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成果與項(xiàng)目的背景： 目前，一些熱力管線、石油部門采油現(xiàn)場由于泄漏的問題，每年造成國家資 產(chǎn)的損失十分嚴(yán)重。且微滲漏是大事故的預(yù)警。本項(xiàng)目為生產(chǎn)第一線的檢測現(xiàn)場 應(yīng)用研發(fā)了一套輔助性地下管道巡線及檢測裝備。 研究建立了熱力管道周圍溫場分布模型，進(jìn)行了從管道到地表的土壤層中溫 度梯度的研究。針對(duì)管道支路與滲漏檢測的生產(chǎn)第一線的迫切需要，設(shè)計(jì)了一種 專用的復(fù)合紅外熱成像儀，兼有管道走向指示及泄漏報(bào)警等功能。 81天津大學(xué)科技成果選編 技術(shù)原理： 依據(jù)目標(biāo)和背景之間的溫度差異來探測識(shí)別目標(biāo)，采用紅外熱成像法檢測這 些溫度異常，推測地下輸油管道的分布狀態(tài)，對(duì)地下熱力管道進(jìn)行檢測，探知管 道走向以及是否有偷油支管，并能夠準(zhǔn)確定位管道的分支點(diǎn)，為長期、慢速的泄 漏情況的檢測及準(zhǔn)確定位提供了一種快捷、準(zhǔn)確的檢測手段。該儀器由紅外鏡頭、 紅外探測器、成像電路、分析軟件、顯示部分和電源部分構(gòu)成。本項(xiàng)目為便攜結(jié) 構(gòu)，可以隨身攜帶，亦可以車載，便于實(shí)時(shí)觀察。 技術(shù)水平及專利與獲獎(jiǎng)情況： 該成果經(jīng)過天津市科委組織專家鑒定，鑒定結(jié)果為，該項(xiàng)目總體水平達(dá)到國 際先進(jìn)水平。目前專利正在受理中，受理號(hào)為：200520025335.5。 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測： 在現(xiàn)場應(yīng)用方面：本項(xiàng)目為熱力及石油管線檢測現(xiàn)場提供了一種急需裝備， 大大降低了檢測成本，有效地減少了原油的漏失，節(jié)約了國家能源，提高了油田 的經(jīng)濟(jì)效益，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 在市場銷售方面：本項(xiàng)目研發(fā)儀器是一種新的地下輸油管道巡線及支路檢測 輔助設(shè)備，該儀器成本為 12 萬元人民幣，按每臺(tái)售價(jià) 20 萬元來算，其經(jīng)濟(jì)效益 是可觀的。 在產(chǎn)品化推廣方面：本產(chǎn)品擁有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可以形成工業(yè)產(chǎn)品在全國 油田相關(guān)部門進(jìn)行推廣使用，具有廣闊的應(yīng)用市場前景。 應(yīng)用領(lǐng)域：石油行業(yè)及其相關(guān)領(lǐng)域。 產(chǎn)業(yè)化條件（包括：原料、設(shè)備、廠房面積的要求及投資規(guī)模）： 主要部件需要進(jìn)口，加工設(shè)備和廠房面積要求不高，投資規(guī)模在 200 萬左右， 預(yù)計(jì)產(chǎn)品化后的銷售額為每月 20~40 萬左右。 合作方式及條件： 技術(shù)轉(zhuǎn)讓或者技術(shù)合作，共同開發(fā)銷售并利潤分紅。 13 光纖周界安全檢測儀 14 分布式光纖管道安全預(yù)警系統(tǒng) 82天津大學(xué)科技成果選編 15 葉片振動(dòng)測量系統(tǒng) 16 大型儲(chǔ)罐罐底腐蝕聲發(fā)射檢測技術(shù)

本實(shí)用新型涉及醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及腹膜透析管道固定保護(hù)腰封，其結(jié)構(gòu)包括用于圍住腰部 的布帶、調(diào)整型魔術(shù)貼和用于放置短管末端的容納袋，所述調(diào)整型魔術(shù)貼位于所述布帶的兩端，用于將該 布帶貼扣在腰部，所述用于放置短管末端的容納袋設(shè)于所述布帶上，其開口朝向左側(cè)或者右側(cè)，所述用于 放置短管末端的容納袋使用時(shí)位于人體的腹部，短管與從腹腔伸出的腹膜透析管連接，短管末端置于容納 袋內(nèi)。本實(shí)用新型使用時(shí)，患者利用布帶上的調(diào)整型魔術(shù)貼將布帶固定在腰部，將短管末端放入容納袋， 保護(hù)貼布可內(nèi)襯無菌棉紗即可很好地保護(hù)腹透導(dǎo)管出口、固定腹膜透析管、短管和短管末端。 本實(shí)用新型涉及醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及腹膜透析管道固定保護(hù)腰封。

本儀器能夠通過管道上安裝的壓力傳感器和壓力轉(zhuǎn)換器及電腦的連接方式，將管道內(nèi)由于出水閥的迅速開、關(guān)引起的瞬態(tài)壓力變化，通過專有程序記錄下來并直觀的顯示在電腦上，實(shí)現(xiàn)了管道瞬態(tài)特性的數(shù)據(jù)化測試，將演示的現(xiàn)象變?yōu)槎炕繙y，為研究分析管道瞬態(tài)特性尤其水擊特性等提供一個(gè)嶄新的研究方法。該系統(tǒng)也可同時(shí)為管道工程、泵站、水廠、科研等提供監(jiān)測研究等服務(wù)。

本發(fā)明公開了一種油氣管道位移監(jiān)測裝置，包括動(dòng)樁和基樁，動(dòng)樁上固定有第一安裝平臺(tái)，第一安裝平臺(tái)上設(shè)有第一反射鏡；基樁上固定有第二安裝平臺(tái)，第二安裝平臺(tái)上設(shè)有分光鏡、激光器、第二反射鏡以及光檢測器，上述分光鏡、激光器、第二反射鏡以及光檢測器和第一反射鏡構(gòu)成邁克爾遜干涉儀；動(dòng)樁的下端與卡箍固定連接，卡箍安裝在油氣管道的外圓周上，基樁固定安裝在油氣管道的一側(cè)。本發(fā)明的油氣管道位移監(jiān)測裝置，通過邁克爾遜干涉法來檢測油氣管道位移，光檢測器得到測量結(jié)果，提供了精度保障，采集單元將測得的數(shù)據(jù)輸入處理單元中處理，具有測量精度高，自動(dòng)化程度高，操作簡便等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠做到實(shí)時(shí)監(jiān)測。

本實(shí)用新型公布一種對(duì)流體運(yùn)輸管道內(nèi)部狀況進(jìn)行定期檢查的管道內(nèi)況檢測機(jī)器人，屬于檢測機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。包括為機(jī)器人提供電力的電源、控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)模塊、與驅(qū)動(dòng)模塊相連的推進(jìn)機(jī)構(gòu)、對(duì)采集到的數(shù)據(jù)和外部指令進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)綜合處理模塊、用于信息傳輸?shù)耐ㄐ偶皵?shù)據(jù)傳輸模塊、用于采集外部信息的多種參數(shù)感知模塊和拍照記錄存儲(chǔ)模塊。本實(shí)用新型能及時(shí)方便的檢測管道內(nèi)的具體狀況并且檢測范圍大；不限定機(jī)器人能夠進(jìn)行采樣的數(shù)據(jù)類型、參數(shù)種類，可由工程技術(shù)人員依據(jù)當(dāng)前需求，自主改進(jìn)，加裝相應(yīng)裝置以滿足測量目的。

建筑設(shè)施內(nèi)空調(diào)管道噪聲控制與治理無論對(duì)于日常生活品質(zhì)以及工業(yè)噪聲污染都 是一個(gè)重要的課題，對(duì)于具體工程建設(shè)在設(shè)計(jì)之初就能獲得較為理想的設(shè)計(jì)方案顯得尤 為重要。傳統(tǒng)空調(diào)管道的設(shè)計(jì)工作大多通過翻查大量數(shù)表及依照大量復(fù)雜的公式計(jì)算從 而獲得其噪聲自然衰減以及再生噪聲的量級(jí)，最后將所有管道組件的衰減噪聲及再生噪 聲量進(jìn)行統(tǒng)一，從而得出整個(gè)空調(diào)管道的噪聲預(yù)測結(jié)果。此過程工作繁瑣，大量的查表 及公式計(jì)算很容易出錯(cuò)，并且復(fù)查工作較為難進(jìn)行，從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案的周期較長，效 率低下。同時(shí)由于很多數(shù)表及公式的適用條件有限，大量新型材料的涌現(xiàn)很難在一些數(shù) 表中找到對(duì)應(yīng)關(guān)系，這勢必會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案存在誤差較大的風(fēng)險(xiǎn)，難以把握空調(diào)管道噪 聲的控制。 針對(duì)于上述情況，我們開發(fā)了空調(diào)管道噪聲預(yù)測系統(tǒng)——NoiseExpress，首先其將 大量的參考數(shù)表數(shù)字化，公式程序化，設(shè)計(jì)者只需將空調(diào)管道個(gè)單元組件間結(jié)構(gòu)規(guī)格及 物理構(gòu)成通過程序相應(yīng)的控件輸入，最終便可以得出整個(gè)管道的噪聲控制結(jié)果。同時(shí)本 系統(tǒng)集成了大量的空調(diào)管道各個(gè)單元組件如彎頭、三通、變徑管、靜壓箱、消聲器等的 實(shí)測數(shù)據(jù)，豐富的數(shù)據(jù)庫為管道設(shè)計(jì)，組件單元的設(shè)計(jì)及仿真提供了科學(xué)與現(xiàn)實(shí)依據(jù)， 大大提高了方案設(shè)計(jì)的精確度。

油氣管道是油氣能源的主要輸送方式。我國現(xiàn)有的油氣管道距離長，鋪設(shè)地點(diǎn)和環(huán)境十分復(fù)雜。油氣管道一旦出現(xiàn)泄漏，造成的后果十分嚴(yán)重。因此，開展針對(duì)油氣管道的實(shí)時(shí)泄漏監(jiān)測，保障其健康穩(wěn)定可靠運(yùn)行十分重要。為此，我國“十三五”規(guī)劃中明確要求加強(qiáng)管道建設(shè)和維護(hù)工作，加強(qiáng)檢測與巡查。 本項(xiàng)目著眼于油氣管道具有的距離長、隱蔽性、泄漏點(diǎn)隨機(jī)等特點(diǎn)，根據(jù)油氣管道泄漏監(jiān)測的需求和要點(diǎn)、針對(duì)現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)的不足，以提升油氣管道可靠性與可維護(hù)性、提高油氣管道泄漏監(jiān)測定位精度和實(shí)時(shí)性、降低誤警率和虛警率等為目標(biāo)，

對(duì)流室爐管作為原油管式加熱爐的重要部件，在運(yùn)行過程中直接接觸火焰，承受高溫高壓及各種介質(zhì)腐蝕，且所運(yùn)輸?shù)脑陀志哂幸兹家妆忍匦裕坏t管失效會(huì)造成嚴(yán)重的惡性事故，延長對(duì)流室爐管使用周期、節(jié)省檢修費(fèi)用、提高爐管的使用效率一直是石油化工設(shè)備工作者研究的重點(diǎn)，因此對(duì)于對(duì)流室爐管的腐蝕程度檢測有著重要意義。為了增大受熱面積，提高加

1 研究背景 1.1 高壓力、大直徑和高可靠性的非金屬壓力管道需求迫切 管道作為五大運(yùn)輸方式之一，是輸送石油、天然氣、飲用水等重要能源和資源的主要手段，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和穩(wěn)定至關(guān)重要，被稱為國民經(jīng)濟(jì)的“生命線”。我國壓力管道發(fā)展迅猛，應(yīng)用規(guī)模不斷增大，在石油、天然氣和飲用水輸送等重大工程建設(shè)中發(fā)揮了不可替代的作用。在油氣領(lǐng)域，國內(nèi)油氣管道已形成縱橫東西、貫通南北、連接海外的管道輸送網(wǎng)絡(luò)。目前我國的原油管道1.9×104km，成品油管道2×104km，天然氣干線管道4.8×104km，油氣管道的總長度穩(wěn)居全球前五名。以西氣東輸三線為例，其西起新疆霍爾果斯，東至福建省福州市，全長5220km，設(shè)計(jì)年輸量3×1010m3。此外，油田集輸管網(wǎng)和城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)的管道長度已達(dá)到數(shù)十萬公里，且仍在不斷增長，成為油氣管道重要組成部分。在水資源輸送領(lǐng)域，為解決我國的水資源時(shí)空分布不均問題，我國已經(jīng)實(shí)施了多項(xiàng)跨流域、跨地區(qū)的長距離管道輸水工程，如南水北調(diào)工程、廣東省的“東深引水工程”和“西江引水工程”、天津的“引灤入津工程”和山東的“引黃濟(jì)青工程”。以南水北調(diào)中線工程為例，年均輸送生活、工業(yè)用水6.4×1010m3，農(nóng)業(yè)用水3×1010m3，供水范圍內(nèi)總面積15.5萬平方千米，惠及沿線6000萬人口。 以聚乙烯及其增強(qiáng)復(fù)合管為代表的非金壓力屬管道具有耐腐蝕、抗震、柔性好、壽命長等優(yōu)勢，在越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域替代金屬管道，成為世界各國競先研發(fā)的未來管道發(fā)展方向。全球非金屬管道的年均增速約5.9%，我國聚乙烯管道年平均增速更是達(dá)15%。 隨著聚乙烯及其增強(qiáng)復(fù)合管的不斷發(fā)展，其在燃?xì)夂洼斔阮I(lǐng)域應(yīng)用不斷擴(kuò)展。在燃?xì)忸I(lǐng)域，在燃?xì)忸I(lǐng)域，美國、英國、丹麥等的城市燃?xì)夤艿乐芯垡蚁┕軕?yīng)用比例均接近100%，而我國新鋪設(shè)的中低壓城市燃?xì)夤?0%以上采用聚乙烯管材。在輸水領(lǐng)域，我國城市建筑排水管道85%采用塑料管，城市排水管道的塑料管使用量達(dá)到50%，城市供水管道（DN400mm以下）80%采用塑料管，村鎮(zhèn)供水管道90%采用塑料管，逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位。目前，多數(shù)國家已經(jīng)在燃?xì)夂徒o水領(lǐng)域選擇聚乙烯管逐漸替代金屬管道，實(shí)現(xiàn)以塑代鋼。 近年來，非金屬壓力管道逐漸在更高壓力、更大直徑和更高安全性要求的油氣集輸、核電冷卻水輸送等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。如在油田的油氣集輸及開采領(lǐng)域，用于油氣田注水的非金屬壓力管道（直徑50-75mm），工作壓力已經(jīng)達(dá)到32MPa；用于油田站內(nèi)給水的非金屬壓力管道（直徑315mm），工作壓力已經(jīng)達(dá)到2MPa；用于油田集輸管的非金屬壓力管道（直徑50-75mm），工作壓力已經(jīng)達(dá)到4MPa，平均工作溫度高達(dá)60℃。在核電站冷卻水輸送領(lǐng)域，美國的Callaway核電站率先鋪設(shè)聚乙烯管道的外圍冷卻水系統(tǒng)，我國新建的AP1000核電站（浙江三門核電、山東海陽核電）外圍冷卻水輸送均采用聚乙烯管道（直徑752mm，徑厚比DR9）。由于聚乙烯管道具有耐海水及微生物腐蝕、抗震等優(yōu)勢，許多現(xiàn)有核電站冷卻水管道系統(tǒng)也逐漸更換為聚乙烯管道，如2017年大亞灣核電站成功將其核安全相關(guān)的反沖洗系統(tǒng)管道更換為200mm，DR9的聚乙烯管道。 1.2 管道系統(tǒng)安全性的要求日益迫切 隨著聚乙烯管道系統(tǒng)在燃?xì)狻⒐┧阮I(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，其安全問題受到越來越多的關(guān)注。根據(jù)中國城市規(guī)劃協(xié)會(huì)地下管線專業(yè)委員會(huì)的統(tǒng)計(jì)報(bào)告，2009年至2013年中國城市管線典型事故共計(jì)75起，而其中導(dǎo)致人員死傷的27起。南京“7.28”管道泄漏爆炸事故共造成22人死亡，120人住院治療，爆燃點(diǎn)周邊部分建筑物受損，直接經(jīng)濟(jì)損失4784萬元。臺(tái)灣“8.1”燃?xì)庑孤┍ㄊ鹿手卸鄺l街道陸續(xù)發(fā)生可燃?xì)怏w外泄，并引發(fā)多次大爆炸，造成32人死亡，321人受傷，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)1.4億元。類似的管道泄漏導(dǎo)致爆燃的事故給全社會(huì)帶來了重大的公共環(huán)境和人身安全的威脅。 隨著聚乙烯管道系統(tǒng)在燃?xì)狻⒐┧阮I(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，全社會(huì)對(duì)管道系統(tǒng)安全性的要求也日益迫切。 1.3 焊接過程的溫度控制是提升管道系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵 當(dāng)我們追溯這些事故的源頭，會(huì)發(fā)現(xiàn)有53%的聚乙烯管道系統(tǒng)故障發(fā)生在管道的接頭處——即管材與管材焊接的部位（來自塑料管道數(shù)據(jù)庫委員會(huì)PPDC）。接頭作為管道系統(tǒng)中質(zhì)量最薄弱的環(huán)節(jié)，其焊接質(zhì)量影響到整個(gè)管道系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 電熔焊接是目前聚乙烯管道最常用的連接方式之一。它通過預(yù)埋在電熔套筒內(nèi)部的電阻絲加熱電熔套筒的內(nèi)表面及管材的外表面，使二者吸收熱量并熔融，而后固定、冷卻。 在電熔焊接過程中，溫度是最重要的參數(shù)，也是造成接頭失效最本質(zhì)的原因。不合理的焊接工藝導(dǎo)致的焊接過程的溫度控制不當(dāng)，引發(fā)冷焊和過焊等缺陷。內(nèi)部溫度過高會(huì)使得金屬絲周圍的聚乙烯材料因溫度過高而裂解，從而導(dǎo)致接頭強(qiáng)度不足，產(chǎn)生過焊現(xiàn)象；內(nèi)部溫度不足則會(huì)導(dǎo)致熔合區(qū)深度和界面強(qiáng)度不足，產(chǎn)生冷焊現(xiàn)象。冷焊缺陷很難從外觀上或通過常規(guī)液壓試驗(yàn)分辨，但其可能導(dǎo)致焊接接頭在服役過程中沿熔合面發(fā)生貫穿裂紋擴(kuò)展失效，具有很大的安全隱患。 1.4 應(yīng)用過程的安全狀態(tài)監(jiān)測是保障管道系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵 接頭是管道系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。美國塑料管研究所（PPI）技術(shù)總監(jiān)Sarah Patterson在2016年美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（ASME）壓力容器與管道（PVP）50周年會(huì)的大會(huì)報(bào)告上指出，非金屬管道的無損檢測與安全監(jiān)測研究是今后塑料管道技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的重要課題。 在接頭安全監(jiān)測方面，管道的服役過程安全監(jiān)測研究主要有以下四種：（1）基于應(yīng)變的監(jiān)測技術(shù)：主要采用應(yīng)變片等傳感器測量管道應(yīng)變。該方法技術(shù)成熟，但測點(diǎn)多、電路復(fù)雜，且僅能獲得材料表層局部的應(yīng)變信息。（2）連續(xù)碳纖維復(fù)合材料自監(jiān)測技術(shù)：如內(nèi)嵌連續(xù)碳纖維的復(fù)合材料，可以實(shí)時(shí)提供結(jié)構(gòu)應(yīng)變信息。采用連續(xù)碳纖維自監(jiān)測的應(yīng)變靈敏度系數(shù)小于傳統(tǒng)應(yīng)變片，且應(yīng)變檢測范圍很小。（3）基于埋入傳感器的監(jiān)測技術(shù)：如利用嵌入式光纖光柵的管道應(yīng)變場監(jiān)測。光纖檢測集成度高、精度高，已經(jīng)在管道、橋梁等結(jié)構(gòu)的智能監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用。（4）基于導(dǎo)電填充材料的監(jiān)測技術(shù)：在不導(dǎo)電的聚乙烯或其他非金屬基體樹脂中摻入少量導(dǎo)電纖維或顆粒，從而在材料中建立導(dǎo)電傳感網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)材料產(chǎn)生變形或局部損傷時(shí)，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)地產(chǎn)生導(dǎo)通節(jié)點(diǎn)數(shù)變化或局部斷開，通過測量材料宏觀電阻變化可以獲得材料應(yīng)變或局部損傷等信息。 基于導(dǎo)電填充材料的智能監(jiān)測技術(shù)一直是混凝土結(jié)構(gòu)與生物傳感器領(lǐng)域的前沿與熱點(diǎn)。其關(guān)鍵問題是如何通過合理的傳感器設(shè)計(jì)，在不影響監(jiān)測對(duì)象本身工作特性的同時(shí)，有效地提取監(jiān)測對(duì)象的服役狀態(tài)和結(jié)構(gòu)損傷信息。開展結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測技術(shù)研究，智能監(jiān)測感知壓力容器與管道結(jié)構(gòu)失效特征參量，實(shí)現(xiàn)損傷失效的預(yù)警和運(yùn)行的自主優(yōu)化，是未來壓力容器行業(yè)重要的研究方向。 2 智慧管件系統(tǒng)解決方案 非金屬管道的智慧管件系統(tǒng)包含管件焊接過程的溫度場智能調(diào)控和管件使用過程的損傷自監(jiān)測兩個(gè)功能，如圖1所示。 2.1 焊接過程溫度場調(diào)控 電熔焊接過程從本質(zhì)上是電阻絲通電生熱、聚乙烯材料相變?nèi)酆系倪^程，熔區(qū)溫度在時(shí)間和空間上的變化很大程度上體現(xiàn)出焊接過程的發(fā)展。如圖2所示，智能焊機(jī)的“智能”正是來源于我們所提出的熔區(qū)復(fù)合溫度場理論模型。該模型能夠根據(jù)采集到的實(shí)際電壓電流數(shù)據(jù)，小成本、高精度地實(shí)時(shí)推演焊接過程的發(fā)展。不同于傳統(tǒng)焊機(jī)對(duì)被控對(duì)象內(nèi)部情況的“一無所知”，智能焊機(jī)首次采用基于熔區(qū)溫度場的方式在線監(jiān)測焊接過程，使得參數(shù)的調(diào)節(jié)和設(shè)計(jì)有堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。 在溫度場模型的基礎(chǔ)上，本作品能實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接過程的質(zhì)量控制。在焊接接頭性能與加工條件的研究上，團(tuán)隊(duì)通過熱重分析和凝膠滲透色譜分析研究PE100在不同溫度焊接后的熱降解行為，得出典型工業(yè)級(jí)PE100材料的允許焊接最高溫度在270℃的結(jié)論。同時(shí)，通過超聲檢測和梯度試驗(yàn)的方法證實(shí)了管材熔區(qū)深度與焊接界面強(qiáng)度的關(guān)聯(lián)。 基于上述理論研究和多次實(shí)踐，對(duì)聚乙烯最高溫度和熔區(qū)拓展深度進(jìn)行控制是應(yīng)對(duì)過焊和冷焊缺陷的重要方式。智能焊機(jī)對(duì)質(zhì)量進(jìn)行控制的思路即通過實(shí)時(shí)溫度場計(jì)算聚乙烯最高溫度和熔區(qū)邊界，讓最高溫度在不超過270℃，熔區(qū)深度控制在2～3mm。為使焊接效率最高，通過由調(diào)整次數(shù)、焊接時(shí)長、最高溫度等指標(biāo)組成的代價(jià)函數(shù)對(duì)不同調(diào)整策略進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而獲得最優(yōu)的電壓調(diào)整策略。通過這種溫度主動(dòng)控制的方式，管道焊接缺陷產(chǎn)生的概率下降超80%。 1.1 服役過程安全狀態(tài)自監(jiān)測 為了實(shí)現(xiàn)管道系統(tǒng)服役過程的安全狀態(tài)自監(jiān)測，采用短切碳纖維（SCF）增強(qiáng)聚乙烯復(fù)合材料（PE-SCF）制備電熔管件。由于碳纖維SCF具有良好的導(dǎo)電性，隨著纖維含量的不斷增加，填充在聚合物基體內(nèi)部的短碳纖維能夠形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示。PE-SCF復(fù)合材料內(nèi)部SCF導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的破壞與重組賦予了該材料壓阻效應(yīng)，能夠用于監(jiān)測PE-SCF復(fù)合材料承受的載荷。圖4為循環(huán)拉伸載荷下PE-SCF的應(yīng)變和電阻響應(yīng)與時(shí)間的關(guān)系。可以看出，PE-SCF復(fù)合材料的監(jiān)測電阻能夠及時(shí)反映材料承受的應(yīng)變。隨著應(yīng)變增加，材料的電阻值增加；應(yīng)變降低，材料的電阻值也降低；并且監(jiān)測電阻對(duì)應(yīng)變變化的響應(yīng)具有很好的穩(wěn)定性。PE-SCF復(fù)合材料在拉伸力作用下發(fā)生變形，部分短碳纖維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷開，導(dǎo)致材料的電阻率增加。隨著應(yīng)變的降低，短碳纖維之間的接觸恢復(fù)到初始狀態(tài)，電阻值也隨之恢復(fù)。結(jié)果表明PE-SCF應(yīng)變與電阻變化之間存在確定的關(guān)聯(lián)機(jī)制，初步論證采用PE-SCF復(fù)合材料制備具有自監(jiān)測功能的電熔接頭具有可行性。 圖5顯示了爆破試驗(yàn)過程中所監(jiān)測到的PE-SCF電熔接頭的電阻和壓力變化曲線。結(jié)果表明，隨著內(nèi)部壓力的升高，兩個(gè)電極之間的電阻會(huì)不斷增加，電阻變化率曲線的斜率也迅速增加。這是因?yàn)樵诩訅撼跏茧A段，電阻變化主要由基體的彈性變形引起，在這種情況下，材料內(nèi)部的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)仍然完整，因此電阻不會(huì)產(chǎn)生很大變化。當(dāng)壓力繼續(xù)增加時(shí)，材料內(nèi)部形成微裂紋，導(dǎo)致局部導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的破壞，電阻變化率顯著增加。初步實(shí)驗(yàn)表明，利用電阻變化率監(jiān)測PE-SCF電熔接頭的內(nèi)壓載荷及結(jié)構(gòu)損傷狀態(tài)具有可行性。 圖6顯示了峰值內(nèi)壓為5MPa時(shí)的循環(huán)加載實(shí)驗(yàn)期間，電熔接頭上監(jiān)測到的電阻變化曲線。可見電熔接頭表面電極之間的電阻變化趨勢與接頭內(nèi)部的壓力變化趨勢一致，且每個(gè)周期的峰值電阻十分穩(wěn)定。基于電阻測量的內(nèi)壓監(jiān)測靈敏度系數(shù)約為29.56%/MPa。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，載荷和監(jiān)測到的電阻信號(hào)存在較為穩(wěn)定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，因而用電阻變化監(jiān)測電熔接頭內(nèi)部壓力的變化是可行的。 上述測試結(jié)果表明，采用PE-SCF復(fù)合材料制備電熔管件，利用PE-SCF材料的壓阻效應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)基于電阻測量的管道系統(tǒng)在服役過程中的內(nèi)壓及安全狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，提升了管道系統(tǒng)的服役安全性。