长输管道全生命周期应变监测系统的开发与应用

杨晓玉1，陈金平1，戴联双2，孙晁3，李玉坤1（1. 中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院；2. 国家石油天然气管网集团有限公司；3. 国家管网集团储运技术发展有限公司）

摘要：【目的】长输油气管道在制管、施工及运维的全生命周期中受多场耦合载荷作用，易在局部区域产生应力集中，进而对结构完整性构成潜在威胁。然而，现有监测技术普遍存在全生命周期覆盖不完整、系统组件协同性不足以及工程适配性差等问题，难以实现对管道应变状态的连续、高效监测。因此，亟需研发一套能够贯穿管道全生命周期、具备高可靠性与良好工程适用性的应变监测系统，以实现对管道应变行为的全过程可视化感知与智能化管理，提升管道运行的安全性与可维护性。【方法】设计并构建了一套由柔性超薄应变传感器、数据采集装置、数据处理平台及可视化终端组成的集成化应变监测系统：采用柔性FPC 基板，研制了可同步采集轴向、环向应变与温度变化的柔性超薄传感器，其具备“预埋-外贴”双模式布设能力；开发了集成射频识别模块、多级电磁防护及“本地缓存+远程传输”双模传输的数据采集装置，确保传感器与采集装置的高效协同；基于云服务架构搭建了支持数据远程入库、存储、实时分析的处理平台，并在终端模块实现了数据可视化展示、自动生成监测报告及远程协同管理。【结果】该系统在中缅天然气管道动火换管现场应用，布设两个监测截面、8 个测点，采用5 Hz 高频采集，并以光纤光栅传感器作为参考进行对比验证。现场应用结果表明：①系统部署便捷，全程数据连续无缺失，验证了其在强施工扰动下的稳定性与可靠性；②柔性超薄传感器测量精度高，与光纤传感器监测结果对比，其轴向应变变化量相对误差小于3.0％；③系统成功捕捉到切割阶段应力释放、焊接升温阶段热膨胀效应及降温阶段残余应变等全过程动态响应。【结论】该应变监测系统实现了传感器、采集装置、处理平台及终端的高效协同，突破了现有技术在全生命周期覆盖与工程适配性方面的局限，为长输管道结构安全评估提供了可靠的数据支撑与技术手段。未来研究将深化多源数据融合与数字孪生技术在管道应变监测中的集成应用，以推动管道安全管理向智能化方向演进。

关键词：全生命周期应变监测；应变监测系统；柔性超薄传感器；长输油气管道；射频识别