CN110230772A - 冻土区管道的防治系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种冻土区管道的防治系统，所述防治系统包括至少一个防治装置，其中，每个所述防治装置包括通风支撑管和固定件，其中，所述通风支撑管由导热材料制成；所述通风支撑管的两端连通开口，两端分别通过所述固定件固定在地表上方且分别位于所述管道的两侧；所述通风支撑管的中部向下凹陷且穿过所述管道的下方的土壤。本发明提供的冻土区管道的防治系统，可降低管道周围的冻土的温度，且当冻土发生融沉时，可阻止管道下沉。
Description
技术领域
本发明涉及油气输送技术领域，特别涉及一种冻土区管道的防治系统。
背景技术
冻土是温度为负温或零温、并且含有冰的土。按土的冻结状态保持时间的长短，冻土一般又可分为短时冻土(数小时至半月)、季节冻土(半月至数月)以及多年冻土(两年以上)。由于水与冰密度的差异，冻土在冻结时土体体积膨胀，在融化时土体体积缩小，呈现出“冻胀融沉”的特性。冻土广泛分布在我国东北三省、内蒙古、青海以及西藏等省份，在这些省份建设输油、输气管线时，不可避免地需要在季节冻土层中铺设输气、输油管道。但由于冻土季节冻胀融沉的特性，使得输气、输油管道出现位移或形变。当管道的位移量或形变量超过管道的承受极限时将破坏管线，影响正常的输油、输气。通常为了保证油、气的正常输送。
针对油气管道面临的问题，相关技术提供了一种冻土融沉的监测系统，该系统包括设置在冻土内的温度传感器、水分传感器及位移传感器，以及与温度传感器、水分传感器及位移传感器信号连接的上位机。在进行监测时，温度传感器、水分传感器及位移传感器将检测到的管道周围的土壤的温度、含水量及管体位移传输至上位机，上位机根据接收到的数据进行冻土融沉的预测。
在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：
现有技术提供的冻土融沉的监测系统只能对冻土融沉进行预测，并不能对冻土融沉进行防治，且在冻土发生融沉时不能阻止管道发生变形。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种冻土区管道的防治系统，可降低管道周围的冻土的温度，且当冻土发生融沉时，可阻止管道下沉。
具体而言，包括以下的技术方案：
本发明实施例提供了一种冻土区管道的防治系统，所述防治系统包括至少一个防治装置，其中，
每个所述防治装置包括通风支撑管和固定件，其中，所述通风支撑管由导热材料制成；
所述通风支撑管的两端连通开口，两端分别通过所述固定件固定在地表上方且分别位于所述管道的两侧；
所述通风支撑管的中部向下凹陷且穿过所述管道的下方的土壤。
可选择地，所述固定件包括设置在地表上的固定墩，所述通风支撑管穿过所述固定墩且与所述固定墩连接；
所述通风支撑管位于所述固定墩内的部分的外壁上沿圆周方向连接有多个加强筋。
可选择地，所述固定墩通过固定锚杆固定在地表上。
可选择地，所述通风支撑管的朝向风向的一端高于另一端。
可选择地，所述通风支撑管的两端分别设置有防雨帽。
可选择地，所述防治装置还包括设置在所述管道上的位移标志桩、与所述位移标志桩间隔预设距离的基准桩以及全站仪；
所述全站仪用于检测所述位移标志桩及所述基准桩的高度并得到所述位移标志桩的沉降值。
可选择地，所述防治装置还包括与所述全站仪信号连接的处理器，所述处理器用于根据所述位移标志桩的沉降值判断所述冻土区的冻土是否发生融沉。
可选择地，所述防治装置还包括设置在所述通风支撑管内的第一温度传感器、设置在所述通风支撑管周围的土壤内的第二温度传感器和水分传感器、以及与所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述水分传感器信号连接的处理器；
所述处理器用于根据所述第一温度传感器、所述第二温度传感器和所述水分传感器检测的数据预测所述管道周围的冻土是否会发生融沉。
可选择地，所述防治装置还包括沿圆周方向设置在所述管道的外壁上的多个振弦式传感器、以及与所述多个振弦式传感器信号连接的处理器；
所述处理器用于根据所述多个振弦式传感器检测的数据获取所述管道的截面处的最大应力。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
本发明提供的冻土区管道的防治系统，通过设置防治系统包括至少一个防治装置，可对管道的至少一处位置进行防治；通过设置防治装置包括穿过管道下方的具有导热性能的通风支撑管，且通风支撑管的两端开口，则通过通风支撑管的风可将土壤传导至通风支撑管内的热量带走，从而使管道周围的冻土的热量散失，降低冻土的温度，避免冻土因温度升高发生融沉而导致管道变形；通过设置通风支撑管的中部向下凹陷且穿过管道下方的土壤，则当冻土发生融沉导致管道向下沉降时，位于管道下方的通风支撑管可承托住管道；并且通风支撑管的露出地表的两端通过固定件固定在地表上，可防止通风支撑管的两端向下沉降，进而阻止凹陷处向下沉，从而凹陷处阻止管道发生下沉，从而有效防止冻土融沉使管道产生的位移或形变。因此，本发明实施例提供的冻土区管道的防治系统，可降低管道周围的冻土的温度，进而延缓冻土发生融沉，并且当冻土发生融沉时，可阻止管道发生下沉而变形，从而实现对冻土区的管道的有效防治。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的冻土区管道的防治系统的示意图；
图2是本发明实施例提供的冻土区管道的防治装置的示意图。
图中的附图标记分别为：
1、通风支撑管；
2、固定件；
201、固定墩；
202、加强筋；
203、固定锚杆；
3、防雨帽；
4、位移标志桩；
5、基准桩；
6、第一温度传感器；
7、第二温度传感器；
8、水分传感器；
9、振弦式传感器；
10、数据采集器；
X、管道。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种冻土区管道的防治系统，如图1所示，该防治系统包括两个防治装置，其中，如图2所示，防治装置包括通风支撑管1和固定件2，其中，通风支撑管1由导热材料制成；通风支撑管1的两端开口，两端分别通过固定件2固定在地表上方且分别位于管道X的两侧；通风支撑管1的中部向下凹陷且穿过管道X的下方的土壤。
下面对本发明实施例提供的冻土区管道的防治系统的工作原理进行说明：
在应用时，如图1所示，管道X穿越冻土区，在冻土区的中点与其中一端之间布设防治系统。如图2所示，将冻土区管道的两个防治装置的通风支撑管1分别沿穿过管道X的下方的土壤且两端分别位于管道X的两侧并固定在地表上方，且适二者间隔一定的距离。
由于通风支撑管1为导热材料，则管道X在输送油气时，热量传导至其周围的土壤，土壤再将热量传导至通风支撑管1。通过通风支撑管1的一端进入到管内的风经过通风支撑管1的管道X的空腔，之后从通风支撑管1的另一端流出，并将通风支撑管1中的热量带走，从而可实现冻土的降温，避免冻土因温度升高发生融沉而导致管道X变形。另外，即使当冻土发生融沉，导致管道X由虚线所示的初始位置向下沉降当前位置时，位于管道X下方的通风支撑管1可承托住管道X；并且，通风支撑管1的两端通过固定件2固定在地表，即使通风支撑管1受到管道X向下的作用力，其向下的凹陷处也不会下沉，可阻止管道X进一步下沉，从而有效防止冻土融沉使管道X产生的形变。
其中，在设置通风支撑管1时，可首先采用探地雷达进行测深，确定管道X的深度，然后采用定向钻非开挖方式掘进敷设通风支撑管1，可将通风支撑管1的两端设置在位于管道X的两侧、且与管道X的中线所在的垂直面距离10m的位置，通风支撑管1的凹陷处可距离管道X的下端0.5m。
需要说明的是，本发明实施例中仅以防治系统包括两个防治装置为例进行举例说明，在其他实施例中，防治装置的数量也可为其他数量。
本发明实施例提供的冻土区管道的防治系统，通过设置防治系统包括至少一个防治装置，可对管道X的至少一处位置进行防治；通过设置防治装置包括穿过管道X下方的具有导热性能的通风支撑管1，且通风支撑管1的两端开口，则通过通风支撑管1的风可将土壤传导至通风支撑管1内的热量带走，从而使管道X周围的冻土的热量散失，降低冻土的温度，避免冻土因温度升高发生融沉而导致管道X变形；通过设置通风支撑管1的中部向下且穿过管道X的下方的土壤，则当冻土发生融沉导致管道X向下沉降时，位于管道X下方的通风支撑管1可承托住管道X；并且通风支撑管1的露出地表的两端通过固定件2固定在地表上，可防止通风支撑管1的两端向下沉降，进而阻止凹陷处向下沉，从而凹陷处阻止管道X发生下沉，从而有效防止冻土融沉使管道X产生的位移或形变。因此，本发明实施例提供的冻土区管道的防治系统，可降低管道X周围的冻土的温度，进而延缓冻土发生融沉，并且当冻土发生融沉时，可阻止管道X发生下沉而变形，从而实现对冻土区的管道的有效防治。
在本发明实施例中，如图2所示，固定件2可包括设置在地表上的固定墩201，通风支撑管1穿过固定墩201且与固定墩201连接；通风支撑管1位于固定墩201内的部分的外壁上沿圆周方向连接有多个加强筋202。
其中，固定墩201可为采用支模板浇筑水泥的方式筑成。具体地，可先将通风支撑管1固定，且使其两端露出地表，并在通风支撑管1的靠近端部的位置焊接多个加强筋202。然后浇筑固定墩201，使固定墩201包围支撑管1的设置有加强筋202的一部分。
具体地，可在通风支撑管1的靠近端部的位置设置多组加强筋202，每组加强筋202包括多个沿通风支撑管1的圆周方向均匀分布的多个加强筋202。例如，可在通风支撑管1的靠近端部的位置焊接五组加强筋202，每组包括不少于三个加强筋202。
如此设置，由于固定墩201设置在地表上，则固定墩201可将通风支撑管1进行固定；在通风支撑管1周围设置的多个加强筋202可将通风支撑管1进一步固定，因此当管道X向下沉而对通风支撑管1施加向下的作用力时，通风支撑管1的两端在固定墩201和加强筋202的作用下也不会发生移动，从而可阻止管道X进一步下沉而发生变形。
其中，固定墩201的尺寸可根据具体施工情况确定，例如可为长1m、宽1m、高0.5m的立方体。
为了使固定墩201与地面固定更牢固，如图2所示，固定墩201通过固定锚杆203固定在地表上。
其中，可在浇筑水泥之前，向预设的固定墩201的位置处向地面打入多个固定锚杆203，且一端露出地表，则在浇筑水泥后，形成的固定墩201通过多个固定锚杆203固定在地面上。
具体地，可在预设的固定墩201的四个地脚的位置处分别向地面打入一组固定锚杆203，每组可包括至少三根固定锚杆203，从而使固定墩201牢固地固定在地面上。
在本发明实施例中，如图2所示，通风支撑管1的朝向风向的一端可高于另一端。
如此设置，风从较高的一端进入到通风支撑管1内，从较低的一端排出，两端的高度差产生的压差利于风排出通风支撑管1，从而可加快支撑管1内热量的释放，进而可使管道X周围的冻土的温度降低较快，避免管道X周围的冻土的温度升高而导致大规模融沉而引起管道X下沉。
在本发明实施例中，如图2所示，通风支撑管1的两端分别设置有防雨帽3。
如此设置，防雨帽3可防止雨水进入到通风支撑管1内造成通风支撑管1内的通道被雨水封堵而造成的风无法通过通风支撑管1的情况，并且可避免雨水造成通风支撑管1锈蚀，延长通风支撑管1的使用寿命。
在本发明实施例中，为了便于实时监测管道X的形变情况，如图1所示，该防治装置还包括设置在管道X上的位移标志桩4、与位移标志桩4间隔预设距离的基准桩5、以及全站仪(图中未示出)；全站仪用于根据位移标志桩4及基准桩5的高度得到位移标志桩4的沉降值。
具体地，基准桩5可设置在距离位移标志桩4较远的位置，当管道X周围的冻土的温度升高而发生融沉时，基准桩5所处的位置不受影响。
如此，由于位移标志桩4设置在管道X上，当管道X下沉时，位移标志桩4随着管道X下沉，从而其高度降低。由于基准桩5的高度不发生改变，则全站仪根据基准桩5的高度及位移标志桩4的高度即可获得位移标志桩4下沉的距离。
进一步地，该防治装置还可包括与全站仪信号连接的处理器(图中未示出)，处理器用于根据位移标志桩4的沉降值判断冻土区的冻土是否发生融沉。
具体地，当处理器判断出位移标志桩4的沉降值大于预设值时，则可确定冻土区的冻土已发生融沉；当处理器判断出位移标志桩4的沉降值不大于预设值时，则可确定冻土区的冻土未发生融沉。因此，通过全站仪及处理器，可使作业人员了解管道X所在的冻土区是否发生融沉。
其中，如图1所示，该防治装置还可包括与全站仪连接的数据采集器10，数据采集器10用于采集全站仪测得的数据并发送至处理器。处理器可通过有线或者无线的方式与数据采集器10信号连接。为了实现远程监控，处理器可设置在远程监控中心，数据采集器10与处理器通过无线的方式进行信号的传输，从而作业人员可通过处理器远程获取管道X的情况。
在本发明实施例中，管道X上可沿其延伸方向设置有多个位移标志桩4，从而实现对管道X的多处位置进行监测。
在本发明实施例中，如图1所示，该防治装置还可包括设置在通风支撑管1内的第一温度传感器6、设置在通风支撑管1周围的土壤内的第二温度传感器7和水分传感器8，第一温度传感器6、第二温度传感器7和水分传感器8分别与处理器信号连接；处理器用于根据第一温度传感器6、第二温度传感器7和水分传感器8检测的数据预测冻土区的冻土是否会发生融沉。
其中，第一温度传感器6、第二温度传感器7和水分传感器8可分别通过数据采集器10与处理器信号连接。具体地，第一温度传感器6、第二温度传感器7和水分传感器8分别与数据采集器10连接，数据采集器10采集第一温度传感器6、第二温度传感器7和水分传感器8检测的数据，并发送至处理器。
处理器可根据接收的数据预测冻土区的冻土是否会发生融沉。具体地，当处理器根据接收的数据判断出管道X周围的土壤的温度大于通风支撑管1内的温度，且土壤的水分大于一定值时，说明管道X周围的冻土开始融化，则可预测管道X周围的冻土会发生融沉。
另外，当处理器判断出第一温度传感器6检测的温度总是小于第二温度传感器7检测的温度，则说明通风支撑管1可起到降低管道X周围土壤温度的作用。
在本发明实施例中，如图1所示，该防治装置还可包括沿圆周方向设置在管道X的外壁上的多个振弦式传感器9、多个振弦式传感器9分别与处理器信号连接；处理器用于根据多个振弦式传感器9检测的数据获取管道X的截面处的最大应力。
其中，多个振弦式传感器9可分别通过数据采集器10与处理器信号连接。具体地，多个振弦式传感器9分别与数据采集器10连接，数据采集器10采集多个振弦式传感器9检测的数据，并发送至处理器。
当处理器判断出多个振弦式传感器9检测到的应力值计算得到管道X的截面的最大应力大于预设值时，说明管道X即将发生变形，因此可预测管道X即将发生变形。
其中，管道X的同一个截面上的三点钟方向、九点钟方向及十二点钟方向可分别设置一个振弦式传感器9。
在使用时，可在管道X的多个不同截面的圆周上分别设置多个振弦式传感器9，以对多个截面的应力进行检测。
在本发明实施例中，如图1所示，第一温度传感器6、第二温度传感器7、水分传感器8和振弦式传感器9可分别通过线缆与数据采集器10连接。
其中，第一温度传感器6和第二温度传感器7可为PT100铂电阻温度传感器，水分传感器8可为MP-508B型土壤水分传感器，振弦式传感器9可为GK4100型振弦式传感器。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种冻土区管道的防治系统，其特征在于，所述防治系统包括至少一个防治装置，其中，
每个所述防治装置包括通风支撑管(1)和固定件(2)，其中，所述通风支撑管(1)由导热材料制成；
所述通风支撑管(1)的两端开口，两端分别通过所述固定件(2)固定在地表上方且分别位于所述管道(X)的两侧；
所述通风支撑管(1)的中部向下凹陷且穿过所述管道(X)下方的土壤。
2.根据权利要求1所述的冻土区管道的防治系统，其特征在于，所述固定件(2)包括设置在地表上的固定墩(201)，所述通风支撑管(1)穿过所述固定墩(201)且与所述固定墩(201)连接；
所述通风支撑管(1)位于所述固定墩(201)内的部分的外壁上沿圆周方向连接有多个加强筋(202)。
3.根据权利要求2所述的冻土区管道的防治系统，其特征在于，所述固定墩(201)通过固定锚杆(203)固定在地表上。
4.根据权利要求1所述的冻土区管道的防治系统，其特征在于，所述通风支撑管(1)的朝向风向的一端高于另一端。
5.根据权利要求1所述的冻土区管道的防治系统，其特征在于，所述通风支撑管(1)的两端分别设置有防雨帽(3)。
6.根据权利要求1所述的冻土区管道的防治系统，其特征在于，所述防治装置还包括设置在所述管道(X)上的位移标志桩(4)、与所述位移标志桩(4)间隔预设距离的基准桩(5)以及全站仪；
所述全站仪用于检测所述位移标志桩(4)及所述基准桩(5)的高度并得到所述位移标志桩(4)的沉降值。
7.根据权利要求6所述的冻土区管道的防治系统，其特征在于，所述防治装置还包括与所述全站仪信号连接的处理器，所述处理器用于根据所述位移标志桩(4)的沉降值判断所述冻土区的冻土是否发生融沉。
8.根据权利要求1所述的冻土区管道的防治系统，其特征在于，所述防治装置还包括设置在所述通风支撑管(1)内的第一温度传感器(6)、设置在所述通风支撑管(1)周围的土壤内的第二温度传感器(7)和水分传感器(8)、以及与所述第一温度传感器(6)、所述第二温度传感器(7)和所述水分传感器(8)信号连接的处理器；
所述处理器用于根据所述第一温度传感器(6)、所述第二温度传感器(7)和所述水分传感器(8)检测的数据预测所述管道(X)周围的冻土是否会发生融沉。
9.根据权利要求1-8任一项所述的冻土区管道的防治系统，其特征在于，所述防治装置还包括沿圆周方向设置在所述管道(X)的外壁上的多个振弦式传感器(9)、以及与所述多个振弦式传感器(9)信号连接的处理器；
所述处理器用于根据所述多个振弦式传感器(9)检测的数据获取所述管道(X)的截面处的最大应力。
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| CN104863117A (zh) * | 2014-02-24 | 2015-08-26 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | 埋地热力管道多年冻土基础制冷结构 |
-
2018
- 2018-03-05 CN CN201810178084.6A patent/CN110230772B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN110230772B (zh) | 2021-05-28 |
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