RU2741185C1 - Calibration method of buried-pipeline stress-strain state monitoring system - Google Patents
Calibration method of buried-pipeline stress-strain state monitoring system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2741185C1 RU2741185C1 RU2019136409A RU2019136409A RU2741185C1 RU 2741185 C1 RU2741185 C1 RU 2741185C1 RU 2019136409 A RU2019136409 A RU 2019136409A RU 2019136409 A RU2019136409 A RU 2019136409A RU 2741185 C1 RU2741185 C1 RU 2741185C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipeline
- value
- sensor
- kal
- stress
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17D—PIPE-LINE SYSTEMS; PIPE-LINES
- F17D5/00—Protection or supervision of installations
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Pipeline Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способам диагностики состояния заглубляемых трубопроводов, предназначенных для транспортировки газообразных и жидких веществ, например, природного газа или нефти, а именно к подготовительным, калибровочным операциям при настройке и подготовке систем диагностики к работе.The invention relates to methods for diagnosing the state of buried pipelines intended for transporting gaseous and liquid substances, for example, natural gas or oil, and in particular to preparatory, calibration operations in setting up and preparing diagnostic systems for operation.
Известен способ мониторинга напряженно-деформированного состояния выделенных участков магистрального трубопровода по которому: на основе предварительного обследования выявляют наиболее опасные участки заглубленного магистрального трубопровода в которых могут произойти внешние негативные воздействия (сейсмические воздействия, движения тектонических блоков, карсты, оползни, курумы, морозное пучение, всплывание трубопровода в результате затопления местности где трубопровод походит и т.д.) приводящие к деформациям магистрального трубопровода; помещают на трубопроводе в местах опасных участков заглубленного магистрального трубопровода датчики контроля давления, которые присоединяются к информационной сети, при превышении на датчиках уровня внешнего воздействия выше порогового значения информационная система формирует сигнал опасности, который выводится на экран автоматизированного рабочего места диспетчера, который, в свою очередь, организует меры и мероприятия предотвращения негативной деформации магистрального трубопровода [Способ мониторинга и оценки технического состояния магистрального трубопровода и система для его реализации, патент RU 2 451 874 С1 или Способ мониторинга технического состояния трубопровода и система для его осуществления, патент RU2 563 419 С2]. Калибровочные операции по данному способу связаны с проверкой исправности датчиков контроля давления, и их настройкой при присоединении к информационной сети.There is a known method of monitoring the stress-strain state of the selected sections of the main pipeline through which: on the basis of a preliminary survey, the most dangerous sections of the buried main pipeline are identified in which external negative influences can occur (seismic effects, movements of tectonic blocks, karsts, landslides, curums, frost heaving, floating pipeline as a result of flooding of the area where the pipeline is like, etc.) leading to deformations of the main pipeline; pressure control sensors are placed on the pipeline in places of dangerous sections of the buried main pipeline, which are connected to the information network, when the level of external influence on the sensors exceeds the threshold value, the information system generates a danger signal, which is displayed on the screen of the dispatcher's automated workplace, which, in turn , organizes measures and measures to prevent negative deformation of the main pipeline [Method for monitoring and assessing the technical condition of the main pipeline and the system for its implementation, patent
Недостатком указанного способа является то, что отсутствуют настроечные или калибровочные операции для всей системы в целом, а анализ внешнего механического воздействия на трубопровод носит точечный характер. Это существенно ограничивает выявление причин возникновения напряженно-деформированного состояния выделенных для контроля участков магистрального трубопровода.The disadvantage of this method is that there are no adjustment or calibration operations for the entire system as a whole, and the analysis of external mechanical impact on the pipeline is of a point nature. This significantly limits the identification of the causes of the stress-strain state of the sections of the main pipeline allocated for monitoring.
Известен по способ настройки системы контроля напряженно-деформированного состояния заглубленного трубопровода [А.Л. Ермилов, А.В. Гречанов, С.А. Щекочихин Мониторинг деформации трубопровода и подвижек грунта на объекте магистральный с газопровод «Сахалин-Хабаровск-Владивосток» // Фотон-экспресс, №5 (125), сентябрь, 2015, стр. 14-17 или С.В. Смирнов, Х.В. Иванов Волоконно-оптические технологии для создания безопасных условий эксплуатации трубопроводных систем в труднодоступных и сложных природно-климатических регионах // Безопасность Труда в Промышленности, 2017, №2, стр. 33-39, www.safety.ru].Known for the method of adjusting the monitoring system of the stress-strain state of a buried pipeline [A.L. Ermilov, A.V. Grechanov, S.A. Shchekochikhin Monitoring of pipeline deformation and ground movements at the main facility from the Sakhalin-Khabarovsk-Vladivostok gas pipeline // Photon-express, No. 5 (125), September 2015, pp. 14-17 or S.V. Smirnov, H.V. Ivanov Fiber-optic technologies for creating safe operating conditions for pipeline systems in hard-to-reach and difficult climatic regions // Labor Safety in Industry, 2017, No. 2, pp. 33-39, www.safety.ru].
Способ заключается в том, что собирают на поверхности заглубляемый трубопровод путем соединения между собой отрезков труб с радиусом R параллельно оси трубопровода при помощи сварки, на контролируемом участке трубопровода, к внешней поверхности трубопровода, к его изоляции прикрепляют N=3 распределенных волоконно-оптических сенсора продольной деформации, при этом в каждом i-м поперечном сечении трубопровода каждый j-й сенсор крепится в точке соответствующей величине xi погонной длины оси трубопровода с угловыми координатами γij с первоначальным натяжением εij СЕНС НАЧ, каждый j-й сенсор подключают к измерительной аппаратуре системы контроля напряженно-деформированного состояния трубопровода, способной выполнять измерения значений продольной деформации εij СЕНС для каждого j-го сенсора в каждом i-м поперечном сечении трубопровода, соответствующей величине xi погонной длины оси трубопровода, выполняют калибровочную настройку системы, на основе того, что в каждом i-м поперечном сечении трубопровода соответствующим величине xi погонной длины оси трубопровода и точке крепления j-го сенсора к трубопроводу калибровочное значение продольной деформации трубопровода εij ФИКС КАЛ равно нулю и измеренное при калибровке измерительной аппаратурой системы контроля напряженно-деформированного состояния трубопровода значение продольной деформации εij СЕНС КАЛ этого j-го распределенного волоконно-оптического сенсора для значения величины погонной длины xi равно величине первоначального натяжения εij СЕНС НАЧ, после чего трубопровод помещают в грунт и осуществляют непрерывный анализ напряженно-деформированного состояния трубопровода путем непрерывного сравнения текущих зафиксированных значений продольной деформации трубопровода εij ФИКС, определяемых как:The method consists in the fact that a buried pipeline is assembled on the surface by connecting pipe sections with a radius R parallel to the pipeline axis by welding, on the controlled section of the pipeline, to the outer surface of the pipeline, N = 3 distributed fiber-optic longitudinal sensors are attached to its insulation deformation, while in each i-th cross-section of the pipeline, each j-th sensor is attached at the point corresponding to the value xi of the linear length of the pipeline axis with angular coordinates γ ij with the initial tension ε ij SENS NACh , each j-th sensor is connected to the measuring equipment of the system for monitoring the stress-strain state of the pipeline, capable of measuring the values of the longitudinal deformation ε ij SENS for each j-th sensor in each i-th cross-section of the pipeline corresponding to the value x i of the linear length of the pipeline axis, perform a calibration adjustment of the system based on the fact that in each i-th cross-section uu pipeline corresponding value x i of linear length of the pipe axis and the attachment point j-th sensor to a pipeline calibration value of longitudinal deformation pipeline ε ij CONST KAL zero and measured at calibration instrumentation control deflected condition of the pipeline value of longitudinal deformation system ε ij SENS KAL of this j-th distributed fiber-optic sensor for the value of the linear length xi is equal to the value of the initial tension ε ij SENS NACh , after which the pipeline is placed in the ground and a continuous analysis of the stress-strain state of the pipeline is carried out by continuously comparing the current recorded values of the longitudinal deformation of the pipeline ε ij FIX , defined as:
εij ФИКС = εij СЕНС - εij СЕНС НАЧ. ε ij FIX = ε ij SENS - ε ij SENS START
где εij ФИКС - значение, зафиксированное j-м сенсором системы контроля напряженно-деформированного состояния трубопровода в i-м поперечном сечении трубопровода;where ε ij FIX is the value recorded by the j-th sensor of the pipeline stress-strain state monitoring system in the i-th cross-section of the pipeline;
εij СЕНС - значение продольной деформации, измеренные в j-м сенсором в i-м поперечном сечении трубопровода;ε ij SENS - the value of longitudinal deformation, measured in the j-th sensor in the i-th cross-section of the pipeline;
εij СЕНС НАЧ - первоначальное натяжение j-го сенсора в i-м поперечном сечении трубопроводаε ij SENS START - the initial tension of the j-th sensor in the i-th cross-section of the pipeline
с соответствующими значениями продольной деформации трубопровода при первоначальном и предыдущих измерениях, и с заданными пороговыми значениями продольной деформации трубопровода, по результатам сравнения выявляют участки напряженно-деформированного состояния трубопровода с повышенной деформацией, а информация о погонной координате xi ПОВ ДЕФ, угловой координате γij ПОВ ДЕВ и параметрах продольной деформации трубопровода на участке с повышенной деформацией выводят на экран автоматизированного рабочего места диспетчера.with the corresponding values of the longitudinal deformation of the pipeline during the initial and previous measurements, and with the predetermined threshold values of the longitudinal deformation of the pipeline, according to the results of the comparison, areas of the stress-strain state of the pipeline with increased deformation are identified, and information on the linear coordinate x i POV DEF , angular coordinate γ ij POV DEV and the parameters of the longitudinal deformation of the pipeline in the area with increased deformation are displayed on the screen of the automated workstation of the dispatcher.
Способ настройки системы контроля напряженно-деформированного состояния заглубленного трубопровода учитывает то, что сборка происходит путем присоединения новой секции к уже собранному участку трубопровода. При этом методика сборки трубопровода подразумевает соосное присоединение новой секции к уже собранному участку трубопровода, которые затем свариваются. Считается, что такая процедура сборки трубопровода позволяет избежать напряжений, вызывающих продольные деформации трубопровода. Эти напряжения будут возникать потом после перемещения трубопровода в траншею и засыпки трубопровода грунтом при воздействиях на трубопровод внешних факторов, таких как пучение, всплытие при затоплении грунтовыми и вешними водами, смещениях грунта в результате оползней и т.д.The method of tuning the system for monitoring the stress-strain state of a buried pipeline takes into account the fact that the assembly takes place by attaching a new section to the already assembled section of the pipeline. In this case, the pipeline assembly technique implies the coaxial connection of the new section to the already assembled section of the pipeline, which are then welded. It is believed that such a pipeline assembly procedure avoids stresses causing longitudinal deformations of the pipeline. These stresses will then arise after the pipeline is moved into a trench and the pipeline is backfilled with soil when external factors affect the pipeline, such as heaving, flooding when flooding by ground and spring waters, soil displacement as a result of landslides, etc.
Поэтому трубопровод при установке на него распределенных волоконно-оптических сенсоров продольной деформации считают не напряженным и, соответственно, не деформированным. В распределенных волоконно-оптических сенсорах продольной деформации создают первоначальное натяжение для того, чтобы у заглубленного в грунт трубопровода можно было фиксировать деформации, как растяжения, так и сжатия.Therefore, when distributed fiber-optic longitudinal deformation sensors are installed on it, the pipeline is considered not stressed and, accordingly, not deformed. In distributed fiber-optic sensors of longitudinal deformation, an initial tension is created so that deformations, both stretching and compression, can be recorded at a pipeline buried in the ground.
Способ настройки системы контроля напряженно-деформированного состояния заглубленного трубопровода выбран в качестве прототипа.The method of tuning the system for monitoring the stress-strain state of the buried pipeline is chosen as a prototype.
Недостатком прототипа является то, что не учитывается тот факт, что распределенные волоконно-оптические сенсоры продольной деформации прикрепляются к изоляции трубопровода уже в собранном состоянии. К этому моменту в нем действительно нет продольных деформаций, связанных с продольным напряжением, вызванным растяжением или сжатием всего трубопровода вдоль оси, так как именно для этого предусмотрена методика сборки трубопровода, при которой производится соосное присоединение и сварка новой секции к уже собранному участку трубопровода.The disadvantage of the prototype is that it does not take into account the fact that distributed fiber-optic longitudinal strain sensors are attached to the pipeline insulation already in the assembled state. At this point, it really does not have longitudinal deformations associated with longitudinal stress caused by stretching or compression of the entire pipeline along the axis, since this is precisely why a pipeline assembly technique is provided, in which a new section is coaxially connected and welded to an already assembled section of the pipeline.
Однако в собранном состоянии трубопровод находится, как правило, на земной поверхности рядом с траншеей, в которую он будет перемещен перед засыпкой грунтом. В результате трубопровод принимает изгибные деформации поверхности земли. Указанные деформации вызывают напряжения в теле трубопровода, величина которых определяется величиной радиуса изгиба трубопровода.However, in the assembled state, the pipeline is, as a rule, on the earth's surface next to the trench, into which it will be moved before backfilling with soil. As a result, the pipeline accepts bending deformations of the earth's surface. These deformations cause stresses in the body of the pipeline, the magnitude of which is determined by the radius of the pipeline bend.
Таким образом, предположение, что на момент калибровки в материале трубопровода отсутствуют напряжения не верно. Игнорирование этих напряжений, связанных с изгибными деформациями, будет приводить к систематическим ошибкам при мониторинге напряженно-деформированного состояния трубопровода из-за неправильной начальной калибровки.Thus, the assumption that there are no stresses in the pipeline material at the time of calibration is not true. Ignoring these stresses associated with bending deformations will lead to systematic errors in monitoring the stress-strain state of the pipeline due to incorrect initial calibration.
Кроме того, как и для любой информационной системы контроля распределенного объекта, в системе должна быть информационная модель расположения трубопровода в пространстве. Для таких моделей характерен рост систематической ошибки, вызванной несовпадением реального пространственного положения точки на поверхности волоконно-оптического сенсора продольной деформации и значением координаты этой точки в системе контроля напряженно-деформированного состояния заглубленного трубопровода.In addition, as for any information control system of a distributed object, the system must have an information model of the location of the pipeline in space. Such models are characterized by an increase in the systematic error caused by the discrepancy between the real spatial position of a point on the surface of the fiber-optic sensor of longitudinal deformation and the value of the coordinate of this point in the system for monitoring the stress-strain state of a buried pipeline.
Целью заявленного способа калибровки системы контроля напряженно-деформированного состояния заглубляемого трубопровода является исключение систематических ошибок в измерениях параметров напряженно-деформированного состояния заглубляемого трубопровода, при котором учитываются изгибные деформации поверхности земли, появляющиеся при размещении заглубляемого трубопровода на поверхности земли в процессе его сборки, и реальное пространственное положение точки на поверхности волоконно-оптического сенсора продольной деформации.The purpose of the claimed method for calibrating the stress-strain state control system of a buried pipeline is to eliminate systematic errors in measuring the parameters of the stress-strain state of a buried pipeline, which takes into account the bending deformations of the ground surface that appear when the buried pipeline is placed on the earth's surface during its assembly, and the real spatial position of a point on the surface of the fiber-optic longitudinal strain sensor.
Техническим результатом является увеличение точности калибровочных операций при настройке систем мониторинга состояния заглубленного трубопровода путем устранения систематических погрешностей при помощи калибровки системы контроля напряженно-деформированного состояния заглубляемого трубопровода использующей волоконно-оптические сенсоры продольной деформации.The technical result is to increase the accuracy of calibration operations when setting up monitoring systems for the state of a buried pipeline by eliminating systematic errors by calibrating a system for monitoring the stress-strain state of a buried pipeline using fiber-optic longitudinal deformation sensors.
Технический результат достигается тем, что собирают на поверхности заглубляемый трубопровод путем соединения между собой отрезков труб с радиусом R параллельно оси трубопровода при помощи сварки, на контролируемом участке трубопровода, к внешней поверхности трубопровода, к его изоляции прикрепляют N распределенных волоконно-оптических сенсора продольной деформации, при этом в каждом i-м поперечном сечении трубопровода каждый j-й сенсор крепится в точке соответствующей величине xi погонной длины оси трубопровода с угловыми координатами γij с первоначальным натяжением εij СЕНС НАЧ, каждый j-й сенсор подключают к измерительной аппаратуре системы контроля напряженно-деформированного состояния трубопровода, способной выполнять измерения значений продольной деформации εij СЕНС для каждого j-го сенсора в каждом i-м поперечном сечении трубопровода, соответствующей величине xi погонной длины оси трубопровода, выполняют калибровочную настройку системы, при которой в каждом i-м поперечном сечении трубопровода соответствующим величине xi погонной длины оси трубопровода и точке крепления j-го сенсора к трубопроводу с учетом величины первоначального натяжения ставят в соответствие известное калибровочное значение продольной деформации трубопровода с зафиксированным измерительной аппаратурой системы контроля напряженно-деформированного состояния трубопровода значением продольной деформации этого j-го распределенного волоконно-оптического сенсора для значения величины погонной длины xi, после чего трубопровод помещают в грунт и осуществляют непрерывный анализ напряженно-деформированного состояния трубопровода путем непрерывного сравнения текущих зафиксированных значений продольной деформации трубопровода εij ФИКС с соответствующими значениями продольной деформации трубопровода при первоначальном и предыдущих измерениях, и с заданными пороговыми значениями продольной деформации трубопровода, по результатам сравнения выявляют участки напряженно-деформированного состояния трубопровода с повышенной деформацией, а информация о погонной координате xi ПОВ ДЕФ, угловой координате γij ПОВ ДЕФ и параметрах продольной деформации трубопровода на участке с повышенной деформацией выводят на экран автоматизированного рабочего места диспетчера, при этом при калибровке при помощи системы контроля напряженно-деформированного состояния трубопровода выполняют измерения значений продольной деформации εij СЕНС КАЛ и убеждаются, что зафиксированная величина при калибровке близка к заданной величине первоначального натяжения εij СЕНС КАЛ ≈ εij СЕНС НАЧ, при калибровочной настройке системы до заглубления трубопровода отмечают контрольные точки на поверхности трубопровода на поверхности распределенных волоконно-оптических сенсоров продольной деформации, для каждого j-го сенсора при включенной системе осуществляют локальное упругое механическое воздействие на сенсор в выбранных контрольных точках, фиксируют наличие реакции на это воздействие в системе и осуществляют привязку каждой контрольной точки к текущей величине xi погонной длины оси трубопровода с угловыми координатами γij в системе контроля напряженно-деформированного состояния трубопровода, с помощью измерительного оборудования на контролируемом участке трубопровода определяют положение в пространстве точек на поверхности трубопровода на поверхности распределенных волоконно-оптических сенсоров продольной деформации, включая контрольные точки, на основе выполненных измерений создают информационную геометрическую модель трубопровода, в которой определяют положение в пространстве оси трубопровода на основе решения геометрической задачи определения координаты точки на оси цилиндра по координатам нескольких точек на его поверхности, при этом для каждого i-го поперечного сечения трубопровода соответствующего величине xi погонной длины оси трубопровода и каждого j-го сенсора определяют угловую координату γij точки его крепления к трубопроводу, после этого для каждого i-го поперечного сечения трубопровода вычисляют калибровочные значения радиуса ρi КАЛ изгиба трубопровода и калибровочные значения угла γ0i КАЛ - перпендикулярного плоскости изгиба трубопровода в результате изгибной деформации, с помощью которых вычисляют калибровочные зависимости значений продольной деформации трубопровода εij КАЛ в точках крепления сенсоров к трубопроводу от угловых координат γij как:The technical result is achieved by the fact that a buried pipeline is assembled on the surface by connecting pipe sections with a radius R parallel to the pipeline axis by welding, on a controlled section of the pipeline, to the outer surface of the pipeline, N distributed fiber-optic longitudinal deformation sensors are attached to its insulation, at the same time, in each i-th cross-section of the pipeline, each j-th sensor is attached at a point corresponding to the value x i of the linear length of the pipeline axis with angular coordinates γ ij with the initial tension ε ij SENS NACh , each j-th sensor is connected to the measuring equipment of the control system of the stress-strain state of the pipeline, capable of measuring the values of the longitudinal deformation ε ij SENS for each j-th sensor in each i-th cross-section of the pipeline corresponding to the value x i of the linear length of the pipeline axis, perform a calibration adjustment of the system, in which in each i- m transverse with In the section of the pipeline corresponding to the value x i of the linear length of the pipeline axis and the attachment point of the j-th sensor to the pipeline, taking into account the value of the initial tension, the known calibration value of the longitudinal deformation of the pipeline is matched with the value of the longitudinal deformation of this j- recorded by the measuring equipment of the pipeline stress-strain state control system. th distributed fiber-optic sensor for the value of the linear length x i , after which the pipeline is placed in the ground and a continuous analysis of the stress-strain state of the pipeline is carried out by continuously comparing the current recorded values of the longitudinal deformation of the pipeline ε ij FIX with the corresponding values of the longitudinal deformation of the pipeline at the initial and previous measurements, and with predetermined threshold values of the longitudinal deformation of the pipeline, according to the results of comparison, areas of the stress-strain state tr pipelines with increased deformation, and information about the linear coordinate x i POV DEF , angular coordinate γ ij POV DEF and parameters of the longitudinal deformation of the pipeline in the area with increased deformation is displayed on the screen of the dispatcher's automated workplace, while calibrating using the stress-strain monitoring system the state of the pipeline, measure the values of the longitudinal deformation ε ij SENS KAL and make sure that the fixed value during calibration is close to the specified value of the initial tension ε ij SENS KAL ≈ ε ij SENS KAL ≈ ε ij SENS KAL , when calibrating the system before burying the pipeline, check points are marked on the surface of the pipeline on the surface distributed fiber-optic sensors of longitudinal deformation, for each j-th sensor with the system turned on, a local elastic mechanical action on the sensor is carried out at the selected control points, the presence of a reaction to this action in the system is recorded and For each control point to the current value xi of the linear length of the pipeline axis with angular coordinates γ ij in the pipeline stress-strain state monitoring system, the position in space of points on the pipeline surface on the surface of the distributed fiber-optic sensors of the longitudinal deformations, including control points, on the basis of the measurements performed, an information geometric model of the pipeline is created, in which the position in space of the pipeline axis is determined based on the solution of the geometric problem of determining the coordinate of a point on the axis of a cylinder by the coordinates of several points on its surface, while for each i-th of the cross-section of the pipeline corresponding to the value x i of the linear length of the pipeline axis and of each j-th sensor determine the angular coordinate γ ij of the point of its attachment to the pipeline, then for each i-th cross-section of the pipeline wires calculate the calibration values of the radius ρ i KAL of the pipeline bend and the calibration values of the angle γ 0i KAL - perpendicular to the plane of the pipeline bend as a result of bending deformation, with the help of which the calibration dependences of the values of the longitudinal deformation of the pipeline ε ij KAL at the points of attachment of the sensors to the pipeline from angular coordinates γ ij as:
εij КАЛ = R sin(γ0i КАЛ - γij)/ρi КАЛ,ε ij KAL = R sin (γ 0i KAL - γ ij ) / ρ i KAL ,
где εij КАЛ - калибровочные значения продольной деформации трубопровода в точках крепления сенсоров к трубопроводу;where ε ij KAL - calibration values of longitudinal deformation of the pipeline at the points of attachment of sensors to the pipeline;
γij - угловая координата погонной длины и углового положения точки крепления сенсора;γ ij - angular coordinate of the linear length and angular position of the sensor attachment point;
R - радиус трубопровода;R is the radius of the pipeline;
γ0i КАЛ - калибровочные значения угла, перпендикулярного плоскости изгиба трубопровода;γ 0i KAL - calibration values of the angle perpendicular to the plane of the pipeline bend;
ρi КАЛ - калибровочные значения радиуса изгиба трубопровода.ρ i KAL - calibration values of the pipeline bend radius.
после калибровочной настройки системы значение продольной деформации, зафиксированное системой контроля напряженно-деформированного состояния трубопровода εij ФИКС, определяется как:after calibrating the system, the value of the longitudinal deformation recorded by the pipeline stress-strain state monitoring system ε ij FIX is determined as:
εij ФИКС = εij СЕНС + εij КАЛ - εij СЕНС НАЧ,ε ij FIX = ε ij SENS + ε ij CAL - ε ij SENS START ,
после перемещения трубопровода в траншею до его засыпки грунтом снова с помощью измерительного оборудования на контролируемом участке трубопровода определяют положение в пространстве точек на поверхности трубопровода на поверхности распределенных волоконно-оптических сенсоров продольной деформации, включая контрольные точки, и корректируют информационную геометрическую модель трубопровода.after moving the pipeline into the trench before backfilling it with soil, again using measuring equipment at the controlled section of the pipeline, determine the position in space of points on the pipeline surface on the surface of distributed fiber-optic longitudinal strain sensors, including control points, and correct the information geometric model of the pipeline.
Суть изобретения заключается в том, что при калибровке создается информационная геометрическая модель трубопровода, в которой будут исключена систематическая ошибка, вызванная несовпадением реального пространственного положения точки на поверхности волоконно-оптического сенсора продольной деформации и значением координаты этой точки в системе контроля напряженно-деформированного состояния заглубленного трубопровода. Это позволяет достоверно характеризовать положение в пространстве трубопровода пространственным положением его оси. При этом текущая координата оси трубопровода может быть определена по измерениям геометрического положения трубопровода в пространстве, а затем скорректирована на основе уточненных измерений при перемещении трубопровода на дно траншеи. Относительно этой текущей координаты могут быть выполнены вычисления значения радиуса изгиба трубопровода и определена плоскость, в которой происходит изгибная деформация, которую удобно характеризовать углом направления перпендикуляра к этой плоскости.The essence of the invention lies in the fact that during calibration, an information geometric model of the pipeline is created, in which a systematic error caused by the discrepancy between the real spatial position of a point on the surface of the fiber-optic sensor of longitudinal deformation and the value of the coordinate of this point in the system for monitoring the stress-strain state of a buried pipeline will be excluded ... This makes it possible to reliably characterize the position in the space of the pipeline by the spatial position of its axis. In this case, the current coordinate of the pipeline axis can be determined by measuring the geometric position of the pipeline in space, and then corrected on the basis of refined measurements when the pipeline moves to the bottom of the trench. With respect to this current coordinate, calculations of the value of the bend radius of the pipeline can be performed and the plane in which bending deformation occurs, which is conveniently characterized by the angle of the direction of the perpendicular to this plane.
Операция локального упругого механического воздействия на сенсор в точке, пространственные, координаты которой известны, позволяет при калибровке исключить систематическую ошибку, вызванную несовпадением реального пространственного положения точки на поверхности волоконно-оптического сенсора продольной деформации и значением координаты этой точки в системе контроля напряженно-деформированного состояния заглубленного трубопровода.The operation of local elastic mechanical action on the sensor at a point, the spatial coordinates of which are known, makes it possible, during calibration, to exclude a systematic error caused by the discrepancy between the real spatial position of the point on the surface of the fiber-optic sensor of longitudinal deformation and the value of the coordinate of this point in the system for monitoring the stress-strain state of a buried pipeline.
Кроме того, при калибровке исключается систематическая ошибка, вызванная тем, что при сборке трубопровода путем сварки из отдельных труб на поверхности земли, из-за неровностей поверхности земли появляются изгибные напряжения. Эти напряжения измеряются и учитываются при дальнейшем контроле напряженно-деформированного состояния заглубленного трубопровода. Для этого в значение продольной деформации, зафиксированное измерительной аппаратурой системы контроля напряженно-деформированного состояния трубопровода, вносят поправку, связанную не только с первоначальным натяжением сенсора, но и учитывающую калибровочные значения продольной деформации трубопровода в точках крепления сенсоров к трубопроводу от угловых координат.In addition, the calibration eliminates a systematic error caused by the fact that when assembling a pipeline by welding from separate pipes on the ground surface, bending stresses appear due to unevenness of the ground surface. These stresses are measured and taken into account when further monitoring the stress-strain state of the buried pipeline. To do this, the value of the longitudinal deformation recorded by the measuring equipment of the pipeline stress-strain state monitoring system is amended not only with the initial tension of the sensor, but also taking into account the calibration values of the longitudinal deformation of the pipeline at the points of attachment of the sensors to the pipeline from the angular coordinates.
В результате в процессе калибровки будут исключены систематические ошибки, вызванные изгибными деформациями, которые заглубляемый трубопровод неизбежно принимает при помещении на земную поверхность в процессе сборки. Кроме того, точность калибровки повысится при выполнении мероприятий по исключении систематической ошибки, вызванную несовпадением реального пространственного положения точки на поверхности волоконно-оптического сенсора продольной деформации и значением координаты этой точки в системе контроля напряженно-деформированного состояния заглубленного трубопровода.As a result, the calibration process will eliminate systematic errors caused by bending deformations that a buried pipeline inevitably takes when placed on the earth's surface during assembly. In addition, the calibration accuracy will increase when measures are taken to eliminate the systematic error caused by the discrepancy between the real spatial position of a point on the surface of the fiber-optic sensor of longitudinal deformation and the value of the coordinate of this point in the system for monitoring the stress-strain state of a buried pipeline.
Предлагаемый способ калибровки системы контроля напряженно-деформированного состояния заглубленного трубопровода может быть реализован при настройке системы контроля напряженно-деформированного состояния заглубленного трубопровода. Блок-схема системы контроля напряженно-деформированного состояния заглубленного трубопровода представлена на фиг., здесь 1 - заглубляемый трубопровод, 2, 4, 6 распределенные волоконно-оптические сенсоры, 3, 5, 7 - блоки оконечного оборудования распределенных волоконно-оптических сенсоров, 8 - блок обработки информации, 9 -автоматизированное рабочее место диспетчера.The proposed method for calibrating the system for monitoring the stress-strain state of a buried pipeline can be implemented when setting up a system for monitoring the stress-strain state of a buried pipeline. A block diagram of a system for monitoring the stress-strain state of a buried pipeline is shown in Fig., Here 1 - a buried pipeline, 2, 4, 6 distributed fiber-optic sensors, 3, 5, 7 - blocks of terminal equipment of distributed fiber-optic sensors, 8 - information processing unit, 9 - dispatcher's automated workstation.
Распределенные волоконно-оптические сенсоры 2, 4, 6 с блоками оконечного оборудования 3, 5, 7 прикреплены к изоляции трубопровода 1. Распределенные волоконно-оптические сенсоры с блоками оконечного оборудования 2,4,6 располагаются на поверхности заглубляемого трубопровода 1 так, чтобы в каждом поперечном сечении заглубляемого трубопровода дуги между распределенными волоконно-оптическими сенсорами составляли 120 градусов, при этом дуга между двумя нижними сенсорами так же составляет 120 градусов.Distributed fiber-
Выходы блоков оконечного оборудования 3,5,7 с помощью информационных кабелей присоединены к входу блока обработки информации 8. Выход блока обработки информации к с помощью информационной шины присоединен ко входу автоматизированного рабочего места диспетчера 9.The outputs of the terminal equipment blocks 3,5,7 are connected with the help of information cables to the input of the
Настройка системы контроля напряженно-деформированного состояния заглубленного трубопровода выполняется следующим образом:The control system for the stress-strain state of the buried pipeline is configured as follows:
1. Собирают на поверхности заглубляемый трубопровод 1 путем прикрепления между собой отрезков труб с радиусом R параллельно оси трубопровода при помощи сварки.1. Collect the buried pipeline 1 on the surface by attaching pipe segments with a radius R parallel to the pipeline axis by welding.
2. На контролируемом участке трубопровода 1, к внешней поверхности трубопровода 1, к его изоляции прикрепляют три распределенных волоконно-оптических сенсора продольной деформации 2, 4, 6, при этом в каждом i-м поперечном сечении трубопровода каждый j-й сенсор крепится в точке соответствующей величине хi погонной длины оси трубопровода с угловыми координатами γij с первоначальным натяжением εij СЕНС НАЧ.2. On the controlled section of the pipeline 1, to the outer surface of the pipeline 1, three distributed fiber-optic
3. Каждый из сенсоров 2, 4, 6 подключают к своим блокам оконечного оборудования, соответственно 3, 5, 7.3. Each of the
4. Блоки оконечного оборудования 3, 5, 7 подключают к блоку обработки информации 8, соединенному с автоматизированным рабочим местом диспетчера 9, образующими аппаратуру системы контроля напряженно-деформированного состояния трубопровода, способной выполнять измерения значений продольной деформации εij СЕНС для каждого j-го сенсора в каждом i-м поперечном сечении трубопровода, соответствующей величине xi погонной длины оси трубопровода.4. Blocks of
5. При калибровке при помощи блока обработки информации 8 и автоматизированного рабочего места диспетчера 9 выполняют измерения значений продольной деформации εij СЕНС КАЛ и убеждаются, что зафиксированная величина при калибровке близка к заданной величине первоначального натяжения εij СЕНС КАЛ ≈ εij СЕНС НАЧ.5. When calibrating with the help of the
6. На поверхности сенсоров 2,4,6 отмечают контрольные точки.6. Check points are marked on the surface of
7. Для каждого j-го сенсора из сенсоров 2, 4, 6 при включенной аппаратуре системы контроля напряженно-деформированного состояния трубопровода осуществляют локальное упругое механическое воздействие на сенсор в выбранных контрольных точках и фиксируют наличие реакции на это воздействие в системе и осуществляют привязку каждой контрольной точки на поверхности сенсоров 2, 4, 6 к текущей величине xi погонной длины оси трубопровода с угловыми координатами γij в системе контроля напряженно-деформированного состояния трубопровода.7. For each j-th sensor of
8. С помощью измерительного оборудования на контролируемом участке трубопровода 1 определяют положение в пространстве точек на поверхности сенсоров 2, 4, 6, включая контрольные точки.8. Using the measuring equipment in the controlled section of the pipeline 1, the position in space of points on the surface of
9. На основе выполненных измерений создают информационную геометрическую модель трубопровода 1, в которой определяют положение в пространстве оси трубопровода на основе решения геометрической задачи определения координаты точки на оси цилиндра по координатам нескольких точек на его поверхности, при этом для каждого i-го поперечного сечения трубопровода 1 соответствующего величине xi погонной длины оси трубопровода и каждого j-го сенсора определяют угловую координату γij точки его крепления к трубопроводу 1.9. On the basis of the measurements performed, an information geometric model of pipeline 1 is created, in which the position in space of the pipeline axis is determined based on the solution of the geometric problem of determining the coordinates of a point on the cylinder axis by the coordinates of several points on its surface, while for each i-th cross-section of the pipeline 1 corresponding to the value x i of the linear length of the pipeline axis and each j-th sensor determine the angular coordinate γ ij of the point of its attachment to the pipeline 1.
10. Для каждого i-го поперечного сечения трубопровода 1 вычисляют калибровочные значения радиуса ρi КАЛ изгиба трубопровода и калибровочные значения угла γ0i КАЛ - перпендикулярного плоскости изгиба трубопровода в результате изгибной деформации, с помощью которых фиксируют калибровочные зависимости значений продольной деформации трубопровода εij КАЛ в точках крепления сенсоров 2, 4, 6 к трубопроводу 1 от угловых координат γij как:10. For each i-th cross-section of the pipeline 1, the calibration values of the radius ρ i KAL of the pipeline bend and the calibration values of the angle γ 0i KAL are calculated - perpendicular to the plane of the pipeline bend as a result of bending deformation, with which the calibration dependences of the values of the longitudinal deformation of the pipeline ε ij KAL are recorded at the points of attachment of
εij КАЛ = R sin(γ0i КАЛ - γij)/ρi КАЛ.ε ij KAL = R sin (γ 0i KAL - γ ij ) / ρ i KAL .
11. Выполняют калибровочную настройку системы, при которой в каждом i-м поперечном сечении трубопровода соответствующим величине xi погонной длины оси трубопровода 1 и точке крепления j-го сенсора к трубопроводу 1 ставят в соответствие с учетом величины первоначального натяжения известное калибровочное значение продольной деформации трубопровода с зафиксированным измерительной аппаратурой системы контроля напряженно-деформированного состояния трубопровода значением продольной деформации этого j-го распределенного волоконно-оптического сенсора для значения величины погонной длины xi как:11. Perform a calibration adjustment of the system, in which in each i-th cross-section of the pipeline corresponding to the value x i of the linear length of the axis of the pipeline 1 and the attachment point of the j-th sensor to the pipeline 1, the known calibration value of the longitudinal deformation of the pipeline is set in accordance with the value of the initial tension with the fixed measuring equipment of the pipeline stress-strain state monitoring system with the value of the longitudinal strain of this j-th distributed fiber-optic sensor for the value of the linear length xi as:
εij ФИКС = εij СЕНС + εij КАЛ - εij СЕНС НАЧ. ε ij FIX = ε ij SENS + ε ij CAL - ε ij SENS START
12. После перемещения трубопровода 1 в траншею до его засыпки грунтом снова с помощью измерительного оборудования на контролируемом участке трубопровода 1 определяют положение в пространстве точек на поверхности сенсоров 2, 4, 6, включая контрольные точки, и корректируют информационную геометрическую модель трубопровода 1.12. After moving the pipeline 1 into the trench before backfilling it with soil, again using the measuring equipment on the controlled section of the pipeline 1, determine the position in space of points on the surface of
Система контроля напряженно-деформированного состояния заглубленного трубопровода, при настройке которой может быть реализован предлагаемый способ калибровки системы контроля напряженно-деформированного состояния заглубленного трубопровода, может быть реализована при использовании оборудования прототипа [СВ. Смирнов, Х.В. Иванов Волоконно-оптические технологии для создания безопасных условий эксплуатации трубопроводных систем в труднодоступных и сложных природно-климатических регионах // Безопасность Труда в Промышленности, 2017, №2, стр. 33-39, www.safety.ru]. При этом при монтаже распределенные волоконно-оптические сенсоры 2, 4, 6 закрепляются на поверхности заглубляемого трубопровода 1 параллельно его оси так, что в каждом поперечном сечении заглубляемого трубопровода точки крепления разделены друг от друга дугами величиной 120 градусов, при этом первый распределенный волоконно-оптический сенсор соответствуют угловому положению 0 градусов (в верхней точке), второй распределенный волоконно-оптический сенсор соответствуют угловому положению 120 градусов (влево от верхней точки), третий распределенный волоконно-оптические сенсор соответствуют угловому положению -120 градусов (вправо от верхней точки).The system for monitoring the stress-strain state of a buried pipeline, when adjusting which the proposed method of calibrating the stress-strain state of a buried pipeline can be implemented, can be implemented using the prototype equipment [SV. Smirnov, Kh.V. Ivanov Fiber-optic technologies for creating safe operating conditions for pipeline systems in hard-to-reach and difficult climatic regions // Labor Safety in Industry, 2017, No. 2, pp. 33-39, www.safety.ru]. At the same time, during installation, the distributed fiber-
Контрольные точки могут отмечаться при помощи контрастных маркеров, наносимых при помощи краски, либо путем приклейки светоотражающих стеклянных стразов.Control points can be marked with contrast markers applied with paint, or by gluing reflective glass rhinestones.
В качестве измерительного оборудования для определения положения в пространстве точек на поверхности трубопровода на поверхности распределенных волоконно-оптических сенсоров 2, 4, 6 продольной деформации 1, включая контрольные точки, может использоваться лазерный сканер типа Leica RTC360.A laser scanner of the Leica RTC360 type can be used as measuring equipment for determining the position in space of points on the surface of the pipeline on the surface of distributed fiber-
Информационная геометрическая модель трубопровода может создаваться с помощью одного из программных моделирующих комплексов, широко представленных сегодня на рынке, в частности, например, при помощи программного моделирующего комплекса National Instruments Labview 2012.The information geometric model of the pipeline can be created using one of the software modeling systems widely available on the market today, in particular, for example, using the National Instruments Labview 2012 software modeling complex.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет увеличить точность калибровочных операций при настройке систем мониторинга состояния заглубленного трубопровода путем устранения систематических погрешностей при помощи калибровки системы контроля напряженно-деформированного состояния заглубляемого трубопровода использующих волоконно-оптические сенсоры продольной деформации. При калибровке учитываются изгибные деформации, появляющиеся при размещении заглубляемого трубопровода на поверхности земли в процессе его сборки, и реальное пространственное положение волоконно-оптических сенсоров продольной деформации.Thus, the proposed technical solution allows increasing the accuracy of calibration operations when setting up monitoring systems for the state of a buried pipeline by eliminating systematic errors by calibrating the stress-strain state of a buried pipeline using fiber-optic longitudinal strain sensors. The calibration takes into account bending deformations that appear when a buried pipeline is placed on the earth's surface during its assembly, and the real spatial position of fiber-optic longitudinal deformation sensors.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019136409A RU2741185C1 (en) | 2019-11-12 | 2019-11-12 | Calibration method of buried-pipeline stress-strain state monitoring system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019136409A RU2741185C1 (en) | 2019-11-12 | 2019-11-12 | Calibration method of buried-pipeline stress-strain state monitoring system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2741185C1 true RU2741185C1 (en) | 2021-01-22 |
Family
ID=74213047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019136409A RU2741185C1 (en) | 2019-11-12 | 2019-11-12 | Calibration method of buried-pipeline stress-strain state monitoring system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2741185C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2864202A1 (en) * | 2003-12-22 | 2005-06-24 | Commissariat Energie Atomique | Instrumented tubular device for transporting fluid under pressure, using Bragg network optical gauges to monitor temperature, pressure and pressure fluctuations and thus cumulative fatigue |
| RU2451874C1 (en) * | 2011-03-29 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Гипрогазцентр" | Method for technical monitoring and estimate of main pipeline and system for implementation thereof |
| RU2563419C2 (en) * | 2014-02-13 | 2015-09-20 | Сергей Степанович Шаклеин | Method of monitoring of technical state of pipeline and system for its implementation |
| KR20180050752A (en) * | 2015-09-24 | 2018-05-15 | 렌록 홀딩스, 엘엘씨 | Pipe fittings including sensors |
| RU2656163C2 (en) * | 2016-04-12 | 2018-05-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Method of evaluating stress-strain state of a pipeline with faulty welded joints |
-
2019
- 2019-11-12 RU RU2019136409A patent/RU2741185C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2864202A1 (en) * | 2003-12-22 | 2005-06-24 | Commissariat Energie Atomique | Instrumented tubular device for transporting fluid under pressure, using Bragg network optical gauges to monitor temperature, pressure and pressure fluctuations and thus cumulative fatigue |
| RU2451874C1 (en) * | 2011-03-29 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Гипрогазцентр" | Method for technical monitoring and estimate of main pipeline and system for implementation thereof |
| RU2563419C2 (en) * | 2014-02-13 | 2015-09-20 | Сергей Степанович Шаклеин | Method of monitoring of technical state of pipeline and system for its implementation |
| KR20180050752A (en) * | 2015-09-24 | 2018-05-15 | 렌록 홀딩스, 엘엘씨 | Pipe fittings including sensors |
| RU2656163C2 (en) * | 2016-04-12 | 2018-05-31 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" | Method of evaluating stress-strain state of a pipeline with faulty welded joints |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ермилов А.Л. и др. Мониторинг деформации трубопровода и подвижек грунта на объекте магистральный с газопровод "Сахалин-Хабаровск-Владивосток", Фотон-экспресс, N5 (125), сентябрь, 2015, стр. 14-17. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8970845B1 (en) | In-situ three-dimensional shape rendering from strain values obtained through optical fiber sensors | |
| US10627219B2 (en) | Apparatus and methods for monitoring movement of physical structures by laser deflection | |
| AU2013227428B2 (en) | Fault detection for pipelines | |
| KR101944823B1 (en) | Underground Facilities Detection System Using Augmented Reality and Virtual Reality | |
| US10976285B2 (en) | Pipeline mapping system | |
| US8479590B2 (en) | System for monitoring structural assets | |
| CN104748695B (en) | Based on large-section underground cavern's early deformation monitoring method that section is finely measured | |
| CN105783866A (en) | Liquid level meter and settlement monitoring system based on low-coherence interference technology | |
| CN106610502A (en) | A buried communication optical cable ground location rapid and accurate search method | |
| CN104501732B (en) | A kind of hydro-structure distortion distributed optical fiber sensing device and method | |
| RU2741185C1 (en) | Calibration method of buried-pipeline stress-strain state monitoring system | |
| RU2729304C1 (en) | Control method of stress-strain state of buried pipeline | |
| CN204286374U (en) | A kind of hydro-structure distortion distributed optical fiber sensing device | |
| Ghazali et al. | Monitoring subsurface ground movement using fibre optic inclinometer sensor | |
| KR20170106097A (en) | Monitoring systemt for a buried pipe | |
| RU2633018C2 (en) | Method of diagnostic controlling technical parameters of underground pipeline | |
| Liu et al. | Field monitoring of a corrugated steel culvert using multiple sensing technologies | |
| RU2767263C1 (en) | Method for integrated assessment of indicators determining the technical condition of pipeline systems, and a monitoring system for its implementation | |
| RU2747385C1 (en) | Method for determining spatial location of pipeline | |
| Dewar et al. | Technical and operational guidelines when using strain gauges to monitor pipelines in slow moving landslides | |
| Zhang et al. | A new railway tunnel deformation monitoring system using FBG bending gauges | |
| Cauchi et al. | Fiber optic sensors for monitoring pipe bending due to ground movement | |
| HOU et al. | Study on monitoring error of distributed optical fiber using fixed-point layout for tunnel deformation monitoring | |
| Antonov et al. | Instrumental methods of examining the underwater crossing of TGPL across the river Lena and evaluating the changes in its stress-strain state | |
| Aginey et al. | Theoretical Approbation of the Method for Evaluating Bending Stress of Underground Pipelines from the Ground Surface |