长输管道变形计算、应变测量和健康监测系统研究

【摘要】管道输送是油气输送的重要手段之一,由于成本低、安全、效率高等优点,管道输送受到越来越多的重视。我国的油气输送管道发展迅速,已经初步形成了遍布全国的油气输送管网。我国国土面积广阔,地形地貌多元,管道敷设路线长,如果发生地基坍陷等情况导致管道变形,将影响油气的输送作业,情况严重时会使管道发生断裂引起油气泄露,造成油气资源的浪费,破坏自然环境,威胁人员生命安全,因此研究和监测管道的变形十分重要,本论文以此为研究对象,主要内容如下：(1)研究了长距离输送管道的主要破坏形式及原因,以管道变形作为管道安全考核指标,将输送管道简化为梁模型,利用梁的大挠度变形理论,提出了基于应变分析的管道变形准分布式计算方法,并结合数值计算中的样条函数进行推导得到了管道轴线的位移计算式。该方法可以减少管道变形分析的工作量,不需要对其进行大量的信息收集,只需要利用应变值就可以计算得到管道的挠度,算法简便,适用于实际工况下受力情况不明确的管道。(2)采用计算机模拟和实验两种方法验证了管道变形准分布式计算方法的可行性。(3)对管道变形计算中涉及到的参数进行了参数分析,研究了各参数对于计算结果的影响规律,并据此给出了工程应用中的参数选用建议。(4)分析了光纤光栅传感技术的测量原理和应用范围,实验研究了光纤光栅的测量精度。就光纤光栅应变传感器的应变传递,推导出了夹持式应变传感器以焊接和粘贴两种安装方式的多变量应变计算式,提高了管道的应变测量精度。(5)研究了以管道变形作为分析对象的相关评价方法,将管道变形评估的阈值设定为管道外径的3%。(6)以光纤光栅传感器为测量手段,管道变形准分布式计算方法为核心算法,开发了基于应变分析的长输管道变形健康监测系统及应用软件,从而实现管道变形实时监测和预警,预防管道事故的发生。
【作者】毅力琦；
【导师】钱才富；丁克勤；
【作者基本信息】北京化工大学，化工过程机械，2012，博士
【关键词】长距离输送管道；应变分析；光纤光栅传感器；位移；应变传递；长输管道健康监测系统；

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