[发明专利]一种管道内部压强的无损监测方法

说明书

本发明属于光纤传感技术领域，涉及到一种管道内部压强的无损监测方法。该方法利用管道内部直径变化量与光纤光栅传感器所测得的变化量相同建立等式关系，通过测量安装在管道上的光纤光栅传感器的应变值，可以有效得到管道内的压强值，从而对管道的内部压强进行监测。本发明具有原理简单、安装方便、对管道结构无损害、可实现远距离实时在线监测等优点，通过对传感器标距和传感器夹具尺寸的变化，可以对多种不同管径的管道进行压强测量；可以完成对管道内部压强的无损、实时、准确的监测，对于提高管道结构的安全运行，提高总体经济效益，将产生积极的意义。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及到一种管道内部压强的无损监测方法。

背景技术

随着工业经济的迅速发展，石油、天然气等对人类发展至关重要的资源需求量不断加大。管道因具有成本低、节省能源、安全性高、供给稳定等优点，可以长距离输送石油、天然气，因而其使用量也在不断增加。为使管道内介质正常输送，向管道内加入适当的压强是必不可少的。一方面，过大的压强会使管道无法承受过大的压力而破坏，降低管道的使用寿命；另一方面，过小的压强又无法使管道内介质正常输送，增加经济成本。因此对管道关键节点进行管内压强的实时监测，可保证管道安全有效运行，提高总体经济效益。

目前测量管道内部压强的方法主要有安装压力表测量法和安装压力变送器测量法。对于以上两种方法，都需要对管道进行开口，将压力表或压力变送器通过阀门与管道结构连接，从而对管道内部压强进行测量。这两种方法都对管道结构进行了破坏，对管道未来的长期运行存在安全隐患，并且一旦测压装置损坏，不易更换。另外，对于安装压力表测量法所测得的管道内部压强值，需要人工读数；不但耗费人力，而且还无法做到实时监测管道内部的压强变化。压力变送器为电类传感器，虽然可以解决人工监测压强数据的问题，但是对于输油输气管道，石油和天然气都具有极强的易燃性；电类传感器在此类管道上安装使用，依然使管道存在易燃易爆的风险。

近年来，随着光纤传感技术在军事，航空，基础设施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的监测中。光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、不直接使用电力、灵敏度高、易于实现远距离信号采集等诸多优点，可以实现对管道内部压强准确实时的监测。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种管道内部压强的无损监测方法。该方法以不破坏管道、不影响管道正常运营为前提，利用管道内部直径变化量与光纤光栅传感器所测得的变化量相同建立等式关系，通过测量安装在管道上的光纤光栅传感器的应变值，可以有效得到管道内的压强值，从而对管道的内部压强进行监测。这种监测方法不会对管道结构产生损伤问题、不直接使用电力、灵敏度高、可实现压强值的远距离实时采集。并且可根据被测量管道尺寸设计相应的传感器标距和传感器夹具，实现多种不同管径管道的压强测量；传感器安装方法简单，易于安装。

本发明的技术方案是：

一种管道内部压强的无损监测方法，通过管道内部直径变化量与光纤光栅传感器所测得的变化量相同建立等式关系，得到管道内部压强和光纤光栅传感器所测得应变值的关系；通过测量安装在管道上的光纤光栅传感器的应变值，得到管道内部压强，从而进行管道内部压强的无损监测；具体如下：

管道在工作过程中，内部压强会作用在管壁上，致使管道内部直径发生变化。因管道一般为长距离运输，管道长度远大于管道壁厚，则可以忽略壁厚的影响；由材料力学基本原理可知，管道任意一点的应力状态为：

环向应力：轴向应力：径向应力：σ₃＝-P；

其中，P为管道内部压强，d为管道外径长度，δ为管道壁厚。

管道内部直径增大量Δd：

其中，E为管道材质的弹性模量，ν为泊松比。