收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

海底管道分布式光纤传感技术的基础研究

张恩勇  
【摘要】:海底管道安全一直是人们关注的焦点问题,目前海底管道检测方法由于无法实现对海底管道安全实时监测,给海底管道安全运行埋下了隐患,因此需要开发新的检测方法和检测技术。近年来,分布式光纤传感技术由于具有诸多优点,在结构健康监测中得到越来越广泛的应用。为了将分布式光纤传感技术应用于海底管道健康监测中,浙江大学与中国海洋石油总公司联合申请了国家“863”子课题“长距离海底管道分布式光纤传感技术”,拟通过建立海底管道串联分布式光纤传感系统来实现对长距离海底管道安全实时监测。本文就是基于该课题进行一些基础研究工作,主要包括海底管道事故原因分析,长距离海底管道分布式光纤传感系统研制,分布式光纤传感器样机标定试验,光纤传感系统施工方法研究,腐蚀管道剩余强度评估,悬跨管道涡激疲劳评估、具有焊缝裂纹缺陷管道疲劳断裂评估,这些评估可以为海底管道分布式光纤传感系统中管道安全评估标准的建立提供参考。本文的主要研究成果有: (1) 总结了海底管道事故原因和当前海底管道安全检测方法不足以及分布式光纤传感技术在海底管道应用中面临的问题。通过对海底管道事故资料分析,将海底管道事故原因归结为腐蚀、波流作用、第三方活动/机械损伤、海床运动、管材和焊接缺陷、设备附件失效和人员失误七个方面。通过对当前海底管道安全检测方法分析,指出需要开发新的检测方法和检测技术来解决目前检测方法无法实现对海底管道安全实时监测和效率较低的不足。介绍了分布式光纤传感技术在海底管道健康监测中应用现状,指出目前要实现分布式光纤传感技术从研究到实际应用转变,需要解决光纤埋设安全、光纤监测信息处理、光纤长期可靠性等诸多问题。 (2) 提出利用串联分布式光纤传感技术解决长距离海底管道安全监测问题,介绍了串联分布式光纤传感系统的工作原理和组成,进行了分布式光纤传感器样机标定试验。在试验中发现研制的样机性能比较稳定,但测量范围略小,需要进一步调整。试验中还发现如果紧套光纤内部不发生滑动,通常可以忽略光纤保护层对光纤测量结果影响。通过样机标定试验建立了光纤与管道应变增量关系曲线r(x)=0.849x+58.767,可以为工程上估算海底管道应变提供参考。 (3) 利用有限元方法对腐蚀管道剩余强度进行了研究,给出了DNV RP101推荐作法和ASME B31G标准评估结果保守程度,并基于这两种评估标准对腐蚀管道剩余强度可靠度进行了研究。有限元分析表明腐蚀深度变化对管道剩余强度影响非常大,而腐蚀宽度变化对评估结果影响要小得多,通常可以忽略;当腐蚀 摘要 浙江大学工学博士学位论文2004 长度和轴向间距大于某一长度时可以不考虑其变化对管道剩余强度影响;当管道 受到轴压、弯矩和扭矩作用时,管道剩余强度将要降低,进行管道剩余强度评估 时需要考虑它们的影响。通过与有限元评估结果比较发现,除了在轴力、弯矩和 扭矩较大情况外,B3 IG和DNV评估结果均偏于保守,单独内压作用下B3 IG评 估结果要比有限元评估结果小15一20%,DNV评估结果要比有限元评估结果小 10%左右,可靠度分析表明它们评估得到的腐蚀管道失效压力约对应于失效概率 为50%的中值失效压力,这些可以为正确认识这两种方法评估结果提供参考。 (4)解释了海底管道冲刷悬跨和涡激振动产生机理,推导出弹性边界条件 下悬跨管道自振频率以及横流向涡激振动下管道应力、疲劳计算公式,研究了悬 跨长度、轴力等对管道自振频率和疲劳寿命评估结果影响。研究表明随着悬跨长 度增加,管道自振频率和疲劳寿命降低,随着管道轴力增大,管道自振频率和疲 劳寿命增大。通过事例分析指出根据管道涡激疲劳分析确定管道最大允许悬跨长 度比根据管道横流向涡激振动发生闽值确定管道最大允许悬跨长度更合理。 (5)利用失效评估图对含焊缝裂纹缺陷海底管道疲劳断裂进行了研究,提 出了基于概率的PECA评估方法。研究表明不同等级断裂评估结果差距很大,应 根据对管道安全要求和信息量多少选取合适的管道断裂评估准则。研究还表明在 海底管道疲劳评估中常以裂纹扩展贯穿管壁作为管道发生疲劳破坏判据,由于忽 略了裂纹扩展过程中管道发生断裂可能性,评估结果常常偏于不安全。针对裂纹 断裂评估中各参数不确定性,提出了基于概率的PECA评估,它比确定性的ECA 评估更能准确反映管道裂纹断裂情况,可以为合理地制定管道维修决策提供指 导。 (6)对海底管道光纤监测系统的施工方法进行了初步研究。针对带混凝土配 重层的单层管海底管道提出了气吹法、混凝土配重层开槽法、预留孔道法三种施 工方案,针对双层管海底管道提出了涂压法和钢管外壁开槽法两种施工方案,给 出了各种方案施工流程图,并对各种方案的优缺点进行了分析,推荐涂压法和气 吹法分别作为双层管和单层管海底管道光纤监测系统施工方法。 本文的研究工作得到了国家高技术研究发展计划(863计划)资助(课题编 号:200lAA602022一l)。 关键词:海洋管道;分布式光纤传感技术;腐蚀;悬跨;焊缝裂纹;涡激振动; 断裂;疲劳;失效评估图;PECA;可靠度;施工方法;事故原因 一11一 张恩勇:海底管道分布式光纤传感技术的


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 郭振邦;张群站;徐慧;;海底管道关于锚泊作业的定量风险评估[J];天津理工大学学报;2007年05期
2 刘海燕;尹群;李良碧;;偶然性载荷作用下海底管道风险研究进展[J];中外船舶科技;2007年04期
3 元少平;;海管安全管理[J];管道技术与设备;2008年06期
4 马良;;海底管道稳定性设计的不确定性[J];大连大学学报;1993年01期
5 蔡桂喜;张恩勇;;海底管道无损检测技术及最新进展[J];无损探伤;2009年06期
6 陈博文;孙丽;谷凡;;海底管道最大允许悬跨长度计算[J];防灾减灾工程学报;2010年S1期
7 陈严飞;李昕;周晶;;轴向长腐蚀管道极限承载力研究[J];船舶力学;2009年05期
8 余建星,张长林,王磊;海底管道震害分析方法研究[J];中国港湾建设;2003年02期
9 卢瑾奉;滩海海底管道挖沟沉管技术[J];江苏船舶;2004年05期
10 尹群;刘海燕;李良碧;;海底输气管道泄漏风险定量分析[J];江苏科技大学学报(自然科学版);2009年03期
11 陈铁云,沈惠申,林忠钦;海底管道的屈曲及屈曲传播研究进展[J];华东船舶工业学院学报(自然科学版);1988年04期
12 关德,张树德,于达;运用清洗技术疏通海底输水管道[J];管道技术与设备;2001年02期
13 邵伟才,夏贤行;海底管道埋设机及其应用[J];浙江水利科技;2005年03期
14 邢至庄,张日向,郭建江;沟槽内海底管道的水动力特性研究[J];海洋工程;1997年04期
15 马肇援;海底管道维修技术设备[J];油气田地面工程;2001年03期
16 谭开忍;肖熙;;基于灰色理论的海底管道腐蚀剩余寿命预测方法[J];上海交通大学学报;2007年02期
17 董文乙;;海底管道管跨的预防和治理[J];中国水运(下半月);2009年07期
18 任慧龙;李陈峰;夏雪;;腐蚀海底管道剩余强度的可靠性评估方法研究[J];船海工程;2009年05期
19 刘波;谢禹钧;;地震时跨断层海底管道的屈曲分析[J];管道技术与设备;2009年06期
20 秦卫华;;海底管道挖沟技术的改进[J];江苏船舶;2010年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 马洪新;江锦;杜颖;童浩;郑秋明;;海底管道更换维修技术及工程实践[A];2009年度海洋工程学术会议论文集(下册)[C];2009年
2 陈海龙;;浅析海底管道的挖沟保护设计方法[A];中国航海科技优秀论文集(2010)[C];2010年
3 熊海荣;;海底管道后挖沟分析[A];2009年度海洋工程学术会议论文集(下册)[C];2009年
4 刘志刚;潘晓东;;近岸区域海底管道设计方法研究[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
5 江锦;马洪新;秦立成;;几种典型海底管道修复技术[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
6 冷志;叶宏平;范景涛;高庆立;赵强;;海底管道悬空处理工艺[A];第十三届中国科协年会第13分会场-海洋工程装备发展论坛论文集[C];2011年
7 谢丽婉;陈国明;李秀美;;海底管道结构完整性数字化管理系统[A];纪念徐秉汉院士船舶与海洋结构力学学术会议论文集[C];2011年
8 李孟杰;;海底管道检测及其安全评估技术[A];2009年度海洋工程学术会议论文集(下册)[C];2009年
9 罗超;王琮;任翠青;;海底管道整体式止屈器结构设计及数值模拟[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
10 史永晋;;基于惯性导航系统的海底管道轨迹描述技术研究[A];第十五届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上)[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张恩勇;海底管道分布式光纤传感技术的基础研究[D];浙江大学;2004年
2 胡军;海底管道完整性管理解决方案研究[D];天津大学;2012年
3 刘羽霄;高温/高压海底管道横向热屈曲机理及控制措施研究[D];大连理工大学;2010年
4 陈严飞;海底腐蚀管道破坏机理和极限承载力研究[D];大连理工大学;2009年
5 赵天奉;高温海底管道温度应力计算与屈曲模拟研究[D];大连理工大学;2008年
6 徐继尚;粘性海床管道冲刷、自埋和安全评估[D];中国海洋大学;2009年
7 丁鹏;海底管线安全可靠性及风险评价技术研究[D];中国石油大学;2008年
8 安少军;深水海底管道套筒连接器密封接触特性研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
9 刘德华;超长距离分布式光纤传感技术及其工程应用[D];浙江大学;2005年
10 董汝博;多点地震动作用下海底悬跨管道非线性分析[D];大连理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张方元;定量风险分析(QRA)及其在海底管道完整性管理方面的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 兰杰;海底管道防腐状态检测关键技术研究[D];大连理工大学;2010年
3 张宝林;海底管道浮拖法施工工艺及其管道铺设受力性能分析[D];长安大学;2010年
4 陈小玲;春晓气田群海底管道稳定性分析[D];浙江大学;2004年
5 何旭;海底管道防腐状态检测的基础研究[D];大连理工大学;2005年
6 高文;浅海海底悬空管道动力响应分析及治理[D];中国石油大学;2010年
7 李爱国;具有腐蚀缺陷的在役海底管道剩余强度的评估研究[D];天津大学;2003年
8 夏立军;海底管道漏磁检测应用技术研究[D];中国石油大学;2010年
9 刘清涛;海底悬跨管线动力特性与疲劳破坏研究[D];大连理工大学;2003年
10 董丽丽;基于灰色模式识别理论的海底管道系统的路由定量风险评估[D];天津大学;2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 蒋万全;西二线香港海底管道项目有序推进[N];中国石油报;2011年
2 通讯员 田奕丰;西二线海底管道项目有序展开[N];石油管道报;2011年
3 记者 赵士振 通讯员 李江辉;胜利自制机器人 首次海底查管道[N];中国石化报;2010年
4 记者 汪亚萍 通讯员 徐江;大港海底管道项目亮点纷呈[N];中国石油报;2009年
5 本报特约记者 齐荣花;牵龙入海“人”[N];石油管道报;2011年
6 邓廷辉;新技术为海底管道装上“眼睛”[N];中国技术市场报;2010年
7 通讯员 邓廷辉;“863”新技术为海底管道装上“眼睛”[N];科技日报;2010年
8 记者 朱米福 通讯员 李泽;南堡油田第二条海底管道开工[N];中国石油报;2008年
9 记者 王国文 通讯员 黄敏东;两湾口海底管道附近不得乱抛锚[N];石狮日报;2010年
10 姜俏梅;“能源小国”正在寻找出路[N];科技日报;2000年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978