主動(dòng)加熱測(cè)溫分布式海底管道懸空監(jiān)測(cè)與評(píng)定.pdf

1、碩士學(xué)位論文主動(dòng)加熱測(cè)溫分布式海底管道主動(dòng)加熱測(cè)溫分布式海底管道懸空監(jiān)測(cè)懸空監(jiān)測(cè)與評(píng)定與評(píng)定SpanMonitingEvaluationofDistributedSubmarinePipelinesBasedonActivethermometry作者姓名：張?chǎng)瓮鷮W(xué)科、專(zhuān)業(yè)：結(jié)構(gòu)工程學(xué)號(hào)：21406063指導(dǎo)教師：趙雪峰教授完成日期：2017年05月01日大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士

2、學(xué)位論文I摘要海上石油和天然氣資源主要通過(guò)海底管道運(yùn)輸。然而，管道在洋流、風(fēng)暴等復(fù)雜的海底環(huán)境的影響下容易發(fā)生沖刷懸空破壞。管道破壞不僅會(huì)帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)損失，而且也會(huì)對(duì)海洋環(huán)境造成嚴(yán)重污染。目前的海管沖刷監(jiān)測(cè)、檢測(cè)技術(shù)，由于受到布設(shè)難度大、局部測(cè)量等瓶頸的制約，難以滿足對(duì)長(zhǎng)距離海底管道線性結(jié)構(gòu)的分布式監(jiān)測(cè)需求，為了克服上述瓶頸，解決這一難題，本課題組提出一種基于主動(dòng)加熱測(cè)溫的海底管道沖刷懸空監(jiān)測(cè)技術(shù)，從海底管道沖刷前后外部介質(zhì)的熱傳導(dǎo)性

3、能差異探測(cè)這一嶄新角度實(shí)現(xiàn)沖刷長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)。為驗(yàn)證該理論的可行性，課題組前期做了大量的試驗(yàn)研究。研究人員分別設(shè)計(jì)了基于FBG光纖傳感器、DS18B20數(shù)字溫度傳感器和分布式布里淵光纖傳感器的實(shí)驗(yàn)裝置，并對(duì)管道的沖刷懸空進(jìn)行了監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，結(jié)果均表明該主動(dòng)加熱測(cè)溫技術(shù)在海底管道的沖刷懸空監(jiān)測(cè)中具有良好的適用性和可行性。雖然前期的可行性研究取得了良好進(jìn)展，為克服海底管道的沖刷懸空監(jiān)測(cè)難題提供了嶄新的思路，但仍面臨需要進(jìn)一步解決和優(yōu)化的問(wèn)題。首先，前

4、期設(shè)計(jì)的傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，封裝簡(jiǎn)單，難以應(yīng)對(duì)動(dòng)蕩的海底環(huán)境，也意味著不能應(yīng)用于工程實(shí)際；其次，布里淵光纖傳感技術(shù)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備（BOTDA）價(jià)格昂貴，經(jīng)濟(jì)效果差。鑒于此，本文提出一種基于低成本拉曼傳感技術(shù)的新型分布式監(jiān)測(cè)方法，并首次引入普通鎧裝光纜，應(yīng)用光纜內(nèi)部的金屬線作為主動(dòng)加熱單元，光纖作為溫度傳感單元，大大提高了傳感器的整體性能。此外，鎧裝光纜封裝牢固，應(yīng)用廣泛，安裝便捷，為現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)提供了極大地便利性。本文在此基礎(chǔ)上開(kāi)展了一系列的研

5、究工作。首先對(duì)不同介質(zhì)（泥沙和水）的傳熱模式及拉曼測(cè)溫原理進(jìn)行了理論分析；然后分別建立了線熱源和同軸光纜的有限元模型，模擬加熱和冷卻過(guò)程中的溫度變化。理論分析、數(shù)值模擬均證實(shí)了主動(dòng)加熱測(cè)溫技術(shù)在海底管道沖刷懸空監(jiān)測(cè)中的可行性。最后，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了基于拉曼測(cè)溫原理和鎧裝光纜的試驗(yàn)研究，利用前期提出的“三指標(biāo)法”對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，拉曼測(cè)溫技術(shù)和鎧裝光纜能準(zhǔn)確的區(qū)分泥沙和水介質(zhì)，并能識(shí)別介質(zhì)分界面的位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)海底管道沖刷懸空的監(jiān)