[发明专利]一种高温压力管道结构损伤在线监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种对在役高温压力管道损伤检测技术领域的方法，具体是一种高温压力管道结构损伤在线监测装置。

背景技术

现代工业中，高温压力管道广泛应用于化工、石油企业、电厂等，其安全可靠性是预防管道泄漏和爆炸事故发生的重要保障。由于高温蠕变和管壁腐蚀减薄等因素，导致压力管道结构损伤。早期损伤是由微小损伤裂纹引起，在应力集中部位的材料蠕变损伤积累发展到一定程度形成宏观裂纹，在复杂环境下很可能快速发展为大损伤，往往导致重大安全事故发生，造成更大经济损失。因此建立一套在役高温压力管道结构损伤在线监测装置，能够提供高温管道的动态、实时、在线的结构损伤监测数据，提供预报信息，对于消除故障隐患以及避免灾难性事故的发生具有重要意义。

随着石油、化工等传统工业日益向大规模、高效率发展，作为企业生产中至关重要的高温压力管道，目前应用的损伤分析判别技术还不能做出准确的预警和安全评估。载荷应力、热应力等引起的损伤是压力管道主要损伤模式之一，实现对高温压力管道结构损伤在线监测的核心技术是高温环境下应变测量装置。已有用于测量损伤变形的传感装置较多，比如一种电站锅炉主蒸汽管道高温蠕变监测系统201020270797.4，通过高分辨率相机拍摄监测薄片的应变，但是图像信号受工作环境的影响较大，容易失真。比如在役长输油气管道应力应变无损监测装置201120181082.6，但是这些装置一般仅适合常温工作环境下的应变测量，不满足高温环境下设备在线监测要求。目前高温管道应变监测技术手段还有引伸式传感器装置，但是这些装置系统的稳定性及精度要求高，而且累积误差大，影响测量结果。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种在役高温压力管道结构损伤在线监测装置，实时动态监测高温管道的结构损伤状况。该装置包括硬件和软件两部份，可用于复杂的高温环境，能够准确地识别与定位多损伤，灵敏度高、便于安装。

本发明是通过以下技术方案是这样实现的：

高温压力管道结构损伤在线监测装置，其特征在于通过下面的硬件、软件控制设置来实现：

所述的监测装置硬件部份包括环形固定支架2、可调节联接螺栓3、焊接式高温应变计4、应变计引线5、引线座6、隔热层7、引线固定卡座8。所述的环形固定支架2与被测高温压力管道1同轴安装在管道表面，其下端联接处通过联接螺栓3将其固定在压力管道表面，环形固定支架2主要起到固定应变计引线。采用点焊方式10，将焊接式高温应变计4牢牢地安装在被测高温压力管道的表面上。首先应变计引线5通过引线座6将其固定在被测结构表面，然后再通过卡座8将引线固定在环形固定支架2的隔热层7上，以防高温损坏，最后应变计引线5与测试终端9相连接。上述监测装置硬件中，联接螺栓3可以调节环形固定支架2内径大小；应变计引线5通过引线固定卡座8将引线固定在环形固定支架2的隔热层7上。

所述的监测装置软件部份主要集中在测试终端的上位机。软件系统以损伤识别模块为中心，首先建立一个ARMA(n，m)模型为：其中为ARMA模型AR部分的第k阶系数，θ_j为ARMA模型MA部分的第j阶系数，n和m分别为AR部分和MA部分的阶次，a_i(t)是残差项并属于正态白噪声序列。由损伤因子计算模块执行事先编制好的ARMA(n，m)模型程序，采用AIC准则：取使AIC值最小的n和m为模型最优阶次，根据最小二乘方法计算出ARMA(n，m)模型的参数及然后采用有限元模拟、理论分析计算出监测点无损伤时的结构特征量均值μ_λu。另外，依据模型最优阶次的计算结果为n＝m＝3，通过ARMA(3，3)模型参数及θ₁，θ₂，θ₃计算出工作状态下的监测点的动态结构特征量均值μ_λd(t)。通过损伤因子公式DI(t)＝|μ_λd(t)-μ_λu|/μ_λu，可求出各时间段的损伤因子DI(t)，并用此损伤因子来判断传感路径的损伤程度。

上述监测装置软件设计中，当实际损伤因子发生变动即对象模型误差变化时，或者用户希望获得较高的精确度时，在线调节模型阶数值，使得输出值为无偏估计。另外，上位机中建立由在线动态采集数据组成的实时数据库，根据设定的算式和时间间隔，可以自动地给出任意时段的在役高温压力管道各监测点的损伤状态。

本发明的优点在于：