引用本文:

尉婷,吴冰冰,龙万江,等. 支吊架结构输油管道应变仿真及光纤布里渊散射实验研究[J]. 光通信技术,2022,46(6):73-76.

支吊架结构输油管道应变仿真及光纤布里渊散射实验研究

尉 婷,吴冰冰,龙万江,刘颖刚,罗 俊

(西安石油大学 光电油气测井与检测教育部重点实验室,西安 710065)

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摘要:为了有效检测输油管道应变,首先,提出采用有限元软件对支吊架结构输油管道施加载荷,仿真管道表面应变分布,从而优化分布式光纤输油管线应变检测排布方式;然后,在实验中将传感光纤沿轴向黏贴于管道外表面,通过布里渊光时域分析仪(BOTDA)测量光纤布里渊频移,以对管道表面应变分布进行实时监测。对比仿真和实验数据可知,管道顶部和底部对应变敏感,且管道表面应变分布的仿真结果与实验数据基本吻合。

关键词:输油管道;管道应变分布;有限元分析;模拟仿真;光纤布里渊散射

中图分类号:TN29 文献标志码:文章编号:1002-5561(2022)06-0073-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2022.06.014

0 引言

  管道运输成本低且能连续运输,根据有关资料统计,成品油管道运输成本为5.8分每吨每千米,在同等条件下,仅为铁路运输成本的63%[1]。我国现有油气管道十几万千米,由于油气管道的长跨度、多气候等特殊性,油气管道健康监测一直是个重点问题。倘若能对管道上的应变采取有效监测,使管道能全天候、全时段进行安全油气运输,这对能源持续供应有重大意义[2~4]。在管道检测传感中,广泛使用的检测方法有压力分布法、负压波检测法和声波法等,但这些方法主要是在管道破坏后进行检测,不能起预防作用,且普遍存在灵敏度低、响应时间长、抗干扰性差和分辨率低等缺点。基于布里渊光时域分析仪(BOTDA)的分布式光纤检测法可以在沿光纤路径上同时得到被测量场在时间和空间上的连续分布信息,实现远程监控,具有分布式、长距离、高精度和检测小规模漏油等特点,非常适用于长距离油气管道的健康监测。基于此,本文提出通过BOTDA测量光纤布里渊散射信息变化,判断输油管道是否发生形变、断裂泄漏事故或存在其它安全隐患[5]。

4 结束语

  本文对支吊架结构输油管道应变及光纤布里渊散射进行了仿真与实验研究,对比光纤布里渊频移与应变分布规律可知,施加载荷作用下管道表面顶部产生压缩负应变,侧部不产生应变,底部产生拉伸正应变,实验数据与仿真数据基本吻合。基于仿真和实验结论,排布分布式传感光纤时应避开对应变不敏感的侧部,采用沿输油管道顶部或底部轴向直线铺设方案以获取较高的应变传感灵敏度。

  本文的研究可用于根据输油管道形变强度极限阈值设定安全预警,能有效应用于输油管道、油库和油罐车罐体等场所的长期完整性动态检测,这对输油气管道建设、实时在线监测输油管道安全运营有应用意义。