CN109469824B - 基于云处理的天然气管道应变风险监测系统及预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及天然气集输管道应变监测技术领域，具体地说，涉及一种基于云处理的高效天然气集输管道应变风险监测系统及方法。一种基于云处理的天然气管道应变风险监测系统，包括依次连接的数据采集单元、数据传输模单元、云计算分析平台和数据处理响应单元，所述的数据采集单元与数据传输模单元通过传输线路连接。该系统能实现管道应变数据的高效采集与远程监控，同时基于云计算分析平台对应变数据的规律性分析预警，实现对于管道异常应变的精确判断，应变风险监测及预警系统向智能化扩展。

Description

基于云处理的天然气管道应变风险监测系统及预警方法
技术领域
本发明涉及天然气集输管道应变监测技术领域，具体地说，涉及一种基于云处理的高效天然气集输管道应变风险监测系统及预警方法。
背景技术
目前天然气远距离运输主要以LNG船运、LNG运输车运输、大管径管道运输三种，由于管道输送的经济性和较低的事故率，天然气管道输送方式应用范围更为广泛，我国已建成西气东输工程，全部采用管道输送。但远距离输送不可避免的要经过地质、地形复杂地区，管道受土体、岩石作用可能出现异常应变，严重时出现安全事故，因此对于天然气集输管道应变的监测和预警显得及其重要。
在现阶段对管道应变监测的方法大致有电测法、光纤光栅法、分布式光纤法三种。电测法-应变传感器由于良好的测量精度，应用较为广泛。应变传感器是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化的传感器，传感器由在弹性元件(感知应变)上粘贴电阻应变敏感元件(将应变转换为电阻变化)构成。当被测物理量作用在弹性元件上时，弹性元件的变形引起敏感元件的阻值变化，转换电路再将其转变成电量输出，通过电量变化的反映了被测物理量的大小。
同时，由于自然灾害频发，复杂地形、地质区域管道应变监测一直是集输管道全区域监测的难题，结合无线传输技术，能实现对于复杂地形、地质区域管道应变数据远程传输，最大程度的减少自然灾害对天然气集输管道监测系统的影响。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种天然气集输管道应变风险监测系统及预警方法，该监测系统解决了现有技术中应变监测范围小、高危预警不准确以及智能化程度低的难题，该系统能极大程度的提高测试数据收集处理效率，极大程度解决应变测试数据收集的繁琐、人员长期驻守、检测成本高居不下的问题。
本发明的技术方案是：
一种基于云处理的天然气管道应变风险监测系统，包括依次连接的数据采集单元、数据传输模单元、云计算分析平台单元和数据处理响应单元，所述的数据采集单元与数据传输模单元通过传输线路连接。
所述的数据采集单元包括若干应变传感器，将应变传感器以不同的排列方式放置在天然气集输管道外壁上。
所述的数据传输模单元包括数据采集仪和无线传输模块。
所述的云计算分析平台单元包括云计算平台。
所述的数据处理响应单元包括管线管理者PC端或移动终端设备和数据结果响应中心。
具体的，所述的云计算平台包括计算分析模块和云平台存储模块，所述的云计算平台的计算分析模块对监测数据和正常运行规律进行比较，划分出危险等级，云平台存储模块存储管道的日常应变数据，计算分析模块将危险级别的管线应变风险评价结果数据推送至管线管理者PC端或移动终端设备13和数据结果响应中心12。
具体的，所述的应变传感器数量为三个，分别为应变传感器A、应变传感器B和应变传感器C，三个应变传感器分布在天然气集输管道外壁的正上方、正左侧、正右侧处。
具体的，所述的应变传感器数量为三个，分别为应变传感器A、应变传感器B和应变传感器C，三个应变传感器均匀阵列在天然气集输管道外壁上。
使用上述所述的基于云处理的天然气管道应变风险监测系统进行预警方法，包括如下步骤：
一、所述的应变传感器对天然气集输管道的应变进行数据测量，得到的应变数据经传输线路传递到数据采集仪；
二、各个区域的数据采集仪将采集数据汇总到无线传输模块，经无线传输模块上传到云计算平台；
三、云计算平台对监测数据和正常运行规律进行比较，划分出危险等级，并将危险级别的管线应变风险评价结果数据推送至管线管理者PC端或移动终端设备。
云计算其概念影响着整个计算机领域乃至各行各业的发展；管道应变风险监测及预警系统，结合云计算平台，借助云计算平台强大的计算分析能力，对集输管线应变数据进行分析计算，得到日常运行应变变化规律分布，判断监测管段应变风险等级，将更高效和智能。
本发明的有益效果是：相对传统天然气集输管道应变监测系统，该系统提出了更合理的天然气集输管道应变传感器布置方案和预测方法，较大程度的提升了天然气集输管道应变监测系统的监测精度，同时结合无线传输模块实现了对复杂地区远程应变监测，增加云计算分析单元，使得应变监测系统获得了较高程度的预警精度。
附图说明
图1是本发明的系统的原理示意图；
图2是具体实施例1的应变传感器安装方案结构示意图；
图3是具体实施例2的应变传感器安装方案结构示意图。
1应变传感器外保护壳、2应变传感器、3保温层、4防腐层、5天然气集输管道、6传输线路、7数据采集仪、8无线传输模块、9云计算平台、10计算分析模块、11云平台存储模块、12数据结果响应中心、13管线管理者PC端或移动终端设备、14数据采集单元、15数据传输模单元、16云计算分析平台单元、17数据处理响应单元。
具体实施方式
如图1所示一种基于云处理的天然气管道应变风险监测系统的原理示意图，包括依次连接的数据采集单元14、数据传输模单元15、云计算分析平台单元16和数据处理响应单元17，所述的数据采集单元14与数据传输模单元15通过传输线路6连接；所述的数据采集单元14包括若干应变传感器2，将应变传感器2以不同的排列方式放置在天然气集输管道5外壁上；所述的数据传输模单元15包括数据采集仪7和无线传输模块8；所述的云计算分析平台单元16包括云计算平台9，所述的云计算平台9包括计算分析模块10和云平台存储模块11；所述的数据处理响应单元包括管线管理者PC端或移动终端设备13和数据结果响应中心12。
使用上述所述的基于云处理的天然气管道应变风险监测系统进行预警的方法，包括如下步骤：一、所述的应变传感器2对天然气集输管道5的应变进行数据测量，得到的应变数据经传输线路6传递到数据采集仪7；二、各个区域的数据采集仪7将采集数据汇总到无线传输模块8，经无线传输模块8上传到云计算平台9；三、所述的云计算平台9的计算分析模块10对监测数据和正常运行规律进行比较，划分出危险等级，存储模块11存储管道的日常应变数据，计算分析模块10将危险级别的管线应变风险评价结果数据推送至管线管理者PC端或移动终端设备(13)和数据结果响应中心(12)，数据结果响应中心(12)可实时显示全部管道应变信息和风险评价预警结果。
实施例1
本实施例在实施的过程中首先需要确定天然气集输管道5的应变监测部位，确定好应变监测部位后，用工具切除天然气集输管道5上需要安装应变传感器2的安装位置处的保温层3，取掉与应变传感器2接触处的防腐层4，使用粘结剂固定应变传感器2，然后再恢复天然气集输管道5的防腐层4和保温层3。
所述的应变传感器2数量为三个，分别为应变传感器A、应变传感器B和应变传感器C，三个应变传感器分布在天然气集输管道5外壁的正上方、正左侧、正右侧处，如图2所示。应变传感器2的安装方法如下：确定好天然气集输管道5的监测部位后，用切刀沿天然气集输管道5圆周切除长约30cm左右的保温层3，去掉保温层3后，用砂纸打磨处理掉图2中应变传感器2与天然气集输管道5接触位置上的防腐层4，再用粘接剂将应变传感器A、应变传感器B和应变传感器C分别粘接在天然气集输管道5设定的位置表面上，补加防腐涂层4，给每个应变传感器2装上应变传感器外保护壳1，恢复原天然气集输管道5的保温层3，最后使用密封胶带密封保温层3的切割口。
天然气集输管道5上三个位置处的应变传感器2分布在天然气集输管道外壁的正上方、正左侧、正右侧处，在实测该三点轴向应变已知的前提下，天然气集输管道5横截面圆周上任何一点的轴向应变计算根据(ⅰ)式：
Figure GDA0002585921220000061
(ⅰ)式中：
x,y——管道横截面圆周上任一点的坐标；
D——管道直径；
ε(x,y)——点(x，y)的轴向应变；
a,b,c——在A、B、C三个位置处应变传感器的轴向应变值。
数据采集单元14采集的应变传感器信号数据处理分析的计算方法如下式(ⅱ)：
Figure GDA0002585921220000062
(ⅱ)式中
ε——被测物体的应变量，με；
K——应变传感器的灵敏系数，με/Hz2；
fi——应变传感器实时测量值，Hz；
f0——应变传感器的初始值，Hz；
b——温度修正系数，με/℃；
Ti——应变传感器实时温度值，℃；
T0——应变传感器的初始温度值，℃。
应变传感器2在安装完成后连续3次以上稳定的测值可定为初始值f0，用公式(ⅱ)计算出来的结果为负值时，应变传感器2工作在压缩状态；反之，则应变传感器2工作在拉伸状态。
实施例2
本实施例与实施例1不同的是所述的应变传感器2数量为三个，分别为应变传感器A、应变传感器B和应变传感器C，三个应变传感器2均匀阵列安装在天然气集输管道5外壁上，如图3所示，其安装方法和具体实施例1相同。
在实测该三点轴向应变已知的前提下，天然气集输管道5横截面圆周上任何一点的轴向应变按下式(ⅲ)计算：
Figure GDA0002585921220000071
(ⅲ)式中：x,y——管道横截面圆周上任一点的坐标；
D——管道直径；
ε(x,y)——点(x，y)的轴向应变；
a,b,c——在A、B、C三个位置处应变传感器的轴向应变值。
数据采集单元14采集的应变传感器信号数据处理分析的计算方法如下式(ⅱ)：
Figure GDA0002585921220000072
(ⅱ)式中
ε——被测物体的应变量，με；
K——应变传感器的灵敏系数，με/Hz2；
fi——应变传感器实时测量值，Hz；
f0——应变传感器的初始值，Hz；
b——温度修正系数，με/℃；
Ti——应变传感器实时温度值，℃；
T0——应变传感器的初始温度值，℃。
应变传感器在安装完成后连续3次以上稳定的测值可定为初始值f0，用公式(ⅱ)计算出来的结果为负值时，应变传感器2工作在压缩状态；反之，则应变传感器2工作在拉伸状态。
云计算分析平台单元16的计算分析模块10能实现对监测管段日常应变数据规律性分析，监测数据和正常工况的运行规律比较，同时根据危险程度划分出管道危险等级；云平台存储模块11存储集输管道的日常应变数据，计算分析模块10将危险级别的管线应变风险评价结果数据推送至管线管理者PC端或移动终端设备13。
本发明实现了传统天然气集输管道的应变数据监测与云计算分析平台的深度结合，同时较大程度的提高了应变数据监测效率，解决了传统天然气集输管路向智能化的发展问题，对于天然气管路集输管网整体安全性能的提高有不可估量的贡献。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (4)

1.基于云处理的天然气管道应变风险监测系统，其特征在于，包括依次连接的数据采集单元(14)、数据传输模单元(15)、云计算分析平台单元(16)和数据处理响应单元(17)，所述的数据采集单元(14)与数据传输模单元(15)通过传输线路(6)连接；
所述的数据采集单元(14)包括若干应变传感器(2)，将应变传感器(2)以不同的排列方式放置在天然气集输管道(5)外壁上；
所述的数据传输模单元(15)包括数据采集仪(7)和无线传输模块(8)；
所述的云计算分析平台单元(16)包括云计算平台(9)；
所述的数据处理响应单元(17)包括管线管理者PC端或移动终端设备(13)和数据结果响应中心(12)；
所述的应变传感器(2)数量为三个，分别为应变传感器A、应变传感器B和应变传感器C，三个应变传感器分布在天然气集输管道(5)外壁的正上方、正左侧、正右侧处；
在实测该三点轴向应变已知的前提下，天然气集输管道(5)横截面圆周上任何一点的轴向应变计算根据式(ⅰ)：
Figure FDA0002585921210000011
(ⅰ)式中：
x,y——管道横截面圆周上任一点的坐标；
D——管道直径；
ε(x,y)——点(x，y)的轴向应变；
a,b,c——在A、B、C三个位置处应变传感器的轴向应变值；
数据采集单元(14)采集的应变传感器信号数据处理分析的计算方法如下式(ⅱ)：
Figure FDA0002585921210000021
(ⅱ)式中：
ε——被测物体的应变量，με；
K——应变传感器的灵敏系数，με/Hz2；
fi——应变传感器实时测量值，Hz；
f0——应变传感器的初始值，Hz；
b——温度修正系数，με/℃；
Ti——应变传感器实时温度值，℃；
T0——应变传感器的初始温度值，℃；
应变传感器(2)在安装完成后连续3次以上稳定的测值可定为初始值f0，用公式(B)计算出来的结果为负值时，应变传感器(2)工作在压缩状态；反之，则应变传感器(2)工作在拉伸状态。
2.基于云处理的天然气管道应变风险监测系统，其特征在于，包括依次连接的数据采集单元(14)、数据传输模单元(15)、云计算分析平台单元(16)和数据处理响应单元(17)，所述的数据采集单元(14)与数据传输模单元(15)通过传输线路(6)连接；
所述的数据采集单元(14)包括若干应变传感器(2)，将应变传感器(2)以不同的排列方式放置在天然气集输管道(5)外壁上；
所述的数据传输模单元(15)包括数据采集仪(7)和无线传输模块(8)；
所述的云计算分析平台单元(16)包括云计算平台(9)；
所述的数据处理响应单元(17)包括管线管理者PC端或移动终端设备(13)和数据结果响应中心(12)；
所述的应变传感器(2)数量为三个，分别为应变传感器A、应变传感器B和应变传感器C，三个应变传感器均匀阵列在天然气集输管道(5)外壁上；
在实测该三点轴向应变已知的前提下，天然气集输管道(5)横截面圆周上任何一点的轴向应变按下式(ⅲ)计算：
Figure FDA0002585921210000031
(ⅲ)式中：
x,y——管道横截面圆周上任一点的坐标；
D——管道直径；
ε(x,y)——点(x，y)的轴向应变；
a,b,c——在A、B、C三个位置处应变传感器的轴向应变值；
数据采集单元(14)采集的应变传感器信号数据处理分析的计算方法如下式(ⅱ)：
Figure FDA0002585921210000032
(ⅱ)式中：
ε——被测物体的应变量，με；
K——应变传感器的灵敏系数，με/Hz2；
fi——应变传感器实时测量值，Hz；
f0——应变传感器的初始值，Hz；
b——温度修正系数，με/℃；
Ti——应变传感器实时温度值，℃；
T0——应变传感器的初始温度值，℃；
应变传感器(2)在安装完成后连续3次以上稳定的测值可定为初始值f0，用公式(ⅱ)计算出来的结果为负值时，应变传感器(2)工作在压缩状态；反之，则应变传感器(2)工作在拉伸状态。
3.根据权利要求1或2所述基于云处理的天然气管道应变风险监测系统，其特征在于，所述的云计算平台(9)包括计算分析模块(10)和云平台存储模块(11)，所述的云计算平台(9)的计算分析模块(10)对监测数据和正常运行规律进行比较，划分出危险等级，云平台存储模块(11)存储管道的日常应变数据，计算分析模块(10)将危险级别的管线应变风险评价结果数据推送至管线管理者PC端或移动终端设备(13)和数据结果响应中心(12)。
4.使用上述任意权利要求所述的基于云处理的天然气管道应变风险监测系统进行预警的方法，其特征在于，包括如下步骤：
一、所述的应变传感器(2)对天然气集输管道(5)的应变进行数据测量，得到的应变数据经传输线路(6)传递到数据采集仪(7)；
二、各个区域的数据采集仪(7)将采集数据汇总到无线传输模块(8)，经无线传输模块(8)上传到云计算平台(9)；
三、云计算平台(9)对监测数据和正常运行规律进行比较，划分出危险等级，并将危险级别的管线应变风险评价结果数据推送至管线管理者PC端或移动终端设备(13)。
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