应力监测在石油油气管道安全预警试验中的应用

王 瑞

（陕西延长石油（集团）有限责任公司管道运输第一分公司，陕西 榆林 718500）

摘  要：油气管道在地质灾害和温度变化等因素作用下易发生应力集中，传统巡检方式难以实现实时预警。针对埋地管道应力监测需求，采用电阻应变片法构建监测系统，通过优化应变花布设方案与温度应变分离策略，实现管道应力状态的连续采集与预警判定。基于弹性力学建立多向应变求解主应力的工程换算方法，引入安全裕度系数设定分级预警阙值。室内加压试验结果表明，周向与斜向应变实测值与理论值匹配度高，温度补偿后应变漂移量显著降低，系统可有效识别管道应力异常状态，满足工程预警精度要求。

关键词：油气管道；应力监测；电阻应变片；安全预警

应力监测是指通过传感技术对结构构件内部或表面的力学状态进行连续测量与分析的过程，安全预警试验则是在受控条件下验证监测系统对异常状态识别能力的技术手段。油气管道作为能源输送的关键基础设施，其运行安全直接关系到国家能源供给稳定与公共安全。随着管网规模持续扩大，埋地管道面临地质灾害、温度变化、腐蚀减薄等多重威胁，传统巡检方式在时效性和覆盖范围上存在明显局限。

采用电阻应变片法构建管道应力监测系统，通过优化应变花布设方案解决监测代表性问题，设计温度应变分离策略消除环境干扰，建立多向应变向主应力的工程换算方法，并依据安全裕度准则设定分级预警阀值，通过室内管道加压试验验证系统的测量精度与预警能力。

1 埋地油气管道应力监测的工程需求

埋地油气管道在服役过程中承受内压、温度应力、地层位移等多种载荷作用，当局部应力超过材料容许范围时将引发变形甚至破裂。地质灾害高发区的管道尤其面临滑坡、沉降等威胁，应力集中区域往往成为事故隐患点。传统检测方法主要依赖周期性巡检和定点压力监测，无法捕捉突发性应力变化。

管道应力监测系统需要满足以下需求：实现多点应变信号采集，具备对微小应变变化的敏感响应能力，可在温差较大的野外环境中保持测量稳定性，并能将监测数据转化为可量化的应力指标。光纤传感技术精度高但传感器结构脆弱，振弦式传感器体积较大，不适用于管道表面密集布设。电阻应变片具有体积小、灵敏度高、温度补偿性能稳定等优点，成为管道应力监测的适宜选择2。

2 电阻应变片法的测量原理与场景适配性

电阻应变片的测量原理基于金属丝的电阻应变效应，当应变片随被测构件变形时，其电阻值发生相应改变。采用半桥电路配置并考虑灵敏度修正时，应变与电桥输出的关系见式（1）。

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