在役长输油气管道环焊缝缺陷的应变监测装置的制作方法

本发明涉及监测系统技术领域，具体涉及一种在役长输油气管道环焊缝缺陷的应变监测装置。

背景技术：

随着城市化和工业化发展，我国对石油、天然气等能源的需求越来越大。长输油气管道是长距离油气输运的最重要方式之一，其总里程在“十三五”期末将超过16万公里。鉴于油气管道泄露事故造成的严重社会、环境和经济影响，政府、社会与企业越来越关注油气管道的安全问题。环焊缝开裂是油气管道的主要失效形式之一，具有开裂长度长、泄漏量大等特点，易对周边人员安全和环境造成严重威胁，特别是具有抢修工作困难、对管道停输要求严格、环境敏感点多等特点的管道，及时对管道进行应力应变监测分析及评估，并修复环焊缝缺陷，保障管道本质安全具有重要的经济和社会意义。

管道应力应变状态是管道在风险状态下受力的综合表现，关系到管道的力学安全。为了保证管道安全运行，目前在滑坡、采空沉陷区、高后果区等地质灾害易发地段管道多处运用了应力应变监测装置，来实时掌控管道的受力情况。而对于环焊缝缺陷管道的应力应变监测装置研究甚少。

中国专利，公开号为cn207379537u，公开了一种油气管道应力应变检测装置，包括安装于管道(1)上的环形应力应变片(2)，应力应变片的主体由内层的粘附层和外层的应变片本体组成，下方设有开口，开口上带有卡扣，应力应变片(2)内埋设有感应片和数据线，数据线汇聚到应力应变片上方；应力应变片顶部设有垂直的地下数据筒(3)，地下数据筒上方设有水平的防撞板(4)，防撞板上方设有垂直的地上数据筒(5)，地上数据筒(5)内设有数据处理器，顶部设有数据发送器(6)。具体检测装置示意图见图1所示。

上述专利中公开的应力应变检测装置体积较大，不易于加装保护用于隔绝外部载荷的挤压，长期稳定性及耐久性较差，并且不适用于长输油气管道环焊缝缺陷的应变监测。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在役长输油气管道环焊缝缺陷的应变监测装置，适用于长输油气管道环焊缝缺陷的应变监测，并且体积小，易于加装保护罩，并且长期稳定性及耐久性好。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：在役长输油气管道环焊缝缺陷的应变监测装置，包括应变监测单元，其特征在于，

所述应变监测单元包括第一应变监测传感器组和第二应变监测传感器组，两组应变监测传感器组分别设置在油气管道环焊缝缺陷的两侧，所述每组应变监测传感器组至少包括3支应变传感器；沿油气管道气流方向，取油气管道的圆形截面，在所述圆形截面按顺时针方向任选三点l、u、r，其中点l和点u与圆形截面圆心的连线之间的夹角等于点u和点r与圆形截面圆心的连线之间的夹角，在点l、u、r的位置上分别设置一支应变传感器。

进一步地，还包括监测桩单元；

所述监测桩单元，包括太阳能供电硬件设备、数据采集硬件设备、无线传输硬件设备、连接管、监测桩外壳和背板；所述太阳能供电硬件设备包括太阳能电池板、蓄电池和太阳能控制器，所述太阳能电池板、所述蓄电池和所述太阳能控制器相互之间电连接；所述监测桩外壳包括顶板和后板，所述后板上加装所述背板；所述连接管的顶端设置所述监测桩外壳，所述顶板朝向阳方向倾斜设置，所述顶板上设有嵌入槽，所述太阳能电池板通过所述嵌入槽直接嵌入固定到所述顶板上；所述数据采集硬件设备、所述太阳能控制器、所述蓄电池和所述无线传输硬件设备均上下分层集中排布在所述背板上；所述背板安装在所述后板上，所述数据采集硬件设备、所述太阳能控制器、所述蓄电池和所述无线传输硬件设备均位于所述监测桩外壳之内并密封；所述数据采集硬件设备通过连接管与应变监测传感器的输出线缆电连接。

进一步地，所述所述第一应变监测传感器组和所述第二应变监测传感器组分别设置在油气管道环焊缝缺陷两侧的0.5-1m处。

进一步地，所述第一应变监测传感器组和所述第二应变监测传感器组对称设置在油气管道环焊缝缺陷的两侧。

进一步地，所述应变监测传感器为振弦式应变传感器。

进一步地，所述应变监测传感器的外侧设置有保护罩。

进一步地，所述监测桩外壳为abs工程塑料板制成。

进一步地，所述连接管为标准连接管。

进一步地，所述应变监测装置包括如下安装步骤，

s1.首先对管道表面进行清洗，清洗宽度大于1.2m；

s2.在管道表面画出传感器安装位置线，对安装传感器的位置表面进行打磨；

s3.测量管道壁厚；

s4.用酒精清洁打磨位置，熔接传感器，熔接完毕后轻轻敲击传感器；

s5.熔接保护罩，保护罩熔接完毕之后在其周围粘接防腐膏，防腐膏完全覆盖保护罩后使用热风枪加热至软膏状；

s6.传保护罩安装完毕后在其上部粘接两圈防腐带，粘接完毕后使用热风枪加热；

s7.在防腐带上面粘接两层冷缠带，粘接完毕后使用热风枪加热；

s8.接线、检漏、反缠冷缠带、回填及安装监测桩。

本发明的在役长输油气管道环焊缝缺陷的应变监测装置，运用该装置能够对含缺陷管道的受力进行全面分析并对管道安全状态做出预警，为管道安全运行维护决策提供数据依据。并且本发明选用的监测设备体积小，易于加装保护用于隔绝外部载荷的挤压、易于防腐处理，能够避免由于土体位移剪切而造成的传感器失效，长期稳定性及耐久性良好。

附图说明

图1为一种油气管道应力应变检测装置示意图；

图2为应变传感器安装方式示意图；

图3为监测截面安装位置示意图；

图4为本发明中背板从监测桩外壳中拆出后的结构示意图；

图5为本发明中背板安装到监测桩外壳中后的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

近年来，随着国内管道行业大力发展，大量新建管道建设投产。虽然新建管道普遍采用高强钢焊接工艺，制管和施工质量相比以前的老管道有了很大提升，但仍有部分管道存在冬季施工中未按照工艺要求进行管体预热、保温以及强力组对等问题，导致环焊缝焊接缺陷问题凸显，影响管道安全运行。因此，本发明提供了一种在役长输油气管道环焊缝缺陷的应变监测装置，能够对含缺陷管道的受力进行实时监控，以便全面分析并对管道安全状态做出预警。

本发明的在役长输油气管道环焊缝缺陷的应变监测装置，包括应变监测单元和监测桩单元。

10.在役长输油气管道环焊缝缺陷的应变监测装置，包括应变监测单元，其特征在于，

其中，应变监测单元设置在油气管道上，用于对管道的应力进行实时监控。所述应变监测单元包括第一应变监测传感器组和第二应变监测传感器组，两组应变监测传感器组分别设置在油气管道环焊缝缺陷的两侧，所述每组应变监测传感器组至少包括3支应变传感器；沿油气管道气流方向，取油气管道的圆形截面，在所述圆形截面按顺时针方向任选三点l、u、r，其中点l和点u与圆形截面圆心的连线之间的夹角等于点u和点r与圆形截面圆心的连线之间的夹角，在点l、u、r的位置上分别设置一支应变传感器。

本发明采用一种振弦式应变传感器11，振弦式应变传感器为无源式传感器，其体积较小，加装保护罩12后易于隔绝外部载荷的挤压、易于防腐处理，能够避免由于土体位移剪切而造成的传感器失效，长期稳定且耐久性好。管道应力不能直接测量，所以要测定管道上应力的大小，就必须直接测定管道上的应变。对于含缺陷管道，由于管道含缺陷截面为潜在危险点，在进行应变监测时不宜直接在含缺陷截面安装监测设备，以避免人为造成缺陷扰动而引起缺陷的不利扩展。因此，进行缺陷监测时，在缺陷两侧0.5m～1m处分别安装1组监测截面，并通过管道轴向受力规律计算得到缺陷处应力分布。即如图3所示，分别设置在第一监测截面13和第二监测截面14处，第一应变监测传感器组和所述第二应变监测传感器组对称设置在油气管道环焊缝缺陷的两侧。通过两组监测截面，可以计算出监测管段的复杂受力状态，监测精度高，可靠性高，适用于风险等级较低的环焊缝缺陷管道。

优选地，点l和点u与圆形截面圆心的连线之间的夹角等于点u和点r与圆形截面圆心的连线之间的夹角等于90度，将u点置于圆形横截面的顶部。即在管道横截面的左侧(l)、顶部(u)和右侧(r)分别安装1支应变传感器，测得同一截面三点的应变后，即可根据管道截面应变分布规律计算得到截面任一角度的应变分布，同时也可得到壁厚方向的应变分布。根据监测截面应变分布，可得到监测截面的应力分布与截面内力。传感器安装方式示意图如图2所示。

为了提高环焊缝处的监测精度，所述应变监测单元还包括第三应变监测传感器组，所述第三应变监测传感器组设置在距离油气管道环焊缝缺陷2-10cm处。

其中，监测桩单元设置在地面，用于接收应变监测单元采集的数据，并对数据进行远程传输。所述监测桩单元，包括太阳能供电硬件设备、数据采集硬件设备、无线传输硬件设备、连接管、监测桩外壳和背板；所述太阳能供电硬件设备包括太阳能电池板、蓄电池和太阳能控制器，所述太阳能电池板、所述蓄电池和所述太阳能控制器相互之间电连接；所述监测桩外壳包括顶板和后板，所述后板上加装所述背板；所述连接管的顶端设置所述监测桩外壳，所述顶板朝向阳方向倾斜设置，所述顶板上设有嵌入槽，所述太阳能电池板通过所述嵌入槽直接嵌入固定到所述顶板上；所述数据采集硬件设备、所述太阳能控制器、所述蓄电池和所述无线传输硬件设备均上下分层集中排布在所述背板上；所述背板安装在所述后板上，所述数据采集硬件设备、所述太阳能控制器、所述蓄电池和所述无线传输硬件设备均位于所述监测桩外壳之内并密封；所述数据采集硬件设备通过连接管与应变监测传感器的输出线缆电连接。

振弦式应变监测传感器为无源型传感器，需要采集设备提供激励信号继而获得监测数据。管道应变监测数据的采集与传输使用监测桩单元。该监测桩具备数据采集、远程无线传输以及自供电功能，能够实现自动、连续采集监测数据，并按照实际需求调整监测频率；采集到的监测数据可存储于采集设备内容，并通过gprs模块以数据报文格式远程传输。gprs模块由太阳能电池板及蓄电池供电，可实现自动、连续数据采集，并可按照实际需求调整监测频率。

如图4和图5所示的为监测桩单元，包括太阳能供电硬件设备、数据采集硬件设备21、无线传输硬件设备22、连接管23、监测桩外壳24和背板25；所述太阳能供电硬件设备包括太阳能电池板26、蓄电池28和太阳能控制器27，所述太阳能电池板26、所述蓄电池28和所述太阳能控制器27相互之间连接；所述监测桩外壳24包括顶板和后板，所述后板上加装所述背板25；所述连接管23的顶端设置所述监测桩外壳24，所述顶板朝向阳方向倾斜设置，所述顶板上设有嵌入槽，所述太阳能电池板26通过所述嵌入槽直接嵌入固定到所述顶板上；所述数据采集硬件设备21、所述太阳能控制器27、所述蓄电池28和所述无线传输硬件设备22均上下分层集中排布在所述背板25上；所述背板25安装在所述后板上，所述数据采集硬件设备21、所述太阳能控制器27、所述蓄电池28和所述无线传输硬件设备22均位于所述监测桩外壳之内并密封。

所述监测桩外壳为abs工程塑料板制成。所述连接管23为标准连接管。监测桩单元是集太阳能供电硬件设备、数据采集硬件设备21和无线传输硬件设备22于一体的野外监测设备，如图4所示。太阳能供电硬件设备为设备提供电能，主要包括太阳能电池板26、太阳能控制器27、电池(蓄电池28)三大部分。数据采集硬件设备21是设备的核心硬件设备，采集硬件设备通过监测桩底部连接管23与传感器输出线缆连接，进行数据采集及保存，此外还为无线传输硬件设备22供电。无线传输硬件设备22主要是将数据远程传输到客户端，以便分析处理。同时，可根据实际工程需要调节监测桩高度。

其中，所述应变监测装置包括如下安装步骤，

s1.首先对管道表面进行清洗，清洗宽度大于1.2m，以便将应变监测传感器组的安装范围都清洗到；

s2.在管道表面画出传感器安装位置线，对安装传感器的位置表面进行打磨，打磨至表面无小坑即可。

s3.测量管道壁厚；

s4.用酒精清洁打磨位置，熔接传感器，熔接完毕后轻轻敲击传感器；

s5.熔接保护罩，保护罩熔接完毕之后在其周围粘接防腐膏，防腐膏完全覆盖保护罩后使用热风枪加热至软膏状；

s6.传保护罩安装完毕后在其上部粘接两圈防腐带，粘接完毕后使用热风枪加热；

s7.在防腐带上面粘接两层冷缠带，粘接完毕后使用热风枪加热；

s8.接线、检漏、反缠冷缠带、回填及安装监测桩。

本发明的在役长输油气管道环焊缝缺陷的应变监测装置，运用该装置能够对含缺陷管道的受力进行全面分析并对管道安全状态做出预警，为管道安全运行维护决策提供数据依据。并且本发明选用的监测设备体积小，易于加装保护用于隔绝外部载荷的挤压、易于防腐处理，能够避免由于土体位移剪切而造成的传感器失效，长期稳定性及耐久性良好。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。