一種基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法
2023-05-17 06:47:21 2
一種基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法。本發明屬於柔性管道監測【技術領域】。一種基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法，其步驟：1)在柔性管道內植入分布式感溫光纖：在柔性管道的製備過程中，在抗拉鎧裝層的外表面布設分布式感溫光纖；2)連接信號解調控制系統：通過管道接頭上的光纖接頭，用通訊光纖將分布式感溫光纖與信號解調控制系統相連；3)對柔性管道實施在線監測：通過監測系統將分布式感溫光纖的波長信號自動轉換成管道外部聚合物的溫度信號，實現對柔性管道的安全在線監控。本發明具有結構簡單，監測準確，操作方便，使用壽命長，實時在線監測等優點，可保證海洋柔性管道運行安全。
【專利說明】一種基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於柔性管道監測【技術領域】，特別是涉及一種基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法。
【背景技術】
[0002]目前，柔性管作為區別於普通鋼管的新型管道，具有可設計性、易彎曲、易鋪設、可回收，開發更經濟，更適應海洋環境等特點。其中，最突出的是彎曲柔性好.可以承受較大的彎曲變形。在邊際油田開發中採用柔性管道，由於易鋪設、可回收、工期短，可以顯著降低工程建設及運營成本。在國外，柔性管道己經在陸地以及淺水、深水和超深水區域得到了廣泛的應用，可以實現長距離、超水深、多方向的輸送油氣資源。
[0003]海洋柔性管道在使用的過程中，由於受到海水波動，渦激振動等環境影響，在油品的傳輸過程中，極易發生屈曲變形，一旦管道入泥或者懸空，內部油品的溫度將會導致外部聚合物層的加速老化，存在很大的破裂風險；與此同時，外部聚合物破裂時，會導致柔性管內部抗拉層與海水直接接觸，加速管道的腐蝕情況，對於深海油氣田的安全生產造成很大的影響。目前，由於柔性管道越來越多的運用於深海之中，對其安全狀況的監測和評估手段十分有限，當洋柔性管道外部聚合物的破損、懸空、入泥等情況發生時，無法及時進行監測，存在無法保障柔性管道運行安全等技術問題。
【發明內容】
[0004]本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法。
[0005]本發明的目的是提供一種具有結構簡單，監測準確，操作方便，使用壽命長，可對柔性管道溫度實時在線監測等特點的基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法。
[0006]本發明針對海洋柔性管道在正常的生產過程中，具有的大撓度、大變形、外部聚合物易老化破損等特點，提出了一種基於分布式感溫光纖的海洋柔性管道溫度在線監測方法，可以將分布式感溫光纖在柔性管的生產過程中就布設於柔性管的外部聚合物和抗拉層金屬之間，對柔性管道的溫度情況進行實時在線的監測，保證海洋柔性管道的工作運行安全。
[0007]本發明基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法，實施的具體步驟如下:
[0008]I)在管道內植入分布式感溫光纖
[0009]首先，在柔性管道的生產過程中，在抗拉鎧裝層製作完成之後，在抗拉鎧裝層的外表面布設分布式感溫光纖，光纖呈螺旋式纏繞的方式均勻分布在抗拉層上，一般來說，每根柔性管道上布設一根感溫光纖即可，但是也可以根據用戶的需要，針對一根柔性管道布設幾根光纖進行管道的溫度監測。當有多根光纖時，需計算好布設的角度，使布設完成的光纖呈網狀分布。在分布式光纖布設完成後，在光纖外部添加一層保護層，保證光纖不會與抗拉層脫離，嵌入外部聚合物中即可，完成保護層的封裝即完成光纖的布設工作。[0010]2)連接信號解調控制系統
[0011]當內置分布式光纖的柔性管道安裝完畢後，通過管道接頭上的光纖接頭，用通訊光纖將感溫光纖與信號採集設備相連。監測數據經信號採集設備傳輸至光纖溫度解調儀進行解讀。通過監測系統，將光纖的波長信號自動轉換成管道外部聚合物的溫度信號，並通過顯示設備實時進行顯示，可以實現對柔性管道的安全監控。
[0012]3)根據目標柔性管道的結構和運行參數建立結構模型
[0013]利用有限元軟體，依據目標柔性管道的結構建立三維模型，根據柔性管道各層結構的材料，內部輸送油品的溫度和外部海域的溫度，模擬計算得到柔性管道在正常運行時的各層溫度分布，並結合實際的環境參數，計算得到管道運行異常時的溫度數值，作為監控系統的預報警值。
[0014]4)監測系統的調試
[0015]通過系統主機，將計算模擬得到的溫度參數和預報警值輸入至系統軟體中，並對整個系統進行初始化調試。
[0016]5)對柔性管道實施監測
[0017]當柔性管道發生懸空，入泥和聚合物破損時，柔性管道內部的溫度場會發生變化，分布式感溫光纖會感測到這種溫度變化並將溫度信號傳輸至信號解調系統，從而得到柔性管道的溫度情況，實現對管道的監測。
[0018]本發明基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法所採取的技術方案是:
[0019]一種基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法，其特徵是:柔性管道溫度在線監測方法包括以下具體步驟:
[0020]I)在柔性管道內植入分布式感溫光纖
[0021]柔性管道的製備過程中，抗拉鎧裝層製作完成之後，在抗拉鎧裝層的外表面布設分布式感溫光纖；
[0022]2)連接信號解調控制系統
[0023]當內置分布式感溫光纖的柔性管道安裝完畢後，通過管道接頭上的光纖接頭，用通訊光纖將分布式感溫光纖與信號採集裝置相連；監測數據經信號採集裝置傳輸至分布式感溫光纖溫度解調儀進行解讀；
[0024]3)對柔性管道實施在線監測
[0025]當柔性管道內部的溫度發生變化，分布式感溫光纖會感測到這種溫度變化並將與溫度信號相關的波長信號傳輸至分布式感溫光纖溫度解調儀；通過監測系統將分布式感溫光纖的波長信號自動轉換成管道外部聚合物的溫度信號，並通過顯示設備實時進行顯示，從而得到柔性管道的溫度情況，實現對柔性管道的安全在線監控。
[0026]本發明基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法還可以採用如下技術方案:
[0027]所述的基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法，其特點是:在抗拉鎧裝層的外表面布設分布式感溫光纖時，光纖呈螺旋式纏繞的方式均勻分布在抗拉層上。
[0028]所述的基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法，其特點是:一根柔性管道布設I根或數根光纖，布設數根光纖時，需計算好布設的角度，使布設完成的光纖呈網狀分布；分布式光纖布設完成後，在光纖外部添加一層保護層，保證光纖不會與抗拉層脫離，嵌入外部聚合物中。
[0029]所述的基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法，其特點是:監測系統的主機設有計算模擬得到的溫度參數和預報警值，當柔性管道發生懸空，入泥和聚合物破損時，柔性管道內部的溫度達到預報警值時，監測系統進行安全報警。
[0030]本發明具有的優點和積極效果是:
[0031]基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法由於採用了本發明全新的技術方案，與現有技術相比，本發明將分布式光纖溫度監測技術運用於海洋柔性管道的外部聚合物的溫度監測中，並將光纖的布設工藝與柔性管的生產工藝相結合，在柔性管道的生產階段就完成了傳感器的布設工作。運用本方法可以對柔性管道外部聚合物的完整性和安全狀況進行在線監測，保障柔性管道在運行時的安全。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1是本發明植入光纖後的柔性管道溫度在線監測結構示意圖；
[0033]圖2是本發明無粘結海洋柔性管道結構示意圖。
[0034]圖中，1-外部聚合物，2-抗拉鎧裝層，3-防磨層，4-抗壓層，5-內壓層，6_基礎骨架，7-光纖連接裝置，8-柔性管道接頭，9-柔性管道，10-感溫光纖，11-信號傳輸光纜，12-信號接收解調裝置，13-系統主機。
【具體實施方式】
[0035]為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下:
[0036]參閱附圖1和圖2。
[0037]實施例1
[0038]一種基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法，包括以下具體步驟:
[0039]I)在柔性管道內植入分布式感溫光纖
[0040]柔性管道的製備過程中，抗拉鎧裝層製作完成之後，在抗拉鎧裝層的外表面布設分布式感溫光纖；在抗拉鎧裝層的外表面布設分布式感溫光纖時，光纖呈螺旋式纏繞的方式均勻分布在抗拉層上。一根柔性管道布設I根或數根光纖，布設數根光纖時，需計算好布設的角度，使布設完成的光纖呈網狀分布；分布式光纖布設完成後，在光纖外部添加一層保護層，保證光纖不會嵌入外部聚合物中。
[0041]2)連接信號解調控制系統
[0042]當內置分布式感溫光纖的柔性管道安裝完畢後，通過管道接頭上的光纖接頭，用通訊光纖將分布式感溫光纖與信號採集裝置相連；監測數據經信號採集裝置傳輸至分布式感溫光纖溫度解調儀進行解讀；
[0043]3)對柔性管道實施在線監測
[0044]當柔性管道內部的溫度發生變化，分布式感溫光纖會感測到這種溫度變化並將溫度信號傳輸至分布式感溫光纖溫度解調儀；通過監測系統將分布式感溫光纖的波長信號自動轉換成管道外部聚合物的溫度信號，並通過顯示設備實時進行顯示，從而得到柔性管道的溫度情況，實現對柔性管道的安全在線監控。[0045]監測系統的主機設有計算模擬得到的溫度參數和預報警值，當柔性管道發生懸空，入泥和聚合物破損時，柔性管道內部的溫度達到預報警值時，監測系統進行安全報警。
[0046]本實施例的具體結構及其工作過程:
[0047]海洋柔性管道的結構如圖2所示，包括基礎骨架6，內壓層5，抗壓層4，防磨層3，抗拉鎧裝層2和外部聚合物I，具體實施步驟如下:
[0048]I)在管道內植入分布式感溫光纖
[0049]首先，在柔性管道9的生產過程中，在抗拉鎧裝層2製作完成之後，在抗拉鎧裝層2的外表面布設分布式感溫光纖10,感溫光纖10呈螺旋式纏繞的方式均勻分布在抗拉銷裝層2上。在分布式感溫光纖10布設完成後，在感溫光纖10外部添加一層環氧樹脂作為保護層，保證感溫光纖10不會在外部聚合物I的塗覆過程中嵌入至外部聚合物I中即可，完成保護層的封裝即完成感溫光纖10的布設工作。
[0050]2)連接信號解調控制系統
[0051]當內置分布式光纖的柔性管道9安裝完畢後，通過管道接頭8上的光纖連接裝置7，用信號傳輸光纜11將感溫光纖10與信號接收解調裝置12相連。監測數據經信號接收模塊進行採集，並傳輸至光纖解調模塊進行解讀。通過解調模塊，將感溫光纖10的波長信號自動轉換成管道外部聚合物I的溫度信號，並通過系統主機13的顯示設備實時進行顯示，可以實現對柔性管道9的安全監控。
[0052]3)針對該柔性管道的建立有限元結構模型
[0053]利用ANSYS有限元軟體，依據柔性管道9的六層結構建立三維模型，進行柔性管道9各層之間的溫度場分布模擬，在設置各層的邊界條件時需要注意，層與層之間是無粘結的，所施加的環境載荷選自即將應用的海域的實際環境載荷，包括內部輸送油品的溫度和外部海域的溫度，模擬計算得到柔性管道9在正常運行時的抗拉鎧裝層2與外部聚合物I交界處的溫度分布，並針對柔性管道可能發生的懸空，入泥和外部聚合物I破損等情況，計算相應的溫度分布。
[0054]4)監測系統的調試
[0055]通過系統主機13，將計算模擬得到的溫度參數輸入至系統軟體中，並對整個系統進行初始化調試。
[0056]5)開始對管道進行監控。
[0057]當柔性管道9發生懸空，入泥和聚合物破損時，柔性管道9內部的溫度場會發生變化，分布式感溫光纖10會感測到這種溫度變化並將溫度信號傳輸至信號接收解調裝置12，從而得到柔性管道9的溫度情況，實現對柔性管道9的外部聚合物I的溫度監測。
[0058]本實施例具有所述的結構簡單，監測準確，操作方便，使用壽命長，可對柔性管道溫度實時在線監測等積極效果，有效保證了海洋柔性管道的運行安全。
【權利要求】
1.一種基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法，其特徵是:柔性管道溫度在線監測方法包括以下具體步驟: 1)在柔性管道內植入分布式感溫光纖 在柔性管道的製備過程中，抗拉鎧裝層製作完成之後，在抗拉鎧裝層的外表面布設分布式感溫光纖； 2)連接信號解調控制系統 當內置分布式感溫光纖的柔性管道安裝完畢後，通過管道接頭上的光纖接頭，用通訊光纖將分布式感溫光纖與信號採集裝置相連；監測數據經信號採集裝置傳輸至分布式感溫光纖溫度解調儀進行解讀； 3)對柔性管道實施在線監測 當柔性管道內部的溫度發生變化時，分布式感溫光纖會感測到這種溫度變化並將溫度信號傳輸至分布式感溫光纖溫度解調儀；通過監測系統將分布式感溫光纖的波長信號自動轉換成管道外部聚合物的溫度信號，並通過顯示設備實時進行顯示，從而得到柔性管道的溫度情況，實現對柔性管道的安全在線監控。
2.根據權利要求1所述的基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法，其特徵是:在抗拉鎧裝層的外表面布設分布式感溫光纖時，光纖呈螺旋式纏繞的方式均勻分布在抗拉層上。
3.根據權利要求1或2所述的基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法，其特徵是:一根柔性管道布設I根或數根光纖，布設數根光纖時，需計算好布設的角度，使布設完成的光纖呈網狀分布；分布式光纖布設完成後，在光纖外部添加一層保護層，保證光纖不會脫離抗拉層，嵌入外部聚合物中。
4.根據權利要求1所述的基於分布式光纖的柔性管道溫度在線監測方法，其特徵是:監測系統的主機設有計算模擬得到的溫度參數和預報警值，當柔性管道發生懸空，入泥和聚合物破損時，柔性管道內部的溫度達到預報警值時，監測系統進行安全報警。
【文檔編號】G01K11/32GK103630265SQ201310684264
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月10日 優先權日:2013年12月10日
【發明者】楊磊, 向安, 劉偉, 李再春, 陳雅楠 申請人:天津億利科能源科技發展股份有限公司