基于主动加热式的海底管道悬空监测技术

发布时间：2020-06-18 19:10

【摘要】：本文叙述了当前海洋石油生产面临的一个实际问题——海底输油管道因受冲刷而产生悬空断裂的现象以及发生海洋石油泄漏的危害,然后继续描述了现阶段对于海底输油管道进行监测的几种方法,顺带提出了基于主动加热式的海底管道悬空监测新技术。把温度传感器(布拉格光纤光栅,DS18B20等)等间距的粘贴在一条恒温带表面,再经过防水处理后就形成了冲刷传感器,可以用来监测水中泥沙受冲刷程度。由于泥沙和水的导热系数差别很大,热量在泥沙和水中的变化趋势也就不同,具体表现为当恒温带通电时,处于水中恒温带的温度很快达到平衡并且长时间加热后其温度一直保持不变,而处于沙中的温度一直在缓慢上升；另外,当加热停止后水中恒温带的温度很快恢复到环境温度,而沙中的却在长时间缓慢下降,根据这些变化趋势我们能明显的区分水和泥沙的环境,从而进行冲刷监测。文中第二部分是理论基础,从热量传递角度来简单的分析了产生上述现象的原理,在以上的结论得到验证后我们在实验室中又做了海底输油管道受冲刷的悬空监测大型试验,除了用传统的温度传感器外我们进一步改进,把近年来发展比较快的光纤传感技术应用上。布里渊光纤传感技术由于其造价低,采用光信号传导,可以长距离传感传输,大规模集成而被人们所日益重视,近年来也开始在海洋石油工程领域进行尝试应用。文中首先对布里渊光纤传感原理进行了简单介绍,然后描述了其在结构健康监测领域的应用,进而把它引用到了海底管道悬空监测技术中。把布里渊光纤与恒温带共线处理然后进行防水封装就制作成了监测试件带,在试验中进行了多次循环测试,结果表明当加热开始后,处于泥沙覆盖的试件中光纤布里渊频率立刻升高,并且在持续加热的过程中其一直保持缓慢增长,而处于悬空段试件中的光纤布里渊频率小幅度升高后,随着加热时间的持续其几乎保持稳定。最终的试验表明基于主动加热式的海底管道冲刷悬空监测技术是可行的,另外,使用光纤传感技术使得到对上百公里的海底管道进行全程一次性监测也有望成为现实。这样,就可以对海底埋设的长距离输油管道进行冲刷监测,防止其悬空断裂,此技术进一步提升了海洋石油生产的安全保障。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P756.2
【图文】：

测试网络

试验时我们用圆柱型铁桶感装沙和水来模拟河砂环境，铁桶直径6Qcm高90印，放入水和沙总高度7Ocm，其中沙的高度38cm.试验中我们采用哈尔滨泰达尔公司生产的光纤光栅解调仪对FBG进行实时读数采集，频率为0.IHZ，测试网络如图3.3所示。由于制作试件的恒温带是柔性的，其并不能直接插入沙中，所以在测试正式开始前还需要把试件绑扎到一根与其具有相同长度的铁杆上，铁杆直径Slnln，绑扎过程中避开内部粘贴有FBG段，且尽量绑扎均匀，目的是使试件与铁杆接触相同，减少热量传递的误差。正式测试开始时先把绑扎后的试件插入沙中32cm深，使 1.2号FBG处于沙中而3.4号位于水中，5.6号则在空气中，采集5分钟后接通恒温带的电源开始长时间加热(约4小时);然后再把试件拔出来放入水中进行同样测试。在以上静水中测试完成后

温度,恒温带,沙积,海底管道

基于主动加热式的海底管道悬空监测技术热后温度立即升高了17“，并且在长时间加热的过程中温度一直在缓慢增加，当时间持续3.5小时后，温度达到23.6“，而当其处于水中时，温度达到13.2“并本保持不变的趋势，即使在加热4个小时后也只是13.6“，两者温度相差约10”。因为水的导热系数比沙小，相同的加热过程中，恒温带周围的沙积聚了更多的热量，热的持续进行沙中的温度定会慢慢升高。2号FBG处于水中和沙中的温度变化趋1号的完全一致，两者温度也相差6”，可以说明在恒温带加热的过程中，处于水FBG的温度在达到平衡后基本保持不变，而处于沙中的FBG随着加热的持续进行温缓慢的增加。1一FBG

【参考文献】