[发明专利]一种适用于高温环境的管道应变实时检测器

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感设备部件技术领域，具体涉及一种适用于高温环境的光纤光栅式管道应变实时检测器。

背景技术

随着能源开采规模的不断扩大，高温管道已广泛应用于石油化工、航空航天、钢铁能源、环境保护、制药等与国家经济命脉紧密联系的行业。而每年都会有高温管道爆炸和泄漏事故发生，防止爆管发生成为关注焦点。大量事故统计显示，造成高温管道泄漏和爆炸的主要原因是管壁腐蚀减薄和高温蠕变。而且高温管道的外壁失效应变是一个非线性过程，即管道越接近失效爆裂，其外壁的应变量越大。因此如果能够获取高温管道的动态、实时、在线的应变检测数据，就可以预判管道的蠕变和爆裂的可能性，从而确保压力管道安全运行，避免爆管伤人事故的发生。因此建立一套高温管道外壁应变的实时检测系统具有重要意义。

我国对超期服役高温管道的失效检测通常采用在停机年检时对管道的蠕变程度进行人工千分尺测量；或者从高温管道上割取一段压力管道进行高温蠕变测试试验，从而对管道的安全运行状况进行测试。但这两种方法存在缺点：首先，上述两种方法均需要停机才可以进行检测；其次，两种方法均需要人工长时间对管道的性能进行测量并记录数据，这样不但工作量大、代价高、精度不高、试验周期长；最为重要的是，两种方法均不能对运行中的管道进行测试。

对高温管道进行实时检测的方法目前主要采用电学传感器检测方法、红外热成像检测方法和超声波检测方法。

利用高温电容式传感器可以进行压力管道的应变检测，但是一般电容传感器无法在高温下长期工作，而且使用的高温电容传感器或者高温应变片都价格昂贵，抗电磁干扰性能差，但在化工企业和石油企业高温管道内部通常为易燃易爆的危险品，任何微弱的电磁信号、电火花都会引发燃爆，因而无法使用；采用红外热成像方法检测高温压力管道内部缺陷，建立一个大型管道试验装置，对不同壁厚的不锈钢和碳钢管道壁厚减薄缺陷进行了加温或降温过程的红外热成像检测试验，该方法缺陷在于成像质量受太阳光及背景反射、管道表面状态等因素的影响；采用超声波检测高温压力管道的应变，主要研究材料的高温检测，如热钢板、高温锻件的超声波检测，所做的工作主要是高温状态下的壁厚测试。而不同的温度下，材料中超声波的声速、声压发生变化，随着温度的升高，超声波的速度降低，声波幅度衰减显著变大，对超声波探测影响很大。

综上所述，目前所用的实时检测方法都不能满足高温管道的实时检测，高温管道应变实时检测急需开发更加合适的技术装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于高温环境的光纤光栅式管道应变实时检测器，即一种安装方便、结构简单、灵敏度高，能对高温管道外壁二维应变状态同时进行准确有效实时检测，且在传感系统内部进行温度补偿的光纤光栅式的高温管道应变实时检测器，以及应用该检测器的检测系统及使用方法。

本发明首先提供一种适用于高温环境的光纤光栅式管道应变实时检测器，包括有敏感膜板和固定在敏感膜板上的高温光纤光栅传感器，其中所述的高温光纤光栅传感器包含有安装方向彼此垂直的、两端固定安装在敏感膜板表面上的高温光纤光栅轴向应变传感器和高温光纤光栅横向应变传感器；且还包含有非两端固定方式安装在敏感膜板表面上的高温光纤光栅温度传感器；其中高温光纤光栅横向应变传感器距高温光纤光栅轴向传感器和高温光纤光栅温度传感器所成直线的最小直线距离不小于10cm。

上述的高温光纤光栅轴向应变传感器的两端平行固定在轴向应变敏感膜板的长轴方向中轴线的中心位置上，高温光纤光栅横向应变传感器的两端平行固定在横向应变敏感膜板的长轴方向中轴线上，高温光纤光栅温度传感器以非两端固定方式安装在温度敏感膜板的长轴方向中轴线的中心位置上；

上述的高温光纤光栅轴向应变传感器、高温光纤光栅横向应变传感器和高温光纤光栅温度传感器通过光纤串行连接。

所述高温光纤光栅传感器为高温光纤布拉格光栅传感器或高温长周期光纤光栅传感器。

所述的敏感膜板的一种优选尺寸如下：横向长度为40cm，纵向长度为30cm，其中，轴向应变敏感膜板的横向长度为15cm，纵向长度为10cm；温度敏感膜板的横向长度为15cm，纵向长度为10cm；横向应变敏感膜板的横向长度为10cm，纵向长度为30cm。

本发明还提供一种适用于高温环境的检测管道应变的系统，包括有宽带光源、光纤环形器、光开关、光纤光栅式管道应变实时检测器、计算机和光纤光栅解调仪；