学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

海底管道的健康监测系统与评估研究

作　者: 邵剑文
导　师: 金伟良
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 海底管道健康监测悬跨振动分布式光纤传感器时间序列分析经验模态分解随机减量模式识别自振频率提取疲劳在线监测 EPFU 气吹敷设法真空灌浆
分类号: TE973.8
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
下　载: 1025次
引　用: 9次
阅　读: 论文下载

内容摘要

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

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-10
第1章绪论  10-31
  1.1 课题研究背景和意义  10-15
  1.2 国内外研究现状  15-23
  1.3 健康监测系统技术路线  23-24
  1.4 本文的主要研究内容  24-25
  1.5 参考文献  25-31
第2章基于试验压力法的既有海底管道安全评估研究  31-51
  2.1 引言  31
  2.2 评估背景  31-33
  2.3 基本思路以及技术路线  33-34
  2.4 管道剩余壁厚的估计  34-39
  2.5 管道失效压力的计算  39-42
  2.6 管道正常操作压力的计算  42-46
  2.7 试压压力的确定  46
  2.8 评估结论  46-47
  2.9 管道腐蚀剩余可靠性  47-48
  2.10 本章小结  48-49
  2.11 参考文献  49-51
第3章应用于海底管道健康监测系统的光纤传感系统  51-67
  3.1 引言  51
  3.2 光纤传感器  51-55
  3.3 光纤传感器专用光缆解决方案  55-58
  3.4 传感光纤性能的比较试验研究  58-65
  3.5 本章小结  65
  3.6 参考文献  65-67
第4章海底管道传感光缆敷设方法研究  67-84
  4.1 引言  67
  4.2 光缆敷设整体方案  67-69
  4.3 室内微缆气吹试验  69-71
  4.4 室内真空灌浆试验  71-77
  4.5 灌桨后传感光缆性能标定  77-79
  4.6 QK17-2油田海底管道分布式光纤传感设计施工过程  79-82
  4.7 本章小结  82-83
  4.8 参考文献  83-84
第5章基于时间序列分析的海底管道异常检测方法  84-101
  5.1 引言  84
  5.2 基于时间序列分析的模式识别法  84-86
  5.3 时间序列分析模型的选取和参数估计  86-89
  5.4 采用 AR模型参数的信息距离函数  89-91
  5.5 门限值的确定  91-92
  5.6 试验验证  92-99
  5.7 本章小结  99-100
  5.8 参考文献  100-101
第6章基于EMD和RDT的海底管道悬跨监测算法  101-129
  6.1 引言  101-102
  6.2 海底管道悬跨振动的力学模型  102-106
  6.3 基于EMD和RDT的随机振动下管道自振频率提取法  106-109
  6.4 数值模拟数据的算法检验  109-118
  6.5 管道模型随机振动试验  118-124
  6.6 悬跨长度确定  124-127
  6.7 本章小结  127-128
  6.8 参考文献  128-129
第7章海底管道在线疲劳监测算法  129-146
  7.1 引言  129
  7.2 在线疲劳寿命评估的基本流程  129-130
  7.3 单点疲劳寿命模型  130-134
  7.4 单点疲劳损伤的循环计数法  134-136
  7.5 疲劳损伤累计准则  136-137
  7.6 管道截面疲劳寿命的在线监测  137-139
  7.7 算例  139-143
  7.8 本章小结  143-144
  7.9 参考文献  144-146
第8章海底管道健康监测系统实现  146-156
  8.1 引言  146
  8.2 健康监测系统硬件组成  146-148
  8.3 健康监测系统软件实现  148-155
  8.4 本章小结  155-156
第9章结论与展望  156-159
  9.1 主要研究成果  156-157
  9.2 本文的主要创新点  157-158
  9.3 研究展望  158-159
附录  159-161
致谢  161

海底管道的健康监测系统与评估研究

内容摘要

全文目录

相似论文