CN106198365A - 一种基于分布式应变测量的管道内腐蚀监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于分布式应变测量的管道内腐蚀监测方法，属于光纤传感技术领域。采用一种光纤监测网测量金属管道表面的环向和轴向应变分布并绘制环向和轴向应变云图，根据金属管道表面应变分布定位腐蚀发生的位置并和腐蚀发生的范围；由测得的腐蚀区环向和轴向应变计算腐蚀区的应力，根据应力、应变判别腐蚀区管道是否失效。本发明的效果和益处是，能够对金属管道的安全状况进行实时监测，对腐蚀缺陷进行定位，获得腐蚀发生的范围，并且能够直接通过管道的应力、应变判断管道是否失效，具有安全可靠，测量精度高，对结构无损的优点。

Description

一种基于分布式应变测量的管道内腐蚀监测方法

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及到一种基于分布式应变测量的管道内腐蚀监测方法。

背景技术

腐蚀缺陷造成的失效是管道最主要的破坏方式之一。由于受输送介质和海洋腐蚀环境影响，管道常常发生腐蚀。腐蚀的产生，一方面造成压力管道受载面积减小，使得管道承载能力下降，在内部高压油气作用下极易引起管道泄漏事故；另一方面，在载荷作用下，在腐蚀缺陷处产生应力集中现象，削弱管道抗疲劳载荷的能力。而油气管道一旦发生泄漏，不仅产生巨大的资源浪费，还会对人民的生命财产安全造成巨大威胁。研究腐蚀缺陷对油气管道安全输送的影响已成为管道安全运行所关注的课题之一。

现有的管道腐蚀检测方法如漏磁检测法、涡流检测法、超声波检测法等是把携带驱动装置智能检测器置于管道内,完成管道腐蚀缺陷检测。利用现有常规的管道检测方法对埋地管道进行定期检测，虽然能够获得管道腐蚀发生的位置以及腐蚀程度，提高埋地管道的安全性，但仍有许多不足之处，最大不足是不能对埋地管道运行状态进行实时监测，对既有的腐蚀需要进行重复的检测才能获得腐蚀的发展状况，检测效率较低。另外现有的管道检测方法大多只能检测得到管道的缺陷处的壁厚、缺陷的大小和形状，而不能直接通过应力、应变的分布评估管道腐蚀缺陷处的安全状况。管内探测器大多涉及一些电类传感器，在油气管道的检测中，不可避免的有易燃易爆的安全隐患。因此需要研究开发新型的管道腐蚀监测技术。

近年来随着光纤传感技术在军事、航空、桥梁等领域安全监测中成功应用，光纤传感技术也被引入到管道监测中。光纤传感技术具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐久性好等诸多优点，能够克服目前常规检测方法只能对埋地管道进行定期检测的不足，并且不会对管道安全产生隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属管道内腐蚀的监测方法。该方法以不破坏管道、不影响管道正常运营为前提，通过测量金属管道表面的环向和轴向的应变分布，对金属管道内腐蚀的发展状况进行监测，并对腐蚀部位的剩余强度进行评估。

本发明的技术方案：

一种基于分布式应变测量的管道内腐蚀监测方法，步骤如下：

步骤1：金属管道1外壁预处理至平整光滑，保证聚酰亚胺光纤2与金属管道1外壁充分接触；

步骤2：首先，采用环氧树脂将聚酰亚胺光纤2沿管道环向以等间距螺旋式粘贴在金属管道1外壁，聚酰亚胺光纤2与金属管道1环向的夹角控制在10°以内；再将聚酰亚胺光纤2沿金属管道1轴向以等间距往复平行的粘贴在金属管道表面，聚酰亚胺光纤2与金属管道1轴向平行；聚酰亚胺光纤2在金属管道1表面构成光纤监测网；轴向和环向粘贴的聚酰亚胺光纤的间距可以按照绘制应变云图的精度需要进行调节，间距越小，应变云图精度越高。

步骤3：采用光频域反射测量技术进行金属管道外壁分布式应变测量，由光纤监测网测得的环向应变分布和轴向应变分布，进而绘制成金属管道的环向应变云图和轴向应变云图；通过环向应变云图和轴向应变云图定位金属管道腐蚀区发生的位置和腐蚀区范围；

步骤4：根据金属管道的弹性模量，由步骤3得到的腐蚀区的环向应变和轴向应变，计算得到腐蚀区的环向应力和轴向应力；对于实际埋地环境条件下的金属管道，金属管道的径向应力和径向应变由金属管道内压和金属管道外壁的环境压力产生，相比于环向和轴向应力、应变忽略不计，因此根据金属管道材料的应力失效准则或应变失效准则进行金属管道的失效判断。

本发明的有益效果：能够对金属管道的安全状况进行实时监测，对腐蚀缺陷进行定位，获得腐蚀发生的范围，并且能够直接通过金属管道的应力、应变判断金属管道是否失效，这种方法具有安全可靠，测量精度高，对结构无损的优点。

附图说明

图1是光纤监测网示意图。

图中：1金属管道；2聚酰亚胺光纤。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例

步骤1：为了保证聚酰亚胺光纤2与金属管道1外表面充分接触，避免应变传递导致的测量误差，首先使用打磨机对金属管道1外表面进行抛光，去除油漆层，然后用脱脂棉球蘸无水酒精将打磨处擦洗干净。

步骤2：采用环氧树脂胶将聚酰亚胺光纤沿金属管道环向以等间距螺旋式粘贴在金属管道外壁，光纤与金属管道环向的夹角控制在10°以内；在环向粘贴好聚酰亚胺光纤之后，再将聚酰亚胺光纤以等间距往复平行的粘贴在金属管道表面，聚酰亚胺光纤与金属管道轴向平行，沿金属管道环向和轴向粘贴的聚酰亚胺光纤在金属管道表面构成光纤监测网。

步骤3：金属管道外壁分布式应变测量采用基于光频域反射测量技术的分布式光纤传感***。该测量技术所采用的可调谐波长干涉技术，使得分布式应变的测量可在几十米长的光纤上具有毫米级别的空间分辨率，应变测试精度可达1微应变。金属管道使用过程中，内部存在较大压力，金属管道腐蚀导致腐蚀区壁厚减小，在金属管道内部压力作用下，腐蚀区会产生应变集中，导致腐蚀区环向和轴向应变大于无腐蚀区，因此在金属管道正常运营时，利用光纤监测网测得的环向应变分布和轴向应变分布分别绘制成金属管道的环向应变云图和轴向应变云图，通过应变云图就可以定位腐蚀发生的位置并获得局部腐蚀发生的范围。

步骤4：金属管道材料的弹性模量是已知的，因此由腐蚀区的环向应变和轴向应变和可以计算得到腐蚀区的环向应力和轴向应力；对于实际埋地环境条件下的金属管道，其径向应力、应变由管道内压和管道外壁的环境压力产生，相比于环向和轴向应力、应变可以忽略不计。因此由环向应变、应力和轴向应变、应力就可以根据材料的应力失效准则或者应变失效准则进行金属管道的失效判断。

Claims (1)

1.一种基于分布式应变测量的管道内腐蚀监测方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1：金属管道外壁预处理至平整光滑，保证聚酰亚胺光纤与金属管道外壁充分接触；

步骤2：首先，采用环氧树脂将聚酰亚胺光纤沿管道环向以等间距螺旋式粘贴在金属管道外壁，聚酰亚胺光纤与金属管道环向的夹角控制在10°以内；再将聚酰亚胺光纤沿金属管道轴向以等间距往复平行的粘贴在金属管道表面，聚酰亚胺光纤与金属管道轴向平行；聚酰亚胺光纤在金属管道表面构成光纤监测网；轴向和环向粘贴的聚酰亚胺光纤的间距按照绘制应变云图的精度进行调节，间距越小，应变云图精度越高；

步骤3：采用光频域反射测量技术进行金属管道外壁分布式应变测量，由光纤监测网测得的环向应变分布和轴向应变分布，绘制成金属管道的环向应变云图和轴向应变云图；通过环向应变云图和轴向应变云图定位金属管道腐蚀区发生的位置和腐蚀区范围；

步骤4：根据金属管道的弹性模量，由步骤3得到的腐蚀区的环向应变和轴向应变，计算得到腐蚀区的环向应力和轴向应力；对于实际埋地环境条件下的金属管道，金属管道的径向应力和径向应变由金属管道内压和金属管道外壁的环境压力产生，相比于环向和轴向应力、应变忽略不计，根据金属管道材料的应力失效准则或应变失效准则进行金属管道的失效判断。