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海底管道的健康监测系统与评估研究

2020-11-22阅读(92)

海底管道的健康监测系统与评估研究

论文摘要

海底管道是海上油气开发的生命线工程,其运行的安全可靠性已引起了高度的重视,但目前尚无法实现海底管道的实时监测。为此,浙江大学和中国海洋石油总公司联合承担了国家“863计划”子课题“长距离海底管道分布式光纤传感技术”,将分布式光纤传感技术应用在海底管道实时监测中。本文依托该课题开展了相关的研究工作,主要包括可应用于海底管道分布式光纤传感技术的传感光缆选用,实际海底管道工程传感光缆的敷设方法,以及“有无损伤→损伤程度→损伤后的寿命评估”三阶段的海底管道健康监测算法研究和监测软件系统开发。另外,结合渤海BZ28-1油田海底管道,对既有海底管道的腐蚀可靠性评估方法进行了研究。本文的主要研究成果有: （1） 针对BZ28-1油田多年闲置海底管道的重新启用安全问题,提出了既有管道的“局部检测+压力试验”评估法。通过局部检测数据建立了剩余壁厚的空间和时间概率分布模型,以获得各时刻各位置的最小剩余壁厚;同时建立了管道失效压力、最大操作压力与最小剩余壁厚的关系,成功地完成了BZ28-1油田海底管道的可靠性评估,评估结果得到了美国船检局（ABS）和中国船级社的认可。 （2） 鉴于国内外分布式传感光缆尚无成熟的产品,针对可用于海底管道的分布式光纤传感和光纤光栅方案,提出了一种特殊的基于EPFU的光纤单元的传感光缆。并对5种传感光纤进行了应变监测对比试验研究,综合评价了这些传感光纤的传感性能,敷设难易程度以及工程应用价值,总结了各种不同光纤的标定曲线,为分布式光纤传感器的进一步实际工程应用,提供了解决方案和参考数据。 （3） 针对实际工程的海底管道分布式传感光缆的敷设,通过多组试验提出了气吹敷设速度、微管直径、传感光缆直径、水泥浆配合比等光缆敷设参数的影响范围和要求。完成了灌浆后的传感光缆应变传感性能的标定试验,给出了传感器应变值与实际应变之间的关系。进行了实际应用工程渤海QK17-2油田海底管道的传感光缆敷设的具体设计和工艺流程设计,通过实际工程应用证明海底管道传感光缆的“气吹+真空灌浆”敷设方法是完全可行的。 （4） 针对海底管道监测系统海量数据,采用将时间序列分析法在线识别了管道的振动模式（Vibration Pattern）,在海量数据中提取管道非正常振动信号。讨论了不同阶次模型对检测精度的影响。通过模型管道振动试验,验证了该算法的有效性。 （5） 根据海底管道管跨的振动力学模型,引入应变模态,推导了管道上任

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题研究背景和意义
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.3 健康监测系统技术路线
  • 1.4 本文的主要研究内容
  • 1.5 参考文献
  • 第2章 基于试验压力法的既有海底管道安全评估研究
  • 2.1 引言
  • 2.2 评估背景
  • 2.3 基本思路以及技术路线
  • 2.4 管道剩余壁厚的估计
  • 2.5 管道失效压力的计算
  • 2.6 管道正常操作压力的计算
  • 2.7 试压压力的确定
  • 2.8 评估结论
  • 2.9 管道腐蚀剩余可靠性
  • 2.10 本章小结
  • 2.11 参考文献
  • 第3章 应用于海底管道健康监测系统的光纤传感系统
  • 3.1 引言
  • 3.2 光纤传感器
  • 3.3 光纤传感器专用光缆解决方案
  • 3.4 传感光纤性能的比较试验研究
  • 3.5 本章小结
  • 3.6 参考文献
  • 第4章 海底管道传感光缆敷设方法研究
  • 4.1 引言
  • 4.2 光缆敷设整体方案
  • 4.3 室内微缆气吹试验
  • 4.4 室内真空灌浆试验
  • 4.5 灌桨后传感光缆性能标定
  • 4.6 QK17-2油田海底管道分布式光纤传感设计施工过程
  • 4.7 本章小结
  • 4.8 参考文献
  • 第5章 基于时间序列分析的海底管道异常检测方法
  • 5.1 引言
  • 5.2 基于时间序列分析的模式识别法
  • 5.3 时间序列分析模型的选取和参数估计
  • 5.4 采用 AR模型参数的信息距离函数
  • 5.5 门限值的确定
  • 5.6 试验验证
  • 5.7 本章小结
  • 5.8 参考文献
  • 第6章 基于EMD和RDT的海底管道悬跨监测算法
  • 6.1 引言
  • 6.2 海底管道悬跨振动的力学模型
  • 6.3 基于EMD和RDT的随机振动下管道自振频率提取法
  • 6.4 数值模拟数据的算法检验
  • 6.5 管道模型随机振动试验
  • 6.6 悬跨长度确定
  • 6.7 本章小结
  • 6.8 参考文献
  • 第7章 海底管道在线疲劳监测算法
  • 7.1 引言
  • 7.2 在线疲劳寿命评估的基本流程
  • 7.3 单点疲劳寿命模型
  • 7.4 单点疲劳损伤的循环计数法
  • 7.5 疲劳损伤累计准则
  • 7.6 管道截面疲劳寿命的在线监测
  • 7.7 算例
  • 7.8 本章小结
  • 7.9 参考文献
  • 第8章 海底管道健康监测系统实现
  • 8.1 引言
  • 8.2 健康监测系统硬件组成
  • 8.3 健康监测系统软件实现
  • 8.4 本章小结
  • 第9章 结论与展望
  • 9.1 主要研究成果
  • 9.2 本文的主要创新点
  • 9.3 研究展望
  • 附录
  • 致谢

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