[发明专利]一种冻土区油气管道监测方法

权利要求书

1.一种冻土区油气管道监测方法，其特征是在冻土区(1)的油气管道a(2)表面及其周围安装多个光纤光栅温度传感器a(3)、光纤光栅温度传感器b(4)、光纤光栅温度传感器c(5)组成的温度传感器组，在油气管道a(2)周围安装多个光纤光栅含水量传感器a(6)、光纤光栅含水量传感器b(7)、光纤光栅含水量传感器c(8)、光纤光栅含水量传感器d(9)组成的含水量传感器组，在油气管道(2)一侧，安装多个光纤光栅位移传感器a(10)、光纤光栅位移传感器b(11)，所有传感器串联熔接，然后通过光缆(12)引到监测站里，光缆(12)与光开关(13)连接，光开关(13)与光纤光栅解调仪(14)连接，解调仪(14)与下位机(15)连接，下位机(15)预处理后的数据通过卫星通信模块(16)传输至低轨道卫星(17)，低轨道卫星(17)接收到数据后将数据转发至卫星通信模块(18)，卫星通信模块(18)将接收到的数据传输到上位机(19)进行分析和处理；

冻土区油气管道的监测流程：多个光纤光栅温度传感器a(3)、光纤光栅温度传感器b(4)、光纤光栅温度传感器c(5)组成的温度传感器组、多个光纤光栅含水量传感器a(6)、光纤光栅含水量传感器b(7)、光纤光栅含水量传感器c(8)、光纤光栅含水量传感器d(9)组成的含水量传感器组及多个光纤光栅位移传感器a(10)、光纤光栅位移传感器b(11)组成的光纤光栅位移传感器组分别对管道周围的温度、水分及管体位移进行监测；此监测得到的信号经光缆(12)传到光开关(13)，经解调仪(14)解调传至下位机(15)，下位机(15)调用自编的程序，控制光开关(13)和解调仪(14)，实现数据的采集并对数据进行预处理；预处理后的数据通过卫星通信模块(16)传输至低轨道卫星(17)，低轨道卫星(17)接收到数据后将数据转发至卫星通信模块(18)，卫星通信模块(18)将接收到的数据传输到上位机(19)进行分析和处理，判断冻土区管道的安全状态，对冻土区冻胀融沉灾害预报、油气管道的安全预警；

数据的处理主要由软件完成，其流程是：开始后，下位机数据采集；光开关导通；光纤光栅解调仪采集数据；下位机数据预处理；卫星通信；上位机判断数据是否完整？若否，则返回下位机数据预处理，若是，则处理并判断数据是否超出阀值？若超出，则报警。

2.根据权利要求1所述的一种冻土区油气管道监测方法，其特征是所述管道位移监测方法是：多个光纤光栅位移传感器a(10)、光纤光栅位移传感器b(11)对管体位移进行监测；此监测得到的信号由下位机(15)采集和预处理，预处理后的数据经远传与接收，至上位机(19)，由上位机(19)进行分析和处理，判断冻土区管道的安全状态，进行冻土区管道温度场动态显示、冻土区管体位移动态显示、冻土区管道水分场动态显示；对冻土区冻胀融沉灾害预报、油气管道的安全预警；

判断管道是否安全，只需将管道的轴线应力与管体屈服应力进行对比，如果超出屈服应力，则进行报警；管道的位移y与管道轴线应力σ之间的计算公式如下：

在计算时，将管道看作半无限空间的梁，根据地基梁理论定性分析管道的应力变化。

管道位移y曲线为：

y=-2ΔI3x3+3ΔI2x2---(1)]]>

弯矩M的计算公式：

M=-EIzd2ydx2---(2)]]>

将公式(1)代入公式(2)得：

M=EIz(6ΔI2-12ΔI3x)---(3)]]>

I_z为梁截面惯性矩，I_z的计算公式为：

Iz=πR3δ+32πR2δ2+πRδ3+14πδ4---(4)]]>

则管道截面的轴线应力σ：

σ=MyIz---(5)]]>

式中：E为管材弹性模量；R为管道内径，δ为管道壁厚；

根据管道发生的位移y，计算出管道的轴线应力σ，将σ与管道屈服应力对比，判断管道的安全状态。