的地區(qū),在自然因素和人為因素作用下,管道事故常有發(fā)生,而油氣管道一旦發(fā)生事故,將會導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。所以實(shí)時(shí)監(jiān)測管道的運(yùn)營狀況,對潛在的事故進(jìn)行預(yù)警,對于確保管道的安全具有重大意義。因此本文利用光纖傳感技術(shù)研究如何對管道進(jìn)行健康監(jiān)測,主要進(jìn)行了以下工作:第一章首先介紹了管道運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,根據(jù)發(fā)生的管道事故總結(jié)了影響管道安全的主要因素分別是腐蝕、泄漏以及較大變形。闡述了國內(nèi)外專家學(xué)者針對存在的問題所提出的管道安全檢測和監(jiān)測方法,總結(jié)了現(xiàn)有方法的優(yōu)勢和不足之處,尤其是對于應(yīng)用光纖傳感技術(shù)的管道安全監(jiān)測方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹與分析�；诂F(xiàn)有方法的不足之處,本文提出基于光頻域反射技術(shù)和光纖光柵傳感技術(shù)的管道健康監(jiān)測的方法。第二章提出通過管道環(huán)向應(yīng)變場測量管道內(nèi)腐蝕的方法。利用彈性力學(xué)原理推導(dǎo)了管道環(huán)向應(yīng)變與壁厚的關(guān)系,并應(yīng)用Abaqus有限元分析軟件分析了管道發(fā)生均勻腐蝕和局部腐蝕情況下管道的環(huán)向應(yīng)變場分布特性�；诟g后的環(huán)向應(yīng)變場分布特性以及光頻域反射技術(shù),本文提出了一種用于監(jiān)測管道內(nèi)部腐蝕的應(yīng)變場傳感網(wǎng),利用應(yīng)變場傳感網(wǎng)獲得的應(yīng)變分布重構(gòu)應(yīng)變場,通過重構(gòu)的應(yīng)變場可以對腐蝕進(jìn)行精確、直觀的定位,同時(shí)結(jié)合管道安全性評價(jià)準(zhǔn)則,提出了利用應(yīng)變場進(jìn)行管道安全性評價(jià)的方法。第三章對本文提出的管道腐蝕監(jiān)測方法進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。利用管道內(nèi)部不同缺陷角度以及缺陷深度模擬不同類型的管道腐蝕,通過光頻域反射技術(shù)測量管道截面上的環(huán)向應(yīng)變分布,結(jié)果表明通過光頻域反射技術(shù)能夠有效測量單個(gè)管道截面上的內(nèi)腐蝕信息。為了驗(yàn)證應(yīng)變場傳感網(wǎng)能否有效地監(jiān)測一定范圍內(nèi)的管道腐蝕過程,開展了管道腐蝕過程監(jiān)測試驗(yàn),試驗(yàn)證明通過應(yīng)變場傳感網(wǎng)能夠有效地定位和評估管道局部腐蝕。第四章對管道泄漏定位問題進(jìn)行了研究,提出了一種基于光纖光柵傳感器陣列的管道泄漏定位方法以及一種基于閾值檢測的線性擬合法計(jì)算負(fù)壓波拐點(diǎn)發(fā)生時(shí)間�；诃h(huán)向應(yīng)變與管道內(nèi)壓的關(guān)系,提出通過環(huán)向應(yīng)變監(jiān)測管道的泄漏。結(jié)合光纖光柵傳感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),提出基于光纖光柵傳感器陣列的管道泄漏定位方法,這種方法不需要已知負(fù)壓波波速就能進(jìn)行泄漏定位。為了計(jì)算負(fù)壓波拐點(diǎn)的發(fā)生時(shí)間,通過試驗(yàn)研究了負(fù)壓波導(dǎo)致的環(huán)向應(yīng)變變化特點(diǎn),在此基礎(chǔ)上提出了一種基于閾值檢測的線性擬合法。為了驗(yàn)證本文的方法是否有效,進(jìn)行了真實(shí)管道泄漏試驗(yàn),試驗(yàn)證明基于閾值檢測的線性擬合法可以準(zhǔn)確地計(jì)算負(fù)壓波拐點(diǎn)發(fā)生時(shí)間,基于光纖光柵傳感器陣列的泄漏定位方法能夠有效地對管道泄漏進(jìn)行監(jiān)測和定位。第五章研究了寒冷地區(qū)的管道變形監(jiān)測方法。針對多年凍土以及季節(jié)性凍土地區(qū)的管道會產(chǎn)生較大變形從而影響管道安全的問題,本章提出應(yīng)用光頻域反射技術(shù)測量凍土中的管道軸向應(yīng)變,應(yīng)用連續(xù)的軸向應(yīng)變計(jì)算管道的連續(xù)曲率,基于切角遞推算法實(shí)現(xiàn)管道變形的重構(gòu)。為了檢驗(yàn)本文提出的方法是否適用于極寒天氣下的管道變形監(jiān)測,本文開展了模擬試驗(yàn),試驗(yàn)中利用飽和粉質(zhì)砂土產(chǎn)生的凍脹力使管道產(chǎn)生一定的變形,基于光頻域反射技術(shù)測量管道軸向的應(yīng)變分布,利用應(yīng)變分布重構(gòu)管道的形狀,結(jié)果表明本文的方法能夠有效測量管道的應(yīng)變分布,通過應(yīng)變分布可以獲得管道的應(yīng)力狀態(tài)并重構(gòu)管道的形狀,可以對凍土地區(qū)的管道變形進(jìn)行有效監(jiān)測。第六章為本文的總結(jié)以及對未來研究工作的展望。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TE973.6
【圖文】：

管道埋于地下，需要穿越沼澤、凍土、滑坡、泥石流等自然環(huán)境惡劣的地區(qū)，并逡逑且隨著管齡的增長，管道內(nèi)外的腐蝕作用，極易發(fā)生管道事故，而一旦發(fā)生管道事故，逡逑不僅產(chǎn)生資源浪費(fèi)，環(huán)境污染，更會導(dǎo)致人的生命財(cái)產(chǎn)損失［９］。圖１．１為２０００年８月１９逡逑日美國新墨西哥州天然氣管道爆炸后的現(xiàn)場，該事故造成１２人死亡。通過現(xiàn)場觀察發(fā)逡逑現(xiàn)，管道底部存在嚴(yán)重的內(nèi)腐蝕，最大深度達(dá)管道原壁厚的７２％，內(nèi)腐蝕引起的管壁嚴(yán)逡逑重減薄，是造成這次管道事故的直接原因。該內(nèi)腐蝕是微生物、氯化物、氧氣、二氧化逡逑碳、硫化氧等腐蝕性物質(zhì)綜合作用的結(jié)果。２００６年３月２日，美國阿拉斯加ＰｒｕｄｈｏｅＢａｙ逡逑油田原油管道由腐蝕造成泄漏事故，發(fā)現(xiàn)時(shí)管道己經(jīng)泄漏５天以上，泄漏原油覆蓋面積逡逑約一個(gè)足球場，污染了此處的凍土和湖泊。逡逑圖１．１新墨西哥州天然氣管道泄漏爆炸事故［ｉ＜）］逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｎｅｗ邋Ｍｅｘｉｃｏ邋ｐｉｐｅｌｉｎｅ邋ｌｅａｋａｇｅ邋ａｎｄ邋ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ邋ａｃｃｉｄｅｎｔ１１０１逡逑圖１．２為青島東黃輸油管道泄漏爆炸事故現(xiàn)場，２０１３年１１月２２日，位于山東省青逡逑島市的中國石油化工股份有限公司管道儲運(yùn)分公司東黃輸油管道泄漏原油進(jìn)入市政排逡逑水暗渠

導(dǎo)致管道破裂，原油泄漏流入排水暗渠，現(xiàn)場處置人員采用液壓破碎錘在暗渠蓋板打孔逡逑破碎，產(chǎn)生撞擊火花，進(jìn)而引發(fā)暗渠內(nèi)油氣爆炸。逡逑■逡逑圖１．２青島東黃輸油管道泄漏爆炸事故［１１］逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｑｉｎｇｄａｏ邋Ｄｏｎｇｈｕａｎｇ邋ｏｉｌ邋ｐｉｐｅｌｉｎｅ邋ｌｅａｋａｇｅ邋ａｎｄ邋ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ邋ａｃｃｉｄｅｎｔ＂】］逡逑２０１７年７月２日，中石油天然氣輸氣管道晴隆沙子段，因持續(xù)強(qiáng)降雨引發(fā)邊坡下陷逡逑側(cè)滑，滑坡土體使管道發(fā)生較大變形，最終斷裂引發(fā)泄漏并發(fā)生燃爆，圖１．３為爆炸后逡逑的現(xiàn)場。事故造成８人死亡、３５人受傷（其中危重４人、重傷８人、輕傷２３人）。逡逑＞：；逡逑ｍＫｉ逡逑圖１．３晴隆沙子段天然氣管道爆炸事故［１２１逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｑｉｎｇｌｏｎｇｓｈａｚｉ邋ｇａｓ邋ｐｉｐｅｌｉｎｅ邋ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ邋ａｃｃｉｄｅｎｔ＾１２１逡逑２０１４年７月１日，大連市一施工單位損壞管道，致使原油溢出流入市政污水管網(wǎng)并逡逑導(dǎo)致明火爆炸。２００３年１２月１９日凌晨，蘭成渝輸油管道由于犯罪分子打孔盜油發(fā)生泄逡逑－４－逡逑

Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｑｉｎｇｄａｏ邋Ｄｏｎｇｈｕａｎｇ邋ｏｉｌ邋ｐｉｐｅｌｉｎｅ邋ｌｅａｋａｇｅ邋ａｎｄ邋ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ邋ａｃｃｉｄｅｎｔ＂】］逡逑２０１７年７月２日，中石油天然氣輸氣管道晴隆沙子段，因持續(xù)強(qiáng)降雨引發(fā)邊坡下陷逡逑側(cè)滑，滑坡土體使管道發(fā)生較大變形，最終斷裂引發(fā)泄漏并發(fā)生燃爆，圖１．３為爆炸后逡逑的現(xiàn)場。事故造成８人死亡、３５人受傷（其中危重４人、重傷８人、輕傷２３人）。逡逑＞：；逡逑ｍＫｉ逡逑圖１．３晴隆沙子段天然氣管道爆炸事故［１２１逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｑｉｎｇｌｏｎｇｓｈａｚｉ邋ｇａｓ邋ｐｉｐｅｌｉｎｅ邋ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ邋ａｃｃｉｄｅｎｔ＾１２１逡逑２０１４年７月１日，大連市一施工單位損壞管道，致使原油溢出流入市政污水管網(wǎng)并逡逑導(dǎo)致明火爆炸。２００３年１２月１９日凌晨，蘭成渝輸油管道由于犯罪分子打孔盜油發(fā)生泄逡逑－４－逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2800820