CN111156425B - 管道状态监测方法、装置及*** - Google Patents

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CN111156425B CN202010040827.0A CN202010040827A CN111156425B CN 111156425 B CN111156425 B CN 111156425B CN 202010040827 A CN202010040827 A CN 202010040827A CN 111156425 B CN111156425 B CN 111156425B
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Abstract

本申请提供了一种管道状态监测方法、装置及***，其中，该方法包括：接收数据采集仪发送的目标管道的应变数据；根据应变数据和预警阈值，生成状态数据，其中，预警阈值根据目标管道的许用应变确定，许用应变根据目标管道的物理属性信息确定；根据状态数据，确定目标管道的失效风险。上述方案可以有效提高油气管道的监测预警能力，保障复杂地质条件下油气管道的安全运行，为油气管道的高效运行提供了重要的技术支撑。

Description

管道状态监测方法、装置及***
技术领域
本申请涉及油气管道安全状态监测技术领域，特别涉及一种管道状态监测方法、装置及***。
背景技术
管道为石油和天然气最主要的输送方式，在石油化工领域具有重要的地位。油气管道的安全运行关乎能源安全及社会正常生产。油气管道在布设时，有时不可避免地要穿越一些地质灾害多发的地区，例如滑坡区或采空区塌陷区等。有时埋设于这些地区的管道周围的土体蠕动作用微小，采用人工巡查的方式较难及时分辨并确定管道的真实状态。如果不能及时确定管道周围土体的这种变化，可能会造成管道在土体的作用下产生较大的变形，甚至会造成管道的断裂，造成严重经济损失及环境污染。因此，需要对管道应变状态进行有效监测。
然而，目前的监测管道应变的方法具体实施时，在现场安装便捷性、数据采集稳定性、数据传输的高效性、服务器平台的数据存储及终端软件的多功能性等方面都存在较多的不足，往往存在无法有效监测管道的应变状态和失效风险的问题。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本申请实施例提供了一种管道状态监测方法、装置及***，以提供一种能够有效监测管道状态和失效风险的方法、装置和***。
本申请实施例提供了一种管道状态监测方法，包括：接收数据采集仪发送的目标管道的应变数据；根据应变数据和预警阈值，生成状态数据，其中，预警阈值根据目标管道的许用应变确定，许用应变根据目标管道的物理属性信息确定；根据状态数据，确定目标管道的失效风险。
在一个实施例中，在生成状态数据之后，该方法还可以包括：根据状态数据，确定是否进行预警。
在一个实施例中，预警阈值包括多个预警阈值；相应的，根据状态数据，确定是否进行预警，包括：根据状态数据，确定预警级别。
在一个实施例中，目标管道的许用应变按照以下公式计算得到：
Figure GDA0002918065460000021
其中，[ε]为目标管道的许用应变，εcrit为目标管道的管材的极限应变，极限应变根据目标管道的物理属性信息确定，F为目标管道的设计系数。
在一个实施例中，极限应变包括极限拉伸应变和极限压缩应变，相应的，许用应变包括许用拉伸应变和许用压缩应变；相应的，极限拉伸应变和极限压缩应变按照以下公式计算得到：
Figure GDA0002918065460000022
Figure GDA0002918065460000023
其中，
Figure GDA0002918065460000024
为极限拉伸应变，
Figure GDA0002918065460000025
为极限压缩应变，δ为表观CTOD韧性；λ为屈强比；P为目标管道的设计压力；Fy为目标管道的有效屈服强度，Es为目标管道的管材弹性模量，t为目标管道的管道壁厚，ξ为目标管道的管道缺陷的长度与管道壁厚的比率，η为管道缺陷的深度与壁厚的比率，D为目标管道的管道外径。
在一个实施例中，该方法应用于云服务器，其中，所述云服务器用于监测目标管道的管道状态。
在一个实施例中，接收数据采集仪发送的目标管道的应变数据，包括：接收数据采集仪通过移动网络发送的目标管道的应变数据，其中，移动网络包括4G移动网络和/或5G移动网络。
本申请实施例还提供了一种管道状态监测装置，包括：接收模块，用于接收数据采集仪发送的目标管道的应变数据；生成模块，用于根据应变数据和预警阈值，生成状态数据，其中，预警阈值根据目标管道的许用应变确定，许用应变根据目标管道的物理属性信息确定；确定模块，用于根据状态数据，确定目标管道的失效风险。
本申请实施例还提供了一种管道状态监测***，包括：多个应变计，安装在目标管道上，用于检测目标管道的应变数据；数据采集仪，与多个应变计的线缆连接，以采集多个应变计测得的应变数据；无线传输装置，与数据采集仪通信连接，以将数据采集仪采集到的应变数据发送至上述任意实施例所述的管道状态监测装置；管道状态监测装置。
在一个实施例中，该***还包括：太阳能供电装置，与数据采集仪和无线传输装置连接，用于为数据采集仪和所述无线传输装置供电。
本申请实施例还提供一种计算机设备，包括处理器以及用于存储处理器可执行指令的存储器，所述处理器执行所述指令时实现上述任意实施例中所述的管道状态监测方法的步骤。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，所述指令被执行时实现上述任意实施例中所述的管道状态监测方法的步骤。
在本申请实施例中，提供了一种管道状态监测方法，接收数据采集仪发送的目标管道的应变数据；根据应变数据和预警阈值，生成状态数据，其中，预警阈值根据目标管道的许用应变确定，许用应变根据目标管道的物理属性信息确定；根据状态数据，确定目标管道的失效风险。上述方案中，服务器可以获取目标管道的物理属性信息，并根据物理属性信息确定目标管道的许用应变，再根据许用应变确定目标管道的预警阈值，服务器可以接收数据采集仪发送的目标管道的应变数据，并根据接收到的应变数据和预警阈值生成状态数据，状态数据可以用于表征目标管道的状态，根据状态数据可以确定目标管道的失效风险，实现有效监测目标管道的状态以及失效风险，从而可以有效提高油气管道的监测预警能力，保障复杂地质条件下油气管道的安全运行，为油气管道的高效运行提供了重要的技术支撑。通过上述方案解决了现有的管道监测方法不能有效监测管道状态的问题，实现有效监测目标管道的状态以及失效风险以及有效提高油气管道的监测预警能力。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本申请的限定。在附图中：
图1示出了本申请一实施例中管道状态监测方法的流程图；
图2示出了本申请一实施例中管道状态监测装置的示意图；
图3示出了本申请一实施例中管道状态监测***的示意图；
图4示出了本申请一实施例中的管道开挖示意图；
图5示出了本申请一实施例中的应变计安装方法的示意图；
图6示出了本申请一实施例中的管道应变计安装示意图；
图7示出了本申请一实施例中的数据采集及传输装置的示意图；
图8示出了本申请一实施例中的太阳能供电***的示意图；
图9示出了本申请一实施例中数据采集软件的单元配置图；
图10示出了本申请一实施例中数据采集软件的测点配置图；
图11示出了本申请一实施例中的云服务平台的应变监测图；
图12示出了本申请一实施例中的云服务平台应变预警图；
图13示出了实际应用本申请一实施例中的监测***得到的一月份的监测结果实例图；
图14示出了实际应用本申请一实施例中的监测***得到的二月份的监测结果实例图；
图15示出了实际应用本申请一实施例中的监测***得到的三月份的监测结果实例图；
图16示出了实际应用本申请一实施例中的监测***得到的四月份的监测结果实例图；
图17示出了实际应用本申请一实施例中的监测***得到的五月份的监测结果实例图；
图18示出了本申请一实施例中的计算机设备的示意图。
具体实施方式
下面将参考若干示例性实施方式来描述本申请的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本申请，而并非以任何方式限制本申请的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本申请公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本领域的技术人员知道，本申请的实施方式可以实现为一种***、装置设备、方法或计算机程序产品。因此，本申请公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。
本申请实施例提供了一种管道状态监测方法。虽然本申请提供了如下述实施例或附图所示的方法操作步骤或装置结构，但基于常规或者无需创造性的劳动在所述方法或装置中可以包括更多或者更少的操作步骤或模块单元。在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤或结构中，这些步骤的执行顺序或装置的模块结构不限于本申请实施例描述及附图所示的执行顺序或模块结构。所述的方法或模块结构的在实际中的装置或终端产品应用时，可以按照实施例或者附图所示的方法或模块结构连接进行顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至分布式处理环境)。
具体地，如图1所示，本申请一种实施例提供的管道状态监测方法可以包括以下步骤。
步骤S101，接收数据采集仪发送的目标管道的应变数据。
服务器可以接收数据采集仪发送的目标管道的应变数据。其中，数据采集仪可以与目标管道上的应变计连接，以将采集到的应变计测得的应变数据发送至服务器。其中，目标管道可以包括油气管道。其中，应变数据可以包括目标管道在一段时间内的多个时间点中各时间点的应变值。
步骤S102，根据应变数据和预警阈值，生成状态数据，其中，预警阈值根据目标管道的许用应变确定，许用应变根据目标管道的物理属性信息确定。
服务器可以获取目标管道的物理属性信息。其中，物理属性信息可以包括但不限于以下至少之一：表观CTOD(Crack Tip Opening Displacement，裂纹尖端张开位移)韧性、屈强比、目标管道的设计压力、目标管道的有效屈服强度、目标管道的管材弹性模量、目标管道的管道壁厚、目标管道的管道缺陷的长度和深度、目标管道的管道外径等。服务器可以根据目标管道的物理属性信息确定目标管道的许用应变。对某种材料来说，应变可能达到的这个限度称为该种材料的极限应变。极限应变可以通过材料的力学试验来测定。将测定的极限应变作适当降低，规定出材料能安全工作的应变最大值，这就是许用应变。在确定出许用应变之后，可以根据许用应变确定目标管道的预警阈值。其中，预警阈值可以小于或等于许用应变，例如预警阈值可以为许用应变，或者预警阈值可以为许用应变的60％、80％或90％等。
之后，服务器可以根据接收到的应变数据和预警阈值，生成状态数据。在一个实施方式中，服务器可以将应变数据与预警阈值进行比较，在应变数据大于预警阈值时，生成的状态数据可以为1，在应变数据不大于预警阈值时，生成的状态数据可以为0。在另一个实施方式中，服务器可以将应变数据与预警阈值进行比较，在应变数据不大于预警阈值时，生成的状态数据可以为0，在应变数据大于预警阈值且小于预警阈值的1.2倍时，生成的状态数据可以为1，在应变数据大于预警阈值的1.2倍且小于预警阈值的1.5倍时，生成的状态数据可以为2，在应变数据大于预警阈值的1.5倍时，生成的状态数据可以为3。上述实施方式仅是示例性的，本申请并不限于此。
步骤S103，根据状态数据，确定目标管道的失效风险。
在生成状态数据之后，服务器可以根据状态数据，确定目标管道的失效风险。例如，在状态数据为0时，可以确定目标管道的失效风险很低；在状态数据为1时，可以确定目标管道的失效风险较高；在状态数据为2时，可以确定目标管道的失效风险很高；在状态数据为3时，可以确定目标管道的失效风险极高。其中，管道失效可以包括但不限于由于管道变形或断裂等各种原因造成管道不能正常使用的情形。
上述实施例中的方法，服务器可以获取目标管道的物理属性信息，并根据物理属性信息确定目标管道的许用应变，再根据许用应变确定目标管道的预警阈值，服务器可以接收数据采集仪发送的目标管道的应变数据，并根据接收到的应变数据和预警阈值生成状态数据，状态数据可以用于表征目标管道的状态，根据状态数据可以确定目标管道的失效风险，实现有效监测目标管道的状态以及失效风险，从而可以有效提高油气管道的监测预警能力，保障复杂地质条件下油气管道的安全运行，为油气管道的高效运行提供了重要的技术支撑。
在本申请一些实施例中，在生成状态数据之后，该方法还可以包括：根据状态数据，确定是否进行预警。具体地，在根据预警阈值和应变数据生成状态数据之后，可以根据状态数据，确定是否进行预警。例如，在状态数据为0时，确定不进行预警，在状态数据不为0时，确定进行预警。通过上述方式，可以实时有效地对管道状态进行监测和预警，保障复杂地质条件下油气管道的安全运行。
在本申请一些实施例中，预警阈值可以包括多个预警阈值；相应的，根据状态数据，确定是否进行预警，可以包括：根据状态数据，确定预警级别。具体地，服务器可以根据许用应变确定多个预警阈值。例如，多个预警阈值包括：第一预警阈值、第二预警阈值和第三预警阈值。其中，第一预警阈值可以为许用应变的60％，第二预警阈值可以为许用应变的80％，第三预警阈值可以为许用应变的100％。当应变数据不大于第一预警阈值时，状态数据为0，不进行预警，或者说预警级别为0。当应变数据大于第一预警阈值并且不大于第二预警阈值时，状态数据为1，进行一级预警。当应变数据大于第二预警阈值并且不大于第三预警阈值时，状态数据为2，进行二级预警。当应变数据大于第三预警阈值时，状态数据为3，进行三级预警。上述实施方式是示例性的，本申请并不限于此。例如，预警阈值还可以包括两个预警阈值、四个预警阈值、六个预警阈值等。上述方式中，通过设置多个预警阈值，可以进行多级预警，进一步提高监测预警能力。
在本申请一些实施例中，目标管道的许用应变可以按照以下公式计算得到：
Figure GDA0002918065460000071
其中，[ε]为目标管道的许用应变，εcrit为目标管道的管材的极限应变，极限应变根据目标管道的物理属性信息确定，F为目标管道的设计系数。
在本申请一些实施例中，极限应变包括极限拉伸应变和极限压缩应变，相应的，许用应变包括许用拉伸应变和许用压缩应变。相应的，极限拉伸应变和极限压缩应变可以按照以下公式计算得到：
Figure GDA0002918065460000072
Figure GDA0002918065460000073
其中，
Figure GDA0002918065460000074
为极限拉伸应变，
Figure GDA0002918065460000075
为极限压缩应变，δ为表观CTOD韧性；λ为屈强比；P为目标管道的设计压力；Fy为目标管道的有效屈服强度，Es为目标管道的管材弹性模量，t为目标管道的管道壁厚，ξ为目标管道的管道缺陷的长度与管道壁厚的比率，η为管道缺陷的深度与壁厚的比率，D为目标管道的管道外径。
在本申请一些实施例中，该方法应用于云服务器，其中，所述云服务器用于监测目标管道的管道状态。由于云服务器(即，云服务平台)具有较强的数据反馈、处理及分析能力，因此由云服务器执行上述实施例中的管道监测方法可以有效提高监测效率和准确率。
在本申请一些实施例中，接收数据采集仪发送的目标管道的应变数据，可以包括：接收数据采集仪通过移动网络发送的目标管道的应变数据，其中，移动网络包括4G移动网络和/或5G移动网络。相比于已有的远程数据传输***在无线传输中的效率仍不高，通过利用高速移动传输网络(4G移动网络和/或5G移动网络)，可以有效提高监测数据的传输速率，从而能够进行及时监测和预警。
基于同一发明构思，本申请实施例中还提供了一种管道状态监测装置，如下面的实施例所述。由于管道状态监测装置解决问题的原理与管道状态监测方法相似，因此管道状态监测装置的实施可以参见管道状态监测方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图2是本申请实施例的管道状态监测装置的一种结构框图，如图2所示，包括：接收模块201、生成模块202和确定模块203，下面对该结构进行说明。
接收模块201用于接收数据采集仪发送的目标管道的应变数据。
生成模块202用于根据应变数据和预警阈值，生成状态数据，其中，预警阈值根据目标管道的许用应变确定，许用应变根据目标管道的物理属性信息确定.
确定模块203用于根据状态数据，确定目标管道的失效风险。
在本申请一些实施例中，在生成状态数据之后，该装置还可以包括预警模块，预警模块可以用于：根据状态数据，确定是否进行预警。
在本申请一些实施例中，预警阈值包括多个预警阈值；相应的，预警模块可以具体用于：根据状态数据，确定预警级别。
在本申请一些实施例中，目标管道的许用应变可以按照以下公式计算得到：
Figure GDA0002918065460000081
其中，[ε]为目标管道的许用应变，εcrit为目标管道的管材的极限应变，极限应变根据目标管道的物理属性信息确定，F为目标管道的设计系数。
在本申请一些实施例中，极限应变可以包括极限拉伸应变和极限压缩应变，相应的，许用应变可以包括许用拉伸应变和许用压缩应变；相应的，极限拉伸应变和极限压缩应变可以按照以下公式计算得到：
Figure GDA0002918065460000091
Figure GDA0002918065460000092
其中，
Figure GDA0002918065460000093
为极限拉伸应变，
Figure GDA0002918065460000094
为极限压缩应变，δ为表观CTOD韧性；λ为屈强比；P为目标管道的设计压力；Fy为目标管道的有效屈服强度，Es为目标管道的管材弹性模量，t为目标管道的管道壁厚，ξ为目标管道的管道缺陷的长度与管道壁厚的比率，η为管道缺陷的深度与壁厚的比率，D为目标管道的管道外径。
在本申请一些实施例中，该装置可以位于云服务器中，其中，所述云服务器用于监测目标管道的管道状态。
在本申请一些实施例中，接收模块可以具体用于：接收数据采集仪通过移动网络发送的目标管道的应变数据，其中，移动网络包括4G移动网络和/或5G移动网络。
本申请实施例中还提供了一种管道状态监测***，可以包括：多个应变计，安装在目标管道上，用于检测目标管道的应变数据；数据采集仪，与多个应变计的线缆连接，以采集多个应变计测得的应变数据；无线传输装置，与数据采集仪通信连接，以将数据采集仪采集到的应变数据发送至上述任意实施例中所述的管道状态监测装置；管道状态监测装置。
图3示出了本申请一实施例中的管道状态监测***的示意图。如图3所示，管道状态监测***可以包括多个应变计。多个应变计可以用于测量目标管道的应变数据。在其他实施例中，应变计还可以测量目标管道的温度数据。管道状态监测***还可以包括数据采集及传输装置。数据采集及传输装置可以包括数据采集仪和无线传输装置。其中，数据采集仪可以与应变计的线缆连接，以采集应变计测得的应变数据。无线传输装置可以与数据采集仪通信连接，以将数据采集仪采集到的应变数据发送至管道状态监测装置。其中，管道状态监测装置可以包括上述实施例中任意实施例中所述的管道状态监测装置。
如图3所示，无线传输装置可以通过移动网络，例如4G网络或者5G网络，传输应变数据。如图3所示，管道状态监测装置可以设置在云服务器中。
请继续参考图3，在本申请一些实施例中，该***还可以包括太阳能供电装置。太阳能供电装置可以与数据采集仪和无线传输装置连接，用于为数据采集仪和无线传输装置供电。
如图3所示，在本申请的一些实施例中，该***还可以包括与管道状态监测装置通信连接的办公室计算机以及移动客户端。用户可以通过办公室计算机以及移动客户端登录至云服务器，即可以查看云服务器中的管道状态监测装置中的数据及预警情况。
下面结合一个具体实施例对上述方法进行说明，然而，值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本申请，并不构成对本申请的不当限定。
在具体实施例中，管道状态监测***可以包括前端管道应变数据测量部分、中端管道应变数据采集及传输部分和终端管道状态监测及预警处理部分。前端数据测量部分可以采用振弦式应变计。中端管道应变数据采集及传输部分可以包括应变数据采集仪、移动数据传输器、太阳能供电板及蓄电池。终端管道状态监测及预警处理部分可以包括数据采集软件、云服务平台实时监测及预警处理软件。
具体地，上述前端测量部分可以在管道的截面上采用三个振弦应变计，三个应变计分别位于管道的9点钟、12点钟及3点钟方向。
具体地，上述中端数据采集及传输部分中的数据采集仪可以为高集成智能型多通道采集仪，可根据现场应变计输入情况调整通道数，内置有数据上传及GPS模块。移动数据传输器可以为无线路由器，可应用现有4G移动网络进行数据传输，也可根据移动网络的更新，采用5G移动网络。太阳能供电装置可以由太阳能板及蓄电池组成，含有太阳能控制器及跟踪控制***，可对蓄电池起到保护作用，并可以根据太阳角度调整位置朝向，可达到高效电能转换效果。
具体地，上述终端管道状态监测及预警处理部分，采集软件为自主开发软件，包括***配置、自动化配置、自动化控制和数据管理功能。在自动化配置模块中可以进行单元配置和测点配置。其中，单元配置中可以填入自动化采集仪的单元地址、单元ID、单元PIN码。测点配置中需要填入模数初值、温度初值。其中，在线实时监测预警平台为自主开发云端服务平台。数据采集软件中的单元配置和测点配置完成以后，在平台内同样完成设备配置并选择通道，完成监测配置。在完成平台配置后，可在线读取数据，可根据读取时段、时间间隔、数据类型，形成应变和温度的数据报表、单值曲线、多值曲线。同时也可以数据导出，保存在电子表格内。最终实现在云端服务器中可浏览监测数据、预警管理、巡视检查及视频监控。具体地，上述预警处理中的监测预警方案设计为三级预警，采用应变阈值管理的方法，即设计不同的阈值，当监测数据达到不同的阈值，会进行预警信息发送以便提醒管理者。例如，一级预警阈值可以为60％的许用应变，二级预警阈值可以为80％的许用应变，三级预警阈值可以为100％的许用应变。
上述管道状态监测***，基于移动网络及云服务平台，能够实现复杂地质条件下油气管道应变状态的远程实时监测，提高了现场安装简易便捷性，能够实现不同环境下管道的监测装置安装，提高了数据传输的高效可靠性，采用的移动网络(4G及今后的5G)能够实现数据的不间断远程传输，提高了后端数据处理及监测的能力，后端处于云服务平台中，操作便捷功能多样，且具有自主开发的数据采集软件及监测预警软件，因而可以有效提高油气管道的监测预警能力，保障复杂地质条件下油气管道的安全运行，为油气管道的高效运行提供了重要的技术支撑。
下面结合附图及具体现场实例，对本申请实施例提供的基于移动网络及云服务平台的管道状态监测***的实施具体步骤及实际应用效果进行详细说明。
本监测***在实施时，首先需进行工程试验研究。选取典型的管道截面，且所选的试验管段应由内检测结果确认为无缺陷。在所选管道截面上安装三个应变计，测量并记录管道在原始应力下的实测应变数据。之后对管道施加各种外载荷进行测试，包括垂直覆土、侧向堆土及动载荷，再测量这些情况下管道的实测应变数据。
之后，进行管道作业坑开挖，如图4所示，开挖前进行现场测量，确认管道正确位置及埋深情况，确定是否二次放坡。作业坑开挖时站内运行人员及施工人员全程监护防止出现埋地管线及光缆损伤。如图5所示，管道截面共布置三个应变计，应变计1位于管道截面的9点钟方向，应变计2位于管道截面的12点钟方向，应变计3位于管道的3点钟方向。根据所安装的三个应变计的方法及读数，可以对所测量管道截面任意位置的轴向应变通过以下公式计算得到：
Figure GDA0002918065460000111
其中，ε90为管道的轴向应变；r为管道的半径，ε1为应变计1测得的数据，ε2为应变计2测得数据ε3为应变计3测得数据，x,y为管道截面任意坐标。
根据应变计1、2及3的安装位置，在管体中对应位置选取10×5cm的区域(该区域为应变计的安装位置，大小根据应变计的大小得到)进行防腐层的剥离，剥离过程中为保证安全，采用木工刨刃剥离3PE外防腐层的方式，再利用砂纸刷剥离管壁上的防腐材料，直至漏出管材本色，用丙酮擦洗，拭去打磨残留下来的碎屑。
如图6所示，示出了本申请一实施例中的管道应变计安装示意图。现场应变计安装不使用明火，采用环氧粘结方式。首先将环氧涂抹在应变计安装基片上，将活化剂涂到管道粘接基面上。之后将应变计按压在管体上，持续一段时间直到环氧凝固。为保证粘接质量，粘接位置处无焊缝存在。安装应变计之后，涂抹防水复合剂进行保护以免进水腐蚀。在防水层凝固之前，把振荡线圈盒安在应变计上，不要使用过多的防水复合剂，以不阻碍其相对于两端钢端块的自由变形为准。采用电缆扎线或胶带将应变计电缆固定于管体之上。采用便携式应变读数仪，确定应变计读数在所期望的范围内。应变计安装调试完毕后，采用粘弹体涂覆传感器，在剥离防腐层位置用聚丙烯冷缠带对管道进行重新防腐处理。探坑采用生、熟土分开回填的方法，回填过程中保护好光缆，回填土高出地面。
如图7所示，示出了本申请实施例中的数据采集及传输装置。其中，数据采集及传输装置可以包括数据采集仪和无线传输装置。可以将管体安装的应变计线缆连接至数据采集仪内，并将无线传输装置安装好。无线传输装置可以采用移动网络(4G和/或5G)，进行管道采集数据的高效传输。
如图8所示，图8示出了本申请一实施例中的太阳能供电***的示意图。油气管道多处于野外地区，监测点电能供应需保证***24小时持续监测，进而本监测***采用太阳能供电***。安装步骤如下：根据管道所处实际环境，圈定出太阳能供电***的施工位置；将立杆下部***水泥墩内，将水泥墩埋入坑中并压实；将太阳能板安装固定在立杆上；将连接线固定连接好；将控制器与蓄电池组安装好并连接调试正常；将数据采集箱固定于太阳能立杆上，并做好防雷、防水等保护措施。
在监测***安装完毕后，可以在计算机上安装数据采集软件，调试整个***，保证正常工作。自主开发的监测***的数据采集软件具有高效稳定数据采集的功能。采集软件包括：***配置、自动化配置、自动化控制和数据管理功能。请参考图9和图10，图9示出了本申请一实施例中数据采集软件的单元配置图，图10示出了本申请一实施例中数据采集软件的测点配置图。在自动化配置模块中需要进行单元配置和测点配置，单元配置中需要填入自动化采集仪的单元地址、单元ID、单元PIN码。测点配置中需要填入模数初值、温度初值。在自动化控制中可以实现在线测量的功能。
本监测***可以主要用于油气管道在恶劣施工环境中的监测，主要包括滑坡地段的管道、活动断层段的管道、采空区段的管道、冻土区的管道和海洋管道。采用基于应变设计准则的管道安全预警方法可以包括以下内容：确定管道在不同状态下的极限应变，考虑一定设计系数后，确定管道在不同状态下的许用应变。
其中，目标管道的许用应变按照以下公式计算得到：
Figure GDA0002918065460000131
其中，[ε]为目标管道的许用应变，εcrit为目标管道的管材的极限应变，极限应变根据目标管道的物理属性信息确定，F为目标管道的设计系数。
其中，极限应变包括极限拉伸应变和极限压缩应变，相应的，许用应变包括许用拉伸应变和许用压缩应变；相应的，极限拉伸应变和极限压缩应变按照以下公式计算得到：
Figure GDA0002918065460000132
Figure GDA0002918065460000133
其中，
Figure GDA0002918065460000134
为极限拉伸应变，
Figure GDA0002918065460000135
为极限压缩应变，δ为表观CTOD韧性；λ为屈强比；P为目标管道的设计压力；Fy为目标管道的有效屈服强度，Es为目标管道的管材弹性模量，t为目标管道的管道壁厚，ξ为目标管道的管道缺陷的长度与管道壁厚的比率，η为管道缺陷的深度与壁厚的比率，D为目标管道的管道外径。由上式计算得到监测管道的许用拉伸应变和许用压缩应变。
本实施例中的管道监测预警采用自主设计开发的基于云服务器的监测预警平台，自动化数据采集仪采集的数据会实时上传至云平台，只需登录平台就可以进行数据浏览、预警管理、巡视检查、视频监控。图11示出了本申请一实施例中的云服务平台的应变监测图，图12示出了本申请一实施例中的云服务平台应变预警图。数据采集软件中的单元配置和测点配置完成以后，在平台内同样完成设备配置和测点配置，在平台内配置时只需选择通道，即可完成配置。在完成平台配置后，可以在线读取数据，可以根据读取时段、时间间隔、数据类型，形成应变和温度的数据报表、单值曲线、多值曲线。同时也可以将数据导出，存储在EXCEL文件内。监测预警方案设计为三级预警，采用应变阈值管理的方法，即设计不同的阈值，当监测数据达到不同的阈值，会进行预警信息发送以便提醒管理者。例如，一级预警阈值可以为60％的许用应变，二级预警阈值可以为80％的许用应变，三级预警阈值可以为100％的许用应变。
本实施例具体考察了本申请实施例中的管道状态监测***的实际应用效果。对某穿越横向滑坡的天然气输送管道进行实际监测，管道相关参数为：管径φ＝219×7.1mm，输气压力P＝3Mpa，管材采用X52，弹性模量E＝200GPa，屈服强度δs＝375MPa，泊松比μ＝0.3，管道埋深h＝1m，滑坡宽度为60m。根据上述许用应变的计算方法，计算得到该实际管道的许用应变，并分别得到一级、二级及三级预警阈值，如表1所示。应变计1、2及3对应于该管道1号监测点，应变计4、5及6对应于该管道2号监测点。根据上述许用应变计算方法，计算得到该实际管道的许用应变，管道的许用拉伸应变为13800με，许用压缩应变为6400με。根据许用拉伸及压缩应变以及应变计的布置位置及受力状态得到一级、二级及三级预警阈值，如表1所示。应变计1主要受压缩应力，应变计2及3主要受拉伸应力，对应于该管道1号监测点。应变计4主要受压缩应力，应变计5及6主要受拉伸应力，对应于该管道2号监测点。
表1应变预警阈值
应变计 一级预警阈值/με 二级预警阈值/με 三级预警阈值/με
应变计1 3840 5120 6400
应变计2 6000 8000 10000
应变计3 8280 11040 13800
应变计4 3840 5120 6400
应变计5 6000 8000 10000
应变计6 8280 11040 13800
请参考图13，示出了实际应用本申请一实施例中的监测***得到的一月份的监测结果实例图。如图13所示，一月份的1号监测点轴向应变为拉应变，大小基本保持在50με，温度大都在11℃，后期略有下降。一月份的2号监测点轴向应变为压应变，大小逐渐变小，温度变化规律与1号监测点相似，略有下降。由结果可见，两个监测点的应变值均未超过一级预警阈值，未发生报警，管道处于安全状态。
请参考图14，示出了实际应用本申请一实施例中的监测***得到的二月份的监测结果实例图。如图14所示，二月份的1号监测点轴向应变逐渐减小，由拉应变转变为压应变，温度略有上升。二月份的2号监测点轴向应变为压应变，呈波动状态，温度变化规律与1号监测点相似，略有上升。由结果可见，两个监测点的应变值均未超过一级预警阈值，未发生报警，管道处于安全状态。
请参考图15，示出了实际应用本申请一实施例中的监测***得到的三月份的监测结果实例图。如图15所示，三月份的1号监测点轴向压应变逐渐增大，温度不断上升；三月份的2号监测点轴向压应变也不断增加，温度同样保持不断上升。由结果可见，两个监测点的应变值均未超过一级预警阈值，未发生报警，管道处于安全状态。
请参考图16，示出了实际应用本申请一实施例中的监测***得到的四月份的监测结果实例图。如图16所示，四月份的1号监测点轴向压应变逐渐增大，月末保持稳定，大小为370με，温度不断上升。四月份的2号监测点轴向压应变不断增大，温度不断上升。由结果可见，两个监测点的应变值均未超过一级预警阈值，未发生报警，管道处于安全状态。
请参考图17，示出了实际应用本申请一实施例中的监测***得到的五月份的监测结果实例图。如图17所示，为现场管道五月份监测点的结果数据。五月份的1号监测点轴向应变压应变月初保持稳定，大小为350με，从12号以后有一个突然的增大，保持在440με，温度不断上升。五月份的2号监测点轴向压应变与1号监测点规律相似，从月初的740με增加到800με，然后保持不变，温度不断上升。由结果可见，两个监测点的应变值均未超过一级预警阈值，未发生报警，管道处于安全状态。
以上实施例的监测结果表明，本申请实施例中的基于移动网络及云服务平台的管道状态远程实时监测***具有良好的应用性，能够准确监测现场管道的应变状态，实现了管道安全运行的准确高效监测。
本申请实施方式还提供了一种计算机设备，具体可以参阅图18所示的基于本申请实施例提供的管道状态监测方法的计算机设备组成结构示意图，所述计算机设备具体可以包括输入设备181、处理器182、存储器183。其中，所述存储器183用于存储处理器可执行指令。所述处理器182执行所述指令时实现上述任意实施例中所述的管道状态监测方法的步骤。
在本实施方式中，所述输入设备具体可以是用户和计算机***之间进行信息交换的主要装置之一。所述输入设备可以包括键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、语音输入装置等；输入设备用于把原始数据和处理这些数的程序输入到计算机中。所述输入设备还可以获取接收其他模块、单元、设备传输过来的数据。所述处理器可以按任何适当的方式实现。例如，处理器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该(微)处理器执行的计算机可读程序代码(例如软件或固件)的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式等等。所述存储器具体可以是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。所述存储器可以包括多个层次，在数字***中，只要能保存二进制数据的都可以是存储器；在集成电路中，一个没有实物形式的具有存储功能的电路也叫存储器，如RAM、FIFO等；在***中，具有实物形式的存储设备也叫存储器，如内存条、TF卡等。
在本实施方式中，该计算机设备具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
本申请实施方式中还提供了一种基于管道状态监测方法的计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机程序指令，在所述计算机程序指令被执行时实现上述任意实施例中所述管道状态监测方法的步骤。
在本实施方式中，上述存储介质包括但不限于随机存取存储器(Random AccessMemory,RAM)、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、缓存(Cache)、硬盘(Hard DiskDrive,HDD)或者存储卡(Memory Card)。所述存储器可以用于存储计算机程序指令。网络通信单元可以是依照通信协议规定的标准设置的，用于进行网络连接通信的接口。
在本实施方式中，该计算机存储介质存储的程序指令具体实现的功能和效果，可以与其它实施方式对照解释，在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本申请的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种管道状态监测方法，其特征在于，包括：
接收数据采集仪发送的目标管道的应变数据；
根据所述应变数据和预警阈值，生成状态数据，其中，所述预警阈值根据所述目标管道的许用应变确定，所述许用应变根据所述目标管道的物理属性信息确定；
根据所述状态数据，确定所述目标管道的失效风险；
其中，所述目标管道的许用应变按照以下公式计算得到：
Figure FDA0002893431520000011
其中，[ε]为所述目标管道的许用应变，εcrit为所述目标管道的管材的极限应变，所述极限应变根据所述目标管道的物理属性信息确定，F为所述目标管道的设计系数；
所述极限应变包括极限拉伸应变和极限压缩应变，相应的，所述许用应变包括许用拉伸应变和许用压缩应变；
相应的，所述极限拉伸应变和所述极限压缩应变按照以下公式计算得到：
Figure FDA0002893431520000012
Figure FDA0002893431520000013
其中，
Figure FDA0002893431520000014
为所述极限拉伸应变，
Figure FDA0002893431520000015
为所述极限压缩应变，δ为表观CTOD韧性；λ为屈强比；P为所述目标管道的设计压力；Fy为所述目标管道的有效屈服强度，Es为所述目标管道的管材弹性模量，t为所述目标管道的管道壁厚，ξ为所述目标管道的管道缺陷的长度与管道壁厚的比率，η为所述管道缺陷的深度与壁厚的比率，D为所述目标管道的管道外径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在生成状态数据之后，还包括：
根据所述状态数据，确定是否进行预警。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预警阈值包括多个预警阈值；
相应的，根据所述状态数据，确定是否进行预警，包括：
根据所述状态数据，确定预警级别。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法应用于云服务器，其中，所述云服务器用于监测目标管道的管道状态。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接收数据采集仪发送的目标管道的应变数据，包括：
接收数据采集仪通过移动网络发送的目标管道的应变数据，其中，所述移动网络包括4G移动网络和/或5G移动网络。
6.一种管道状态监测装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收数据采集仪发送的目标管道的应变数据；
生成模块，用于根据所述应变数据和预警阈值，生成状态数据，其中，所述预警阈值根据所述目标管道的许用应变确定，所述许用应变根据所述目标管道的物理属性信息确定；
确定模块，用于根据所述状态数据，确定所述目标管道的失效风险；
其中，所述目标管道的许用应变按照以下公式计算得到：
Figure FDA0002893431520000021
其中，[ε]为所述目标管道的许用应变，εcrit为所述目标管道的管材的极限应变，所述极限应变根据所述目标管道的物理属性信息确定，F为所述目标管道的设计系数；
所述极限应变包括极限拉伸应变和极限压缩应变，相应的，所述许用应变包括许用拉伸应变和许用压缩应变；
相应的，所述极限拉伸应变和所述极限压缩应变按照以下公式计算得到：
Figure FDA0002893431520000022
Figure FDA0002893431520000023
其中，
Figure FDA0002893431520000024
为所述极限拉伸应变，
Figure FDA0002893431520000025
为所述极限压缩应变，δ为表观CTOD韧性；λ为屈强比；P为所述目标管道的设计压力；Fy为所述目标管道的有效屈服强度，Es为所述目标管道的管材弹性模量，t为所述目标管道的管道壁厚，ξ为所述目标管道的管道缺陷的长度与管道壁厚的比率，η为所述管道缺陷的深度与壁厚的比率，D为所述目标管道的管道外径。
7.一种管道状态监测***，其特征在于，包括：
多个应变计，安装在目标管道上，用于检测所述目标管道的应变数据；
数据采集仪，与所述多个应变计的线缆连接，以采集所述多个应变计测得的应变数据；
无线传输装置，与所述数据采集仪通信连接，以将所述数据采集仪采集到的应变数据发送至根据权利要求6所述的管道状态监测装置；
所述管道状态监测装置。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，还包括：
太阳能供电装置，与所述数据采集仪和所述无线传输装置连接，用于为所述数据采集仪和所述无线传输装置供电。
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