【摘要】：石油與天然氣的安全運(yùn)輸是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民物質(zhì)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(zhì)等條件復(fù)雜。管道沿線地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生對長距離輸油管道的安全造成嚴(yán)重威脅,因此,對管道及其沿線地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測一直是重點(diǎn)研究的課題。傳統(tǒng)的管道監(jiān)測技術(shù)難以滿足管道長距離、分布式和實(shí)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(zhì)災(zāi)害的特點(diǎn)和致災(zāi)規(guī)律,利用課題組研發(fā)的先進(jìn)的光纖監(jiān)測技術(shù),設(shè)計了室內(nèi)管道模型試驗,對光纖監(jiān)測技術(shù)的可行性和傳感器性能進(jìn)行了驗證;設(shè)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(jié)合實(shí)際工程,建立了油氣管線地質(zhì)災(zāi)害光纖監(jiān)測系統(tǒng),對管道安全進(jìn)行了監(jiān)測和評估。論文的工作和取得的成果總結(jié)如下:(1)總結(jié)了管道本體和管道沿線地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀,介紹了各類監(jiān)測手段的優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件,對管道沿線地質(zhì)災(zāi)害類型及破壞特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié),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(shù)(FBG)和布里淵光時域反射解調(diào)技術(shù)(BOTDA/R)的感測原理和特點(diǎn),設(shè)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(yīng)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(hù)套光纜、定點(diǎn)光纜等等。(3)對基于BOTDA和FBG的管道本體變形光纖監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。開展了基于分布式光纖的PVC管道側(cè)向變形監(jiān)測模型試驗,論證了分布式光纖在預(yù)測管道側(cè)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(diǎn)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(jìn)行了對比,結(jié)果表明:對于表面應(yīng)變計,考慮到其需要焊接的特點(diǎn)必須進(jìn)行打磨,而光纖光柵單點(diǎn)和貼片式應(yīng)變計無需打磨即可直接安裝進(jìn)行監(jiān)測;以傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變片為比對標(biāo)準(zhǔn),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(diǎn)傳感器和0.9mm聚氨酯光纜表現(xiàn)良好,推薦使用在實(shí)際工程中。(5)開展了埋地管道-土體協(xié)調(diào)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(jī),呈現(xiàn)出滑坡體及其周邊的應(yīng)變變化和土體變形情況;光纖土壓力計可以根據(jù)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(yīng)變和撓度狀態(tài),以此形成了立體化的監(jiān)測系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了多指標(biāo)、多參量、綜合化的滑坡區(qū)管道變形破壞的準(zhǔn)確預(yù)測,以及滑坡發(fā)展初期管-土協(xié)調(diào)變形規(guī)律。(6)設(shè)計了一套管道沿線邊坡穩(wěn)定性光纖監(jiān)測系統(tǒng),并結(jié)合實(shí)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(zāi)害和管道變形監(jiān)測的功能,可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動化監(jiān)測。研究成果對于我國輸油管道工程安全運(yùn)行和一帶一路建設(shè)具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(shí)時監(jiān)測長輸油管道在地質(zhì)災(zāi)害作川下形狀態(tài)，同時針對長輸油氣管道地質(zhì)災(zāi)宵風(fēng)險建、＇／：行之有效的安全監(jiān)測預(yù)瞥，對預(yù)防管道變形破壞導(dǎo)致的油氣泄■事故具有重要的意義。逡逑

圖像監(jiān)測技術(shù)是指攝像機(jī)在管道內(nèi)遠(yuǎn)程采集檢測圖像，由基站技術(shù)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(jī)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(jī)；另一種是機(jī)器人爬行器，上面裝有攝像機(jī)，逡逑在管道內(nèi)運(yùn)行，由專業(yè)操作人員移動控制。該方法的優(yōu)點(diǎn)是提供了移動攝像機(jī)所逡逑獲取的實(shí)時、第一手和直觀的圖像信息，有助于技術(shù)人員做出直觀的判斷［４］。然逡逑而，該技術(shù)的運(yùn)用受到了圖片質(zhì)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(shù)人員缺乏經(jīng)驗、注意力不足等也會影響缺陷識別逡逑的準(zhǔn)確性。為了克服環(huán)境影響和圖像噪聲對診斷過程的負(fù)面影響，文獻(xiàn)［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(xué)分割方法，將其應(yīng)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(zhǔn)確度。逡逑圖１－２邋ＣＣＴＶ?jǐn)z像頭和管內(nèi)拍攝的缺陷照片（據(jù)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(jìn)行接收。當(dāng)傳播的超逡逑聲波進(jìn)入另一種材料或遇到裂縫時會產(chǎn)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(dāng)沿管道直徑傳播逡逑的聲波遇到管道內(nèi)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(nèi)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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