【摘 要】
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随着油气管网的大规模发展,管道安全维护已上升为国家战略,管道服役环境恶劣,受自身老化及外界环境因素影响极易产生应力集中,导致管道工作性能发生变化从而引发安全事故,因此能够准确监控管道应力状态对维护管道安全具有重要意义。交流电磁场应力测量法(ACSM)是一种新型应力评价技术,具有测量速度快,灵敏度高,非接触测量等优势,适用于长输油管道应力内检测。本文以交流电磁场检测技术为依据,建立了石油管道的电磁场
【基金项目】
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中国石油***公司“基于 ACSM 电流场检测的应力传感器开发制作”科研项目
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随着油气管网的大规模发展,管道安全维护已上升为国家战略,管道服役环境恶劣,受自身老化及外界环境因素影响极易产生应力集中,导致管道工作性能发生变化从而引发安全事故,因此能够准确监控管道应力状态对维护管道安全具有重要意义。交流电磁场应力测量法(ACSM)是一种新型应力评价技术,具有测量速度快,灵敏度高,非接触测量等优势,适用于长输油管道应力内检测。本文以交流电磁场检测技术为依据,建立了石油管道的电磁场仿真模型,研制了ACSM探头,设计开发了应力测量系统,开展了应力测量试验研究,通过实际工程应用验证了该系统对管道应力测量的能力。利用有限元仿真建立了基于ACSM法的石油管道电磁场三维仿真模型,根据仿真结果分析了管道磁场、涡流场分布规律,揭示了ACSM应力测量机理;研究了磁芯、激励线圈、检测线圈尺寸规格和相对位置对应力测量结果的影响,获得了ACSM应力测量探头的最优几何参数,仿真结果表明:该探头能够在管道表面感生出匀强磁场,满足ACSM应力测量要求;探头的励磁效果与磁芯磁臂长度、磁脚高度成反比;激励线圈“矮胖”型绕制方式相较于“瘦高”型绕制方式探头测量灵敏度更高;当检测线圈位于U型磁芯两脚连线中心处时探头测量效果最好,为ACSM探头的设计优化提供了参考。开发了基于ACSM法的石油管道应力测量系统,设计了由电源模块、控制器模块、激励模块、信号调理模块、信号采集模块和存储模块等组成的硬件电路,基于Lab VIEW编制了用于应力测量的上位机实时显示系统,实现了管道应力测量数据的实时显示和存储,根据仿真和试验结果研制了ACSM应力测量探头,验证了探头的应力测量能力。开展了不同类型拉伸试块的ACSM法应力测量试验研究,优选了应力信号测量最佳特征量,研究了激励线圈匝数、检测线圈高度、激励频率和提离高度对应力测量信号的影响;对比分析了弧形、带圆孔拉伸试块应力测量和力学仿真结果,验证了该系统应力测量的可靠性;针对现有系统多个通道难以保证完全一致的问题,提出了用于保证通道一致性的评价方法;采用该系统进行了管道应力内检测工程应用,结果表明该系统可有效识别管道应力集中区域。
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