專利名稱：一種監(jiān)測管道腐蝕的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種監(jiān)測管道腐蝕的方法。

背景技術(shù)：
我國現(xiàn)已建成的海底油氣集輸和長輸管道，有些已服役10年以上。這些管道在服役過程中不可避免地產(chǎn)生各種損傷，如內(nèi)部介質(zhì)腐蝕、外部海水腐蝕、內(nèi)壓及其他外載聯(lián)合作用下的應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞、第三方機械損傷，以及臺風(fēng)、海流等自然環(huán)境荷載造成管道振動而形成的疲勞累計損傷等，這些因素會直接影響海底管道的服役壽命。據(jù)統(tǒng)計，在海底管道事故中，47％是由于海管腐蝕老化造成的。因此，實時監(jiān)測海底管線的腐蝕狀態(tài)及應(yīng)力腐蝕造成的疲勞損傷裂紋擴張情況，預(yù)測海底管道的剩余壽命，對于提高管道安全性，降低安全隱患和運行風(fēng)險，提高總體經(jīng)濟效益，將產(chǎn)生積極的推動作用。
腐蝕缺陷造成的失效是既有海底管道最主要的破壞方式之一。由于受輸送介質(zhì)和海洋腐蝕環(huán)境影響，管道常常發(fā)生腐蝕。腐蝕的產(chǎn)生，一方面造成壓力管道受載面積減小，使得管道承載能力下降，從而增大了管道腐蝕檢測、維修費用，降低了管道的維修和更換周期；另一方面，在載荷作用下，在缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，削弱管道抗疲勞載荷的能力。研究腐蝕缺陷對海底管道安全輸送的影響已成為海底管道安全運行所關(guān)注的課題之一。
海底管線一般位于幾十米甚至上百米水深的海中，環(huán)境條件復(fù)雜惡劣，常規(guī)的檢測和維護難以實施?，F(xiàn)有的海底管道腐蝕檢測方法如漏磁檢測法、渦流檢測法、超聲波檢測法、智能清管球、水下機器人等對提高海底管道安全起到了非常重要作用，但是這些方法普遍存在無法對海底管道安全實時監(jiān)測的不足，這就為海底管道破壞留下了隱患。而且隨著海洋石油開發(fā)向遠海、深海發(fā)展，長距離海底管道應(yīng)用越來越多，利用現(xiàn)有這些檢測方法檢測海底管道，檢測一次將花費很長時間，效率非常低，因此需要研究開發(fā)新型的管道腐蝕監(jiān)測技術(shù)。
近年來隨著光纖傳感技術(shù)在軍事、航空、橋梁等領(lǐng)域安全監(jiān)測中成功應(yīng)用，光纖傳感技術(shù)也被引入到海底管道監(jiān)測中。光纖傳感具有體積小、重量輕、電絕緣性好、化學(xué)穩(wěn)定性好、頻帶寬、靈敏度高、易于實現(xiàn)遠距離多通道的遙測與控制等諸多優(yōu)點，能夠克服目前常規(guī)檢測方法只能對海底管道進行定期檢測的不足，可以實現(xiàn)對海底管道安全實時監(jiān)測。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種監(jiān)測管道腐蝕的方法。該方法以不破壞管道、不影響管道正常運營為前提，通過安裝在管道外壁的應(yīng)變傳感器測量管道外壁徑向變形，從而得到管道的腐蝕發(fā)展?fàn)顩r。這種測量方法不會對管道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷問題，而且當(dāng)采用具有長期穩(wěn)定性好、耐久性強和傳輸距離遠等優(yōu)點的光纖光柵傳感器時，可實現(xiàn)對管道結(jié)構(gòu)進行在線實時腐蝕狀況監(jiān)測，從而能夠預(yù)測海底管道的剩余壽命，對于提高管道安全性，降低安全隱患和運行風(fēng)險，提高總體經(jīng)濟效益，將產(chǎn)生積極的意義。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 管道在運營期間，需要通過加高壓輸送石油和天然氣，因此管道內(nèi)部存在較大的內(nèi)部壓力，這種壓力會使管道發(fā)生膨脹，致使管道外壁產(chǎn)生徑向變形，如公式(1)所示。

其中，εy為管道外壁徑向應(yīng)變，υ為管道泊松比，σy為管道外壁徑向應(yīng)力，σz為管道外壁軸向應(yīng)力，E為管道材料彈性模量。
假定管道為無限長，則管道內(nèi)部壓力導(dǎo)致的管道外壁軸向應(yīng)變σz可忽略不計，即σz＝0；同時，由材料力學(xué)基本原理可知，σy＝pR/h，其中p為管道內(nèi)部壓力，R為管道內(nèi)徑，h為管道壁厚。將σz和σy的值帶入公式(1)，得到管道壁厚與管道外壁徑向應(yīng)變的關(guān)系式為 當(dāng)管道發(fā)生腐蝕時，特別是內(nèi)部輸送介質(zhì)沖刷管壁導(dǎo)致的管道內(nèi)腐蝕，直接的后果就是管道壁厚減小。由于管道內(nèi)部壓力基本恒定，管道內(nèi)外腐蝕導(dǎo)致管道壁厚減小，同時會增大管道外壁的徑向應(yīng)變，如公式(2)所示。因此，當(dāng)管道內(nèi)部壓力保持恒定時，由公式(2)可知，通過長期監(jiān)測管道的徑向應(yīng)變變化情況能夠得到管道的壁厚變化狀況，從而獲得被測管道所承受的腐蝕程度。
管道的腐蝕監(jiān)測是通過測量管道的徑向應(yīng)變來實現(xiàn)的。測量應(yīng)變的傳感器采用光纖光柵。首先對管道外壁沿徑向進行除銹打磨；將光纖光柵拉伸后沿管道徑向緊繞在管道外壁上，使用502膠固定光纖粘接點A和光纖粘接點B于管道外壁上；在粘貼過程中始終保持對光纖光柵的拉伸；待502膠固化后使用環(huán)氧樹脂涂敷整個光纖光柵區(qū)域、光纖粘接點A、光纖粘接點B和光纖區(qū)域，最后對光纜進行保護，并對管道外壁裸露部位進行防腐處理。
光纖光柵中心波長的測量采用基于掃頻激光光源、可調(diào)光纖濾波器解調(diào)模塊和內(nèi)置絕對波長參考的光纖光柵波長解調(diào)設(shè)備。這種光纖光柵波長解調(diào)設(shè)備能夠同時在一根光纖上串聯(lián)連接大于100個光纖光柵傳感器，內(nèi)置絕對波長參考源，不需要外部波長校準(zhǔn)，測量長期穩(wěn)定性和可靠性好，能夠滿足管線的長期穩(wěn)定監(jiān)測需求。
本發(fā)明的效果和益處是，基于管道徑向應(yīng)變變化來監(jiān)測管道腐蝕的方法具有原理簡單、安裝方便、對管道結(jié)構(gòu)無損害、可實現(xiàn)長距離實時在線測量的優(yōu)點，可實現(xiàn)對管道結(jié)構(gòu)進行在線實時腐蝕狀況監(jiān)測，從而能夠預(yù)測海底管道的剩余壽命，對于提高管道安全性，降低安全隱患和運行風(fēng)險，提高總體經(jīng)濟效益，將產(chǎn)生積極的意義。



附圖1是管道橫截面示意圖。
附圖2是管道軸向示意圖。
圖中1管道；2光纖光柵；3光纖粘接點A；4光纖粘接點B；5光纜；6光纖。其中R為管道半徑，h為管道壁厚。

具體實施例方式 以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本發(fā)明的具體實施方式
。
本發(fā)明提出的一種監(jiān)測管道腐蝕的方法示意圖如附圖1和附圖2所示。光纖光柵2安裝方法的具體過程是 步驟1為了保證光纖光柵2與管道1外壁的充分接觸，避免應(yīng)變傳遞導(dǎo)致的測量誤差，首先使用打磨機對管道1外壁表面進行拋光，去除油漆層，然后用砂紙打磨，使管道1外壁表面平整光滑。為了防止打磨的屑末、油污等污染物質(zhì)的影響，用脫脂棉球蘸無水酒精將打磨處擦洗干凈。
步驟2利用單組分的502膠粘帖光纖粘接點A3和光纖粘接點B4于管道1外壁表面。首先使用兩根細膠帶分別粘帖在光纖粘接點A3和光纖粘接點B4的安裝位置，中間留出大約3mm的寬度的細槽，目的是為了光纖光柵2安裝的準(zhǔn)直；然后在這兩個細槽中等間距滴2～3滴502膠；最后將光纖粘接點A3和光纖粘接點B4置于細槽中，同時給予光纖光柵2預(yù)應(yīng)力，此時502膠液會自動沿著兩個細槽軸向流動充滿整個光纖粘接點A3和光纖粘接點B4區(qū)域；待502膠固化后即可撤銷預(yù)應(yīng)力。
步驟3使用環(huán)氧樹脂涂敷于光纖光柵2、光纖粘接點A3、光纖粘接點B4和光纖6的表面，環(huán)氧樹脂層不僅能夠起到保護光纖光柵2免受管道1外界沖擊的影響，而且能夠防潮防腐的作用。
步驟4對光纜5進行適當(dāng)?shù)谋Ｗo，并對管道1裸露部位進行防腐及保溫處理。
權(quán)利要求
1.一種監(jiān)測管道腐蝕的方法，通過長期監(jiān)測管道的徑向應(yīng)變變化情況能夠得到管道的壁厚變化狀況，從而獲得被測管道所承受的腐蝕程度；其特征是，管道壁厚與管道外壁徑向應(yīng)變的關(guān)系式為，其中，h為管道壁厚，εy為管道外壁徑向應(yīng)變，p為管道內(nèi)部壓力，R為管道內(nèi)徑，E為管道材料彈性模量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種監(jiān)測管道腐蝕的方法，其特征是首先對管道(1)外壁沿徑向進行除銹打磨；將光纖光柵(2)拉伸后沿管道(1)徑向緊繞在管道(1)外壁上，使用502膠固定光纖粘接點A(3)和光纖粘接點B(4)于管道外壁上；在粘貼過程中始終保持對光纖光柵(2)的拉伸；待502膠固化后使用環(huán)氧樹脂涂敷整個光纖光柵(2)區(qū)域、光纖粘接點A(3)、光纖粘接點B(4)和光纖(6)區(qū)域，最后對光纜(5)進行保護，并對管道(1)外壁裸露部位進行防腐處理。
全文摘要
一種監(jiān)測管道腐蝕的方法，屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域。其特征包括管道壁厚與管道外壁徑向應(yīng)變的關(guān)系式、光纖光柵傳感器的安裝方法。由于管道內(nèi)部壓力基本恒定，管道內(nèi)外腐蝕導(dǎo)致管道壁厚減小，同時會增大管道外壁的徑向應(yīng)變。本方法通過長期監(jiān)測管道的徑向應(yīng)變變化情況能夠得到管道的壁厚變化狀況，從而獲得被測管道所承受的腐蝕程度。本發(fā)明的效果和益處是這種監(jiān)測管道腐蝕的方法具有原理簡單、安裝方便、對管道結(jié)構(gòu)無損害、可實現(xiàn)長距離實時在線測量的優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)對管道結(jié)構(gòu)進行在線實時腐蝕狀況監(jiān)測。
文檔編號F17D5/00GK101769442SQ20101001016
公開日2010年7月7日 申請日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者任亮, 李宏男, 孫麗 申請人:大連理工大學(xué)