[发明专利]一种冻土区油气管道竖向位移自动监测系统

说明书

技术领域

本发明是一种冻土区油气管道竖向位移自动监测系统。涉及管道系统技术领域。

背景技术

随着我国能源管道的发展，管道逐渐在冻土区敷设，如中俄原油管道漠河-大庆原油管道(下简称漠大线)，遇到了复杂的冻土灾害问题，对管道安全形成严重影响。

国外有60多年冻土区修建、运营管道的历史。均对针对冻土问题进行了周密的考虑，并采取了大量的预防措施，但仍不可避免的发生了大量由于冻胀融沉引起的事故，如罗曼井管道通过长达17年的监测，发现管道沿线多年冻土持续融化和沉降，导致融化深度达3m-5m。我国上世纪70年代修建投产的格拉管道也多次因冻融作用发生变形、破坏。冻胀融沉问题仍是影响高寒地区管道安全运营的重大难题，目前各相关管道公司和研究机构仍在进行研究。

目前而言，管道一旦发生冻胀、融沉，则很难恢复，影响严重时往往需要耗巨资重新敷设管道，因此对管道冻土灾害应以预防为主，尽量避免发生对管道有影响的冻土灾害。冻土灾害对管道的主要影响是导致管道发生竖向隆起或沉降，对管道竖向位移进行监测可以直观反映管道的安全状况和冻土灾害的发展状况。目前已经有很多地面位移监测技术，但由于冻土区冬季往往冰雪覆盖，环境温度极低(可达-50℃)，夏季则成为沼泽湿地，人员难以进入，常规手段无法对管道附近地表位移进行监测。管体位移监测则更加复杂，目前主要采用机械式位移监测技术和内检测器管道中心线检测技术。机械式位移监测方法需要技术人员携带全站仪等监测设备到现场采集数据，监测周期长，受环境因素影响大，且无法实现自动监测。内检测器管道中心线检测技术主要用来检测管道中心线位移变化，由于成本高昂，一般一年或数年检测一次，难以实现管道竖向位移的日常监测。在其他行业用以监测竖向位移的方法主要为使用静力水准仪，该方法要求被监测点基本处于同一水平面，且量程小(不大于1m)，而管道监测段高差可以达到3m-5m，且竖向位移量在1-2年内可以达到1m-2m，常规静力水准仪无法满足冻土区管道竖向位移监测需求。由于环境恶劣，静力水准仪也无法在现场安装。

当前自动沉降监测方法主要为基于静力水准的方法，该方法在基准点设置一个基准水箱，在每个监测点设一个水箱，监测点水箱与基准点水箱联通，通过测量液面变化计算监测点的沉降，该方法监测精度较高，但要求每个要求各监测点高程基本一致，且量程不大于1m。且由于无法埋地，而无法应用极端低温的高寒冻土地区。

发明内容

本发明的目的是发明一种适用于大落差地区(管道在1km范围内落差达到3m-5m)、大量程(1m-2m)、自动监测的冻土区油气管道竖向位移自动监测系统。

本发明建立了基于液体压力的管道竖向位移自动监测方法，该系统通过直接测量处于同一液压系统的基准点和监测点位置的液体压力来计算基准点与监测点的高程差，当监测点发生沉降或抬升时，即可在高程差中反映出来。由于测量液体压力的渗压计的数据可以进行自动实时采集，因此该系统可以实现自动监测。

本发明是基于液体压力的管道竖向位移自动监测方法，该方法在管沟外侧设置监测基准点，并确保基准点长期稳定，高程不会发生变化；在管体设置监测点。在基准点和管体监测点各固定渗压计。所有渗压计通过液体连通管连接到液罐，使所有渗压计采用共同的液体压力系统。通过固定于基准点渗压计可测量基准点渗压计所在位置的液体压力，通过监测点渗压计可以测量监测点渗压计所在高程的液体压力，则基准点与监测点之间的高程差可表示为Δhw_i＝hw_JZ-hw_JCi＝(Pw_JZ-Pw_JCi)/ρ，式中ρ为液罐和连通管内液体密度。基准点渗压计的高程长期稳定(视为恒定值)，当管道发生沉降或向上隆起时，固定于管道的渗压计高程同时发生变化，从而与基准点的高程差发生变化，新的高程差可通过测量液体压力计算获得，从而可以计算管道高程变化。通过渗压计定期测量基准点与各监测点的液体压力，即可获得各监测点的管道的高程变化，即竖向位移。

所有渗压计均与数据采集装置连接，均实现数据实时采集，并通过数据远传装置将数据通过移动信号(GPRS)或卫星实时传输至室内数据远程传输装置，经数据处理服务器处理后，向用户实施发布监测预警信息，从而实现管道竖向位移的自动实时监测预警。