一、技術(shù)來源：
大慶油田工程有限公司自主研發(fā)。
二、基本原理
在凍土區(qū)輸油管道應(yīng)力與溫度場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)技術(shù)中，針對(duì)多年凍土區(qū)的環(huán)境特點(diǎn)，提前進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警，以便及時(shí)作出準(zhǔn)確判斷，對(duì)多年凍土區(qū)管道的安全運(yùn)行具有重要意義。監(jiān)測(cè)技術(shù)分為多年凍土區(qū)輸油管道周邊溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)和管道應(yīng)力監(jiān)測(cè)兩部分，溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)是為了能夠掌握輸油管道周邊凍土融化圈變化情況，進(jìn)而判研管道受到的影響，以便及時(shí)采取對(duì)應(yīng)措施。在應(yīng)力監(jiān)測(cè)中，采用振弦、光柵光纖技術(shù)，對(duì)多年凍土區(qū)管道受凍土融沉等影響帶來的應(yīng)力變化情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)數(shù)據(jù)上傳，進(jìn)行分析整理，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)控制，對(duì)提升管道完整性管理水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
三、工藝過程
圖1 基于風(fēng)險(xiǎn)的管道應(yīng)變監(jiān)測(cè)技術(shù)架構(gòu)
凍土區(qū)管道應(yīng)變監(jiān)測(cè)是對(duì)管道實(shí)施定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)控制的過程。其重點(diǎn)是針對(duì)凍土作用引起的管道應(yīng)力失效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和管理，主要通過應(yīng)變監(jiān)測(cè)和強(qiáng)度校核來實(shí)現(xiàn)。中俄原油二線管道監(jiān)測(cè)中分別采用光纖光柵應(yīng)變監(jiān)測(cè)、截面振弦應(yīng)變監(jiān)測(cè)以及截面振弦應(yīng)變監(jiān)測(cè)+斷面溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)來實(shí)現(xiàn)。
管道周圍溫度場(chǎng)測(cè)溫系統(tǒng)在低溫和惡劣環(huán)境下，要求具備精度高、功耗低、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、高低溫適應(yīng)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和發(fā)送安全可靠等特點(diǎn)，并能夠同時(shí)測(cè)量6路168支數(shù)字溫度傳感器的傳感信號(hào)。多年凍土區(qū)管道周圍溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用綜合現(xiàn)場(chǎng)總線集成、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)控制等技術(shù)手段，開了發(fā)適用于多年凍土區(qū)管道周圍溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)的分布式、多傳感器、智能采集測(cè)溫系統(tǒng)。
管道凍土災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)是基于BS架構(gòu)的管理平臺(tái)，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、分析預(yù)警子系統(tǒng)、綜合管理子系統(tǒng)、信息發(fā)布子系統(tǒng)等七個(gè)功能模塊組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)釆集與預(yù)處理、數(shù)據(jù)的分析計(jì)算、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與預(yù)警功能。
圖2管道凍土災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)功能圖
四、技術(shù)特點(diǎn)
1)明確了多年凍土區(qū)管道周邊溫度場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備、振弦、光柵光纖應(yīng)力監(jiān)測(cè)設(shè)備的選用、安裝、技術(shù)性能指標(biāo)等要求。
2)建成了我國首個(gè)管道凍土災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)，通過分析監(jiān)測(cè)所獲取的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，建立管道位移監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，能夠及時(shí)、方便地掌握應(yīng)變、位移等相關(guān)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和發(fā)展趨勢(shì);
五、技術(shù)水平
1)國內(nèi)首創(chuàng)“基于風(fēng)險(xiǎn)的凍土區(qū)管道應(yīng)變監(jiān)測(cè)技術(shù)”
汲取國外先進(jìn)技術(shù)手段，在科學(xué)研究和實(shí)踐應(yīng)用的基礎(chǔ)上，形成完整的基于風(fēng)險(xiǎn)的凍土區(qū)管道應(yīng)變監(jiān)測(cè)技術(shù)。達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。用新的模式對(duì)管道應(yīng)變測(cè)量技術(shù)和管道應(yīng)變監(jiān)測(cè)分析與評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行了方法的更新。
2)建立管道周圍溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
針對(duì)大興安嶺多年凍土現(xiàn)狀及其對(duì)氣候變化和漠大線、中俄二線管道工程相疊加作用下的響應(yīng)，進(jìn)行管道周圍土壤地溫監(jiān)測(cè)的研究，創(chuàng)新性采用一線總線方式進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫的關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)適用于多年凍土區(qū)的管道周圍溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)測(cè)溫系統(tǒng)。
3)建成了我國首個(gè)管道凍土災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警信息系統(tǒng)
首次實(shí)現(xiàn)了我國凍土地段管道應(yīng)力、土壤溫度變化的信息采集、傳輸、管理、分析、預(yù)報(bào)預(yù)警、發(fā)布的一體化，全面提升了我國凍土區(qū)管道風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)水平。
六、能源消耗
本技術(shù)在有RTU閥室依托的管段，光纖光柵傳感技術(shù)利用閥室用電，僅用于數(shù)據(jù)傳輸，能耗較小。其他地區(qū)采用太陽能供電。
七、節(jié)能減排
本技術(shù)在工程中應(yīng)用后，可有效地反應(yīng)管道的受力狀態(tài)，適當(dāng)減少內(nèi)檢測(cè)次數(shù)。
八、技術(shù)應(yīng)用條件
該技術(shù)適用于油氣儲(chǔ)運(yùn)工程多年凍土區(qū)的長(zhǎng)輸油氣管道建設(shè),也可用于其他地質(zhì)災(zāi)害治理指導(dǎo)和評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)和實(shí)施。
九、應(yīng)用實(shí)例
該技術(shù)在2010年漠大線建設(shè)中，設(shè)立了12套溫度場(chǎng)及應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在2017年中俄二線建設(shè)中，共設(shè)立了40套溫度場(chǎng)及應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。目前監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行正常，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集后，通過數(shù)據(jù)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行分析、預(yù)報(bào)、發(fā)布，該系統(tǒng)不僅用于監(jiān)控地質(zhì)災(zāi)害條件下管道的安全狀態(tài)，為管道完整性管理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)提供科學(xué)、有效的支持，還可以直接用于指導(dǎo)和評(píng)價(jià)災(zāi)害治理的設(shè)計(jì)和實(shí)施，成為漠大線及中俄二線進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)治理決策的輔助工具。
十、經(jīng)濟(jì)效益
應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，提高了管道的完整性管理和失效控制水平，為管道科學(xué)管理和資源的合理調(diào)配提供了有力支撐;對(duì)于降低管道運(yùn)行成本、提高管道輸送效能作用明顯，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
(來源：中國石油和化工勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)) |
