王璽 申瑞濤 楊青苗

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北京管道公司

摘要：介紹了應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)設(shè)備在陜京管道陜西段的應(yīng)用，包括ST1型振弦式應(yīng)變計(jì)簡(jiǎn)介、設(shè)備安裝及數(shù)據(jù)分析，監(jiān)測(cè)管道拉應(yīng)力、壓應(yīng)力相對(duì)于往期的變化并依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)預(yù)警，對(duì)預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)揮輔助分析作用。

關(guān)鍵詞：陜京管道；地質(zhì)災(zāi)害；應(yīng)力應(yīng)變；數(shù)據(jù)分析

陜京管道陜西段地貌以沙漠段、黃土塬和山地段為主，在汛期短時(shí)間內(nèi)形成的強(qiáng)降雨容易造成水土流失、沖溝發(fā)育、山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，危害極大，往往造成管道局部形變、懸空甚至斷裂，影響天然氣輸送和周邊居民安全。本文主要介紹應(yīng)力應(yīng)變?cè)O(shè)備在陜京管道陜西段的應(yīng)用和數(shù)據(jù)分析。

1  設(shè)備簡(jiǎn)介

弧焊型振弦應(yīng)變計(jì)包含一個(gè)兩端帶有可焊接錨固件的振弦傳感器和一個(gè)傳感器激勵(lì)線圈，其特點(diǎn)一是適合人工或自動(dòng)化讀數(shù)方式；二是可調(diào)整到合適的張拉和壓縮量程，以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)工程環(huán)境；三是包含一個(gè)溫度傳感器能同時(shí)監(jiān)測(cè)溫度；四是O型圈設(shè)計(jì)密封防水。

選用英國(guó)巖土ST1型振弦式應(yīng)變計(jì)進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)傳感。其傳感器可通過(guò)超長(zhǎng)電纜準(zhǔn)確重復(fù)測(cè)讀，具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性及可靠性。傳感器和線圈均可回收重復(fù)使用。傳感器主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表 1。

表 1 ST1型振弦式應(yīng)變計(jì)傳感器參數(shù)表

2  現(xiàn)場(chǎng)安裝

（1）管道表面處理。手動(dòng)剝離對(duì)應(yīng)點(diǎn)位傳感器處防腐層，長(zhǎng)度1.0 m，寬度0.6 m，清潔管道并去除剝離防腐層時(shí)遺留的雜質(zhì)。

（2）應(yīng)變計(jì)組裝。將調(diào)節(jié)好的ST1型傳感器順著中軸線位置放正，確定安裝位置。傳感器底座上均勻涂抹耦合劑，放至事先確定的位置上，適當(dāng)按壓傳感器，將其黏貼于應(yīng)變計(jì)基座，然后進(jìn)行傳感器熔接、激勵(lì)線圈及隔力罩安裝（圖 1）。

圖 1 傳感器示例

（3）防腐處理。用黏彈體防腐膏按壓在開(kāi)口部分并包裹全部激勵(lì)線圈（有效附著在金屬表面），使用熱風(fēng)槍加熱防腐膏直至其軟化。順保護(hù)罩周圍黏貼防腐膏，直至覆蓋全部打磨區(qū)域和保護(hù)罩，然后均勻加熱防腐膏至軟塑狀，保證其具有圓滑曲面外形且溢出，開(kāi)口位置不得小于20 mm。

在安裝應(yīng)變計(jì)部位的管道（圖 2），黏貼2整纏圈黏彈體防腐帶（防腐帶規(guī)格：寬20 cm、厚1.5 mm），加熱至有效附著在管道表面，外表面應(yīng)平整、無(wú)褶皺、無(wú)氣泡，防腐帶搭接寬度不小于1/2。管道整圈纏繞熱縮壓敏膠帶1層（壓敏帶規(guī)格：長(zhǎng)5 m、寬60 cm、厚2.5 mm）。黏彈體防腐膠帶+熱縮壓敏膠帶防腐層用15 kV電火花檢漏，以無(wú)漏點(diǎn)為合格。測(cè)試應(yīng)變計(jì)并記錄數(shù)據(jù)。

圖 2 應(yīng)變計(jì)安裝示意圖

（4）接線盒接續(xù)。先將規(guī)格為BSIL-CA-14×Φ2 mm的14芯屏蔽線纜做好標(biāo)記。再將一個(gè)監(jiān)測(cè)截面的全部3支傳感器所有數(shù)據(jù)線在接線盒內(nèi)連接至同一條屏蔽線纜，同時(shí)在屏蔽線纜遠(yuǎn)端標(biāo)注相應(yīng)的截面編號(hào)。將屏蔽線纜分別置于PE保護(hù)管內(nèi)，就近導(dǎo)出地面并沿線槽引至基站安裝位置�；靥钋白詈笠淮螜z測(cè)應(yīng)變計(jì)。

（5）供電裝置安裝。采集設(shè)備BGK-8001內(nèi)置50 Ah鋰電池，使用24 V多晶電池板供電。將太陽(yáng)能電池板與采集設(shè)備正負(fù)極對(duì)應(yīng)連接。調(diào)試供電系統(tǒng)。

（6）無(wú)線遙測(cè)裝置安裝調(diào)試。使用筆記本電腦對(duì)采集儀、GPRS模塊、電池、SIM卡逐一進(jìn)行功能測(cè)試；接通上述所有設(shè)備呼叫后臺(tái)，完成在線測(cè)試并進(jìn)行設(shè)備標(biāo)定。

（7）工作坑回填。土方回填時(shí)應(yīng)避免在中午太陽(yáng)直射高溫狀態(tài)下進(jìn)行，先用細(xì)土回填管道以上30 cm，再進(jìn)行平穩(wěn)大回填。管道水平中心線以下的回填土不應(yīng)為濕的松軟土壤，并從管道兩邊將管道底部回填土夯實(shí)。 回填后恢復(fù)地貌，清理施工用材料、設(shè)備，平整施工場(chǎng)地，做到“工完，料凈，場(chǎng)地清”。

3  數(shù)據(jù)分析

以某管道里程54 km+100 m為監(jiān)測(cè)單元，選取在環(huán)焊縫及其上、下游截面處均有應(yīng)力應(yīng)變預(yù)警的應(yīng)變計(jì)安裝位置，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

（1）應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)分析 。

依據(jù)GB 50251―2015《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB/T 19624―2004《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》進(jìn)行安全評(píng)價(jià)時(shí)，對(duì)于無(wú)缺陷埋地管道只需考慮溫度、內(nèi)壓、外荷載引起的軸向應(yīng)力；對(duì)于焊縫缺陷埋地管道除考慮軸向應(yīng)力等一次應(yīng)力外，還需考慮焊接殘余應(yīng)力、內(nèi)外壁溫差應(yīng)力等二次應(yīng)力。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：環(huán)焊縫監(jiān)測(cè)截面S02軸向附加拉應(yīng)力最大值為 158.7 MPa、附加壓應(yīng)力最大值為﹣142.6 MPa。下游監(jiān)測(cè)截面X04軸向附加拉應(yīng)力最大值為165.4 MPa，軸向附加壓應(yīng)力最大值為﹣141.6 MPa。各監(jiān)測(cè)截面當(dāng)前附加應(yīng)力值及其相應(yīng)角度，對(duì)應(yīng)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等級(jí)詳見(jiàn)表 2。

表 2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

依據(jù)本次計(jì)算結(jié)果，S02/X04 監(jiān)測(cè)截面軸向附加應(yīng)力值超過(guò)相應(yīng)容許值的 60%，處于黃色預(yù)警級(jí)別； S01/X01/X03 監(jiān)測(cè)截面軸向附加應(yīng)力值超過(guò)相應(yīng)容許值的 30%，處于藍(lán)色預(yù)警級(jí)別。

（2）應(yīng)力分布與應(yīng)力時(shí)程。通過(guò)圖 3、圖 4曲線變化分析可見(jiàn)，自 2021 年 7 月 6 日起，監(jiān)測(cè)單元因降雨影響應(yīng)力增長(zhǎng)比較明顯，進(jìn)入黃色預(yù)警級(jí)別。7 月 14 日后監(jiān)測(cè)單元整體應(yīng)力變化比較平穩(wěn)，無(wú)明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖 3 54 km+100 m-S01最大軸向拉壓應(yīng)力時(shí)程曲線

圖 4 54 km+100 m-S01軸向應(yīng)力分量時(shí)程曲線

4  小結(jié)

應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)設(shè)備在陜京管道陜西段應(yīng)用效果顯著，能夠有效預(yù)測(cè)管道應(yīng)力變化，做到不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及時(shí)預(yù)警。設(shè)備需要長(zhǎng)期數(shù)據(jù)積累進(jìn)行對(duì)比分析，不適用于短期監(jiān)測(cè)。未來(lái)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)設(shè)備的廣泛使用，將有助于預(yù)警防治山區(qū)段、煤礦采空區(qū)段管道地質(zhì)災(zāi)害，避免管道事故發(fā)生。

作者：王璽，1998年生，2020年畢業(yè)于北京工業(yè)大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)，國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)北京管道陜西輸油氣分公司榆林作業(yè)區(qū)管道保護(hù)工，研究方向?yàn)楣艿罒o(wú)損檢測(cè)。聯(lián)系方式：13716538990，wangxizsy@163.com。