基於光纖光柵應變箍感測器的管道腐蝕和泄漏監測研究

《基於光纖光柵應變箍感測器的管道腐蝕和泄漏監測研究》是依託大連理工大學,由任亮擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於光纖光柵應變箍感測器的管道腐蝕和泄漏監測研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：任亮

項目摘要

研究腐蝕缺陷對埋地管道安全輸送的影響和管道泄漏監測和定位已成為埋地管道安全運行所關注的課題之一。本項目首次提出採用光纖光柵應變箍感測器沿管道環向安裝在管道外壁，可以監測到由管道內部壓力導致的管道外壁環向變形情況。通過長期監測環向應變變化情況可以得到埋地管道的壁厚變化狀況和管道內部的壓力變化情況，從而獲得埋地管道的內外腐蝕程度和管道泄漏信息。本項目將研究光纖光柵應變箍感測器的增敏技術和長期可靠性問題、詳細分析管道內部壓力、腐蝕程度和環向應變三者的耦合關係、建立埋地管道腐蝕發展和剩餘強度的力學模型、研究光纖光柵應變箍感測器所測得壓力信號的降噪問題和管道泄露位置定位算法問題。本項目的完成對於提高管道安全性，降低安全隱患和運行風險，提高總體經濟效益，將產生積極的推動作用。

結題摘要

近年來，管道事故頻發，因此管道健康監測技術對於及時了解管道安全運營狀態，確保國民經濟和人民生命財產安全具有重要意義。隨著新型材料、新型感測器的不斷發展，各種管道檢測及監測技術應運而生。本課題提出一種利用環向應變進行管道腐蝕監測以及管道泄漏定位的方法，同時，為了測量管道環向平均應變，開發了一種光纖光柵應變箍感測器。圍繞上述監測理論及感測技術，主要進行了以下幾方面的研究工作： 管道腐蝕引起的壁厚減小和管道泄漏引起的壓力突降均會使管道環向應變發生變化。通過有限元軟體分析了管道環向平均應變對於局部腐蝕的敏感性，表明環向平均應變測量相比於單點測量對於管道腐蝕評價更有優勢。本文通過鋼管道模型和PVC管道模型分別進行了腐蝕和泄漏模擬試驗，驗證了文中提出方法的有效性。而基於環向應變的管道泄漏監測方法中，包括用於常規泄漏量的負壓波時間差定位法，以及用於泄漏量較小情況的負壓波能量衰減定位法。 為滿足管道環向應變監測要求，開發了一種光纖光柵應變箍感測器，可用於監測管道的環向平均應變進而評價管道腐蝕程度，且具有監測泄漏過程所引起的環向應變動態變化的能力。對自行研製封裝的光纖光柵應變箍感測器進行了靈敏度、穩定性等方面的測試，測試結果表明這種感測器性能良好，適合用於管道的安全測量。設計中還包括一種應變箍感測器夾持系統，通過這種系統安裝固定應變箍感測器，可使其與管道結構保持一致變形，提高測量靈敏度。 利用特徵線法，分析了管道泄漏後達到穩定狀態時，管道沿線的環向應變分布。結合BP神經網路，提出了一種基於管道沿線穩態環向應變分布的管道泄漏定位方法。分析比較了不同環向應變測點數量、隱含層節點數量時，該定位方法對於管道泄漏位置判斷的準確率，獲得了最最佳化的神經網路預測結構。同時，還通過疊加干擾信號證明了該方法對噪聲干擾具有較好的抑制能力。 由於環向應變測點布置靈活，通過布設一定數量的環向應變測點，可使管道的目標檢測泄漏量的限值大幅降低。本文利用數學模型分析了管道泄漏發生後的負壓波能量衰減規律，並提出基於環向應變的管道泄漏定位方法中，使用環向應變可檢半徑來確定環向應變測點間距的方法，以滿足對於不同目標檢測泄漏量的要求。