一种基于大数据的管道全生命周期可靠性定量分析装置的制作方法

1.本发明涉及定量分析装置领域，尤其是涉及一种基于大数据的管道全生命周期可靠性定量分析装置。


背景技术：

2.管网系统的风险一方面来自于其输送介质的易燃、易爆性，一旦发生事故，其后果往往是灾难性的，不仅造成经济损失，环境污染，而且还可能造成人员伤亡。另一方面，我国大部分管网所处地理环境复杂，管道容易受到坍塌，冲沟和滑坡等地质灾害而失效。与此同时，管网还受到管理层面的影响，对管道安全管理没有系统、成体系的管理机制都将严重增大管网系统的风险，降低管网系统可靠性。面对如此复杂的管网系统，传统管道安全管理方法和经验已不能满足生产需要。
3.根据对国内外研究管道安全的调研发现，多集中在定性或半定量安全分析，只关注某一因素的影响，而系统、全面、定量分析管道全生命周期安全服役可靠性的研究装置几乎没有相关专利。
4.涉及管道安全性的专利多集中在定性或半定量安全分析，只关注某一因素的影响，在定量评价管道（网）全生命周期安全性研究方面存在以下问题：（1）无法定量评价管道（网）安全性；（2）未分析管道（网）在某一服役环境下影响其安全性的主要因素及次要因素，有针对性地加以分析，提高判断的准确性与快速性;（3）无法可视化模拟土对管道（网）力的分析与模拟，尤其是特殊地质灾害下，且无法实现各部件的重复利用；（4）无法实现管道（网）系统服役过程全生命周期研究；（5）无法实现管道（网）宏微观行为关系的建立。
5.综上所述，现有技术中对于管道（网）安全性还难以定量、高效率、高准确性地实现评价，从而更科学地用于指导高钢级、更大管径和更高设计系数的管道设计、生产、施工、运行方案的制定和优化，以确保管道（网）的可靠性水平。
6.鉴于以上技术问题，发明一种基于大数据的管道（网）全生命周期可靠性定量分析装置具有很大的积极意义。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于为解决现有技术中存在的不足，而提供一种基于大数据的管道全生命周期可靠性定量分析装置。
8.本发明新的技术方案是：一种基于大数据的管道全生命周期可靠性定量分析装置，包括管道本体系统、辅助管道系统、环境模拟系统及数据采集处理系统，所述的管道本体系统包括管道、预制焊缝、预定缺陷及运行控制模块，所述的辅助管道系统包括支撑部件，所述的环境模拟系统包
括配重块、模拟块、驱动部件、驱动源及模拟箱，所述的数据采集处理系统包括数据采集模块及数据处理模块，所述的管道置于模拟箱内，且模拟箱中调入不同成分、浓度的溶液；所述的管道壁上设有预制焊缝、预定缺陷，所述的管道上设有采集数据点阵a及采集数据点阵b，且采集数据点阵a及采集数据点阵b与数据采集模块连接，所述的数据采集模块与数据处理模块及摄像机连接，所述的管道还连接有运行控制模块，且运行控制模块控制管道输送介质的压力、流量及温度；所述的管道外设有配重块及支撑部件，所述的配重块及支撑部件直接作用在管道外壁，所述的管道外设有模拟块，所述的模拟块直接作用在管道外壁、支撑部件或管道附件处，所述的管道外还设有驱动部件，所述的驱动部件与驱动源连接，在所述的驱动源处输入驱动程序，驱动源改变驱动部件的速度与加速度、作用方向及作用在管道上的接触形状与面积。
9.所述的支撑部件为不同结构的管道附件。
10.所述的模拟箱为透明材质。
11.改变所述的模拟块与配重块的尺寸、形状、运动速度与加速度，模拟管道与土间作用力的大小、方向及作用时间，分析管道在拉、压、弯、扭转受力状态下的响应规律，并可模拟特殊地质灾害下管道的状态。
12.所述的环境模拟系统分析多因素对管道可靠性的影响，定量分析多因素对管道的影响程度与规律，建立数学模型。
13.所述的多因素包括管道材质尺寸与加工工艺、焊接工艺、支撑位置构造、管道埋深、受力状态、特殊地质构造、腐蚀侵蚀环境以及不同运行工况。
14.所述的数据采集处理系统与智能化管道系统融合，将现场数据与模型所得数据比对，优化模型。
15.定量分析装置采用模块化设计，实现各个部件灵活拆卸与重复利用。
16.所述的摄像机为高低速摄像机。
17.本发明产生的有益效果为：本发明采用模块化设计，根据需要更换部件，提高整套装置的通用性与灵活性；实现管道服役全生命周期的可靠性研究；实现各变量研究的可视化；建立管道宏观微观行为关系；有针对性精准地定量分析多因素对管道可靠性的影响程度与规律，与智能化管道系统融合，建立管道可靠性数据信息库，运用大数据分析技术挖掘处理。
附图说明
18.图1为本发明的连接框图。
19.其中：1、管道；2、预制焊缝；3、预定缺陷；4、运行控制模块；5、支撑部件；6、配重块；7、模拟块；8、驱动部件；9、驱动源；10、模拟箱；11、数据采集模块；12、数据处理模块；13、摄像机；14、采集数据点阵a；15、采集数据点阵b。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。
21.一种基于大数据的管道全生命周期可靠性定量分析装置，包括管道本体系统、辅助管道系统、环境模拟系统及数据采集处理系统，所述的管道本体系统包括管道1、预制焊缝2、预定缺陷3及运行控制模块4，所述的辅助管道系统包括支撑部件5，所述的环境模拟系统包括配重块6、模拟块7、驱动部件8、驱动源9及模拟箱10，所述的数据采集处理系统包括数据采集模块11及数据处理模块12，所述的管道1置于模拟箱10内，且模拟箱10中调入不同成分、浓度的溶液；所述的管道1壁上设有预制焊缝2、预定缺陷3，所述的管道1上设有采集数据点阵a14及采集数据点阵b15，且采集数据点阵a14及采集数据点阵b15与数据采集模块11连接，所述的数据采集模块11与数据处理模块12及摄像机13连接，所述的管道1还连接有运行控制模块4，且运行控制模块4控制管道1输送介质的压力、流量及温度；所述的管道1外设有配重块6及支撑部件5，所述的配重块6及支撑部件5直接作用在管道1外壁，所述的管道1外设有模拟块7，所述的模拟块7直接作用在管道1外壁、支撑部件5或管道1附件处，所述的管道1外还设有驱动部件8，所述的驱动部件8与驱动源9连接，在所述的驱动源9处输入驱动程序，驱动源9改变驱动部件8的速度与加速度、作用方向及作用在管道1上的接触形状与面积。
22.所述的支撑部件5为不同结构的管道附件。
23.所述的模拟箱10为透明材质。
24.改变所述的模拟块7与配重块6的尺寸、形状、运动速度与加速度，模拟管道1与土间作用力的大小、方向及作用时间，分析管道1在拉、压、弯、扭转受力状态下的响应规律，并可模拟特殊地质灾害下管道1的状态。
25.所述的环境模拟系统分析多因素对管道1可靠性的影响，定量分析多因素对管道1的影响程度与规律，建立数学模型。
26.所述的多因素包括管道1材质尺寸与加工工艺、焊接工艺、支撑位置构造、管道1埋深、受力状态、特殊地质构造、腐蚀侵蚀环境以及不同运行工况。
27.所述的数据采集处理系统与智能化管道系统融合，将现场数据与模型所得数据比对，优化模型。
28.定量分析装置采用模块化设计，实现各个部件灵活拆卸与重复利用。
29.所述的摄像机13为高低速摄像机。
30.管道本体系统包括管道1、预制焊缝2、预定缺陷3、运行控制模块4，运行控制模块4实现对管道1（网）输送介质的压力、流量、温度等参数的控制。预制特定材料、尺寸、加工与连接工艺、缺陷（孔洞、裂纹等）、运行工况的管道1置于分析装置内，也可根据需要将不同连接方式的管网置于分析装置内，实现对管道1（网）本身相关因素、焊接工艺、管道缺陷等的管道1（网）多状态、多阶段研究，实现管道1（网）全生命周期的快速研究。
31.辅助管道系统包括支撑部件5，放置不同结构、接头等管道附件，定量分析这些结构对管道1（网）安全性的影响程度与规律。
32.环境模拟系统包括配重块6、模拟块7、驱动部件8、驱动源9、模拟箱10，通过改变配重块6的形状与结构，近似模拟附土层对埋地管道1的作用。模拟块7直接作用在管道本体、支撑件或相应管道附件处。在驱动源9处输入相应的驱动程序，驱动驱动部件8做出相应的动作。通过改变驱动部件8速度与加速度、作用方向及作用在管道1上的接触形状与面积，近
似模拟管道1（网）与土间作用力的大小、方向及作用时间，从而更精准地研究特殊地质灾害下管道1所处的状态。根据管道1（网）所处环境，在模拟箱10中调入不同成分、浓度溶液，实现管道1（网）在不同腐蚀机理、状态下的安全性研究。
33.数据采集处理系统包括数据采集模块11、数据处理模块12，数据采集模块11实现直接测量与间接测量。直接测量包括管道1运行参数、模拟箱10中介质有关参数以及管道1应变量。间接测量包括通过高低速摄像机13捕捉管道1状态及所需相关参数、必要时利用显微镜分析显微组织以及其他所需必要参数（腐蚀速率等）。
34.通过改变模拟块7与配重块6的尺寸、形状、运动速度与加速度，模拟管道1（网）与土间作用力的大小、方向及作用时间，分析管道1在拉、压、弯、扭转等受力状态下的响应规律，并可模拟特殊地质灾害下管道1状态；通过模拟箱10，模拟腐蚀、微生物等环境因素对管道1（网）的影响；采用透明装置及介质，实现管道1（网）状态的可视化、可记录；通过环境模拟系统，分析多因素对管道1（网）可靠性的影响，如管道1材质尺寸与加工工艺、焊接工艺、支撑位置构造、管道埋深、受力状态（拉、压、弯、扭转等）、特殊地质构造、腐蚀/侵蚀环境以及不同运行工况等；可以有针对性地、更精准地定量分析各影响因素对管道1（网）的影响程度与规律，建立数学模型；数据采集处理系统与智能化管道系统融合，将现场数据与模型所得数据比对，优化模型；定量分析装置提取管道1在不同管道状态、土与管道1的相互作用（拉、压、弯、扭转等不同受力及特殊地质灾害）、运行工况下管道1（网）特征参数，建立管道1（网）可靠性数据信息库，运用大数据分析技术进行挖掘、处理，实现管道1（网）可靠性定量分析；采用模块化设计，实现各个部件灵活拆卸与重复利用；通过各个参数的采集、处理与综合分析，实现对管道1（网）状态的宏微观分析，实现两者行为关系的建立；定量分析管道1（网）服役全生命周期内的可靠性。
35.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。