主动加热测温分布式海底管道悬空监测与评定

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海上石油和天然气资源主要通过海底管道运输。然而，管道在洋流、风暴等复杂的海底环境的影响下容易发生冲刷悬空破坏。管道破坏不仅会带来极大的经济损失，而且也会对海洋环境造成严重污染。目前的海管冲刷监测、检测技术，由于受到布设难度大、局部测量等瓶颈的制约，难以满足对长距离海底管道线性结构的分布式监测需求，为了克服上述瓶颈，解决这一难题，本课题组提出一种基于主动加热测温的海底管道冲刷悬空监测技术，从海底管道冲刷前后外部介质的热传导性能差异探测这一崭新角度实现冲刷长度监测。为验证该理论的可行性，课题组前期做了大量的试验研究。研究人员分别设计了基于FBG光纤传感器、DS18B20数字温度传感器和分布式布里渊光纤传感器的实验装置，并对管道的冲刷悬空进行了监测试验，结果均表明该主动加热测温技术在海底管道的冲刷悬空监测中具有良好的适用性和可行性。虽然前期的可行性研究取得了良好进展，为克服海底管道的冲刷悬空监测难题提供了崭新的思路，但仍面临需要进一步解决和优化的问题。首先，前期设计的传感器结构复杂，封装简单，难以应对动荡的海底环境，也意味着不能应用于工程实际；其次，布里渊光纤传感技术的数据采集设备（BOTDA）价格昂贵，经济效果差。
　　本研究提出一种基于低成本拉曼传感技术的新型分布式监测方法，并引入普通铠装光缆，应用光缆内部的金属线作为主动加热单元，光纤作为温度传感单元，大大提高了传感器的整体性能。此外，铠装光缆封装牢固，应用广泛，安装便捷，为现场布设提供了极大地便利性。在此基础上开展了一系列的研究工作。首先对不同介质（泥沙和水）的传热模式及拉曼测温原理进行了理论分析；然后分别建立了线热源和同轴光缆的有限元模型，模拟加热和冷却过程中的温度变化。理论分析、数值模拟均证实了主动加热测温技术在海底管道冲刷悬空监测中的可行性。最后，在实验室进行了基于拉曼测温原理和铠装光缆的试验研究，利用前期提出的“三指标法”对数据进行分析。结果显示，拉曼测温技术和铠装光缆能准确的区分泥沙和水介质，并能识别介质分界面的位置，从而实现对海底管道冲刷悬空的监测及长度计算。本文提出的方法能显著解决前期研究中遗留的问题。

著录项

作者
张鑫旺;
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作者单位

大连理工大学;

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授予单位大连理工大学;
学科结构工程
授予学位硕士
导师姓名赵雪峰;
年度 2017
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TE973.92;TE973.6;
关键词
油气输运; 海底管道; 管道监测; 传感器技术;

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7. 基于主动加热测温法的海底管道悬空监测与评定 [A] . 巴勤 . 2013

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