CN112577683A - 一种评估爆炸危害引起管道变形程度的方法 - Google Patents

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Abstract

一种评估爆炸危害引起管道变形程度的方法，通过对受损管道外形进行激光精确测量，对爆炸载荷所引起的管道弯曲变形、压扁变形进行定量计算，从而分析管道的爆炸受损情况及评估管道的服役安全。这种计算评估方法不需要破坏管道结构，是一种简单、安全、可靠、精确的计算评估方法，完全满足油气管道爆炸变形受损的分析和评价。

Description

一种评估爆炸危害引起管道变形程度的方法
技术领域
本发明属于天然气输送管道运行安全控制技术领域，特别涉及一种评估爆炸危害引起管道变形程度的方法。
背景技术
将两条或多条输油气管道等距离的敷设在间距不大、而又平行走向的管沟中的管道敷设方式就是油气管道的并行敷设。在复杂地区(如隧道等)，通过采用管道并行敷设的形式来降低建设及维护成本。
天然气管道泄漏后由于管内高压，气体大量从泄漏点散出，会引起泄漏点的裂纹扩展以及管道断裂。由于管道断裂以及天然气体积极速膨胀，会形成剧烈的物理爆炸，产生强烈的冲击波和地震波。破坏性能量通过周边土壤介质、空气介质传递到临近的油气管道，引起管道受损(变形、断裂)。引起的管道变形形式主要是整体产生沿轴向的弯曲变形、沿着周向的压扁变形以及在局部产生凹坑变形。在较大载荷作用下，变形程度较大，会起管道服役性能的下降，若继续服役具有较大风险，因此如何精确测量管道的变形程度(弯曲、压扁变形)，获得可靠的评估数据，是管道安全评估工作的重点、难点和基础问题。
管道变形通常采用传统测量的方式(卷尺等)、间接方法测量(光栅等)，得到的测量数据误差较大。此外，在管道仅发生变形未发生断裂以及管道没有完全开挖时，无法准确获得管道收到土壤挤压所产生的压扁变形数据。利用传统测量方式获得数据进行安全评估有较大的误差，甚至可能发生错误判断，具有较大的风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种评估爆炸危害引起管道变形程度的方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种评估爆炸危害引起管道变形程度的方法，包括以下步骤：
步骤1，根据管道弯曲受损情况，采用激光确定精确测量的范围；
步骤2，沿着测量管道轴向，按照固定长度间隔，利用激光精确测量仪获得管道外表面沿轴向的空间坐标数据；
步骤3，将获得的相邻截面数据点向拟合截面进行投影，带入椭圆方程中，获得椭圆方程的特征参数，计算并获取不同截面上的椭圆方程参数及椭圆圆心坐标；
步骤4，根据获得的不同位置截面椭圆圆心坐标，绘制管道椭圆圆心曲线，结合与管线平行的、通过起点的直线，获得测量段最大变形处的椭圆圆心曲线弦高；
步骤5，对测量段的长短轴半径数据进行处理，计算不同截面位置上的椭圆度并进行比较，获得最大椭圆度的位置坐标，即管道发生压扁变形程度最大之处；
步骤6，拉伸侧曲线的弧长与弦长之差除以弦长则为管道弯曲所引起的拉伸应变，判断是否发生形变。
进一步的，步骤1中，激光精确测量的测量范围为10-20米以内，测量的范围应包含管道发生最大变形段，并确定测量管段起点与整个管线的水平距离。
进一步的，激光精确测量的测量范围为15米以内。
进一步的，步骤2中，需要变换位置反复进行测量。
进一步的，步骤2中，最终获得4条以上的测量线的管道外表面空间数据。
进一步的，步骤3中，椭圆方程的特征参数包括椭圆截面长短轴参数以及椭圆心位置坐标。
进一步的，步骤4中，曲线弦高与测量起点与整个管线的水平距离之和则为管线在爆炸载荷下的最大弯曲变形挠度。
进一步的，步骤6中，根据管道弹性模量数据计算管道的拉伸应力，若拉伸应力超过屈服强度，则认为管道发生了塑性变形，需要更换该段管道。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明适用于油气管道受到爆炸等外界剧烈载荷后发生的变形受损分析和安全评估，通过对受损管道外形进行激光精确测量，对管道弯曲变形、压扁变形进行定量计算，从而评估管道的受损情况，对管道继续服役的安全评估提供重要的计算数据及理论依据。
附图说明
图1管道弯曲变形测量示意图，其中1,2,3,4为测量管道的4条测量线，d为测量管测量起点与管线间距。
图2椭圆柱的分段校准及椭圆柱截面方程确定示意图，1,3为测量点，2为1,3在该截面上投影点拟合出的椭圆点。
图3测量管段拟合椭圆圆心曲线，c为椭圆圆心曲线的弦高，即测量管段弯曲变形挠度,l为测量管段椭圆截面圆心弧长，f为测量管段
图4压扁变形的管段椭圆截面，其中b为椭圆长轴半径，a为椭圆短轴半径。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1至图4，一种评估爆炸危害引起管道变形程度的方法，包括以下步骤：
1)根据管道弯曲受损情况，确定精确测量的范围。
激光精确测量的测量范围为15米左右(根据现场环境如管道开挖情况、光线环境等会对测量范围有所影响)，测量的范围应包含管道发生最大变形段(根据爆炸距离、受损情况估计)，并确定测量管段起点与整个管线的水平距离，如图1所示。
2)沿着测量管道轴向，按照固定长度间隔，利用激光精确测量仪获管道外表面沿轴向的空间坐标数据(测量线)，变换位置继续进行测量，获得不少于4条测量线的管道外表面空间数据(图1)。线上的测量点间隔为5mm。
3)将获得的相邻截面数据点向拟合截面进行投影，带入椭圆方程中，获得椭圆方程的特征参数(椭圆截面长短轴参数、椭圆心位置坐标等)，计算并获取不同截面上的椭圆方程参数及椭圆圆心坐标，如图2所示。
4)根据获得的不同位置截面椭圆圆心坐标，绘制管道椭圆圆心曲线，结合与管线平行的、通过起点的直线，可获得测量段最大变形处的椭圆圆心曲线弦高(图3)。曲线弦高与测量起点与整个管线的水平距离之和则为管线在爆炸载荷下的最大弯曲变形挠度。
5)对测量段的长短轴半径数据进行处理，计算不同截面位置上的椭圆度并进行比较，可获得最大椭圆度的位置坐标，即管道发生压扁变形程度最大之处，如图4所示。
6)曲线的弧长(拉伸侧)与弦长之差除以弦长则为管道弯曲所引起的拉伸应变，根据管道弹性模量数据可计算管道的拉伸应力，若拉伸应力超过屈服强度，则认为管道发生了塑性变形，需要更换该段管道。根据油气输送管材通用技术标准，对于干线输送管道(4、5级输气管道)，管体椭圆度最大值为外径的1.2％，超过则需更换该管段。

Claims (8)

1.一种评估爆炸危害引起管道变形程度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据管道弯曲受损情况，采用激光确定精确测量的范围；
步骤2，沿着测量管道轴向，按照固定长度间隔，利用激光精确测量仪获得管道外表面沿轴向的空间坐标数据；
步骤3，将获得的相邻截面数据点向拟合截面进行投影，带入椭圆方程中，获得椭圆方程的特征参数，计算并获取不同截面上的椭圆方程参数及椭圆圆心坐标；
步骤4，根据获得的不同位置截面椭圆圆心坐标，绘制管道椭圆圆心曲线，结合与管线平行的、通过起点的直线，获得测量段最大变形处的椭圆圆心曲线弦高；
步骤5，对测量段的长短轴半径数据进行处理，计算不同截面位置上的椭圆度并进行比较，获得最大椭圆度的位置坐标，即管道发生压扁变形程度最大之处；
步骤6，拉伸侧曲线的弧长与弦长之差除以弦长则为管道弯曲所引起的拉伸应变，判断是否发生形变。
2.根据权利要求1所述的一种评估爆炸危害引起管道变形程度的方法，其特征在于，步骤1中，激光精确测量的测量范围为10-20米以内，测量的范围应包含管道发生最大变形段，并确定测量管段起点与整个管线的水平距离。
3.根据权利要求2所述的一种评估爆炸危害引起管道变形程度的方法，其特征在于，激光精确测量的测量范围为15米以内。
4.根据权利要求1所述的一种评估爆炸危害引起管道变形程度的方法，其特征在于，步骤2中，需要变换位置反复进行测量。
5.根据权利要求1所述的一种评估爆炸危害引起管道变形程度的方法，其特征在于，步骤2中，最终获得4条以上的测量线的管道外表面空间数据。
6.根据权利要求1所述的一种评估爆炸危害引起管道变形程度的方法，其特征在于，步骤3中，椭圆方程的特征参数包括椭圆截面长短轴参数以及椭圆心位置坐标。
7.根据权利要求1所述的一种评估爆炸危害引起管道变形程度的方法，其特征在于，步骤4中，曲线弦高与测量起点与整个管线的水平距离之和则为管线在爆炸载荷下的最大弯曲变形挠度。
8.根据权利要求1所述的一种评估爆炸危害引起管道变形程度的方法，其特征在于，步骤6中，根据管道弹性模量数据计算管道的拉伸应力，若拉伸应力超过屈服强度，则认为管道发生了塑性变形，需要更换该段管道。
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