CN103398860A

CN103398860A - 一种基于位移传感器的海洋平台安全监测方法

Info

Publication number: CN103398860A
Application number: CN2013103221590A
Authority: CN
Inventors: 陈雅楠; 向安; 刘伟; 李再春
Original assignee: Tianjin E Tech Energy Technology Development Co Ltd
Current assignee: Tianjin E Tech Energy Technology Development Co Ltd
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-07-26
Also published as: CN103398860B

Abstract

本发明涉及一种基于位移传感器的海洋平台安全监测方法。本发明属于海洋平台监测技术领域。基于位移传感器的海洋平台安全监测方法，包括步骤：1）计算分析海洋平台整体不同工况，利用有限元分析软件，建立数据库；2）根据海洋平台上甲板中心点位移，设备或作业限制，和极端工况设计预报警系统；3）位移传感器布设；4）位移传感器数据采集和传输；5）建立信号解调控制系统，便于计算机进行分析、处理；控制系统用于设备控制管理；6）导入数据库建立评估系统，通过监测位置信号数据分析处理实时反映平台整体结构安全状况。本发明将评估方式简单化，具有实时监测，应用范围广，监测精度高等特点，可智能和准确进行海洋平台结构安全监测和预警。

Description

一种基于位移传感器的海洋平台安全监测方法

技术领域

本发明属于海洋平台监测技术领域，特别是涉及一种基于位移传感器的海洋平台安全监测方法。

背景技术

目前，海洋平台结构是海上石油资源开发的重大基础性设施，是海上生产作业和生活的基地。海上平台在海洋环境中进行生产作业，需要面对十分恶劣的自然环境，例如台风会使平台受到极大的风浪载荷，增大其安全隐患；另一方面，对于平台的设计和使用还处于不断优化的阶段，结构的强度、疲劳寿命的确定等都不够完善。

海洋平台主要采用定期检测和计算评估两种手段来评价平台的安全情况，而这两种手段也存在明显的不足。平台的定期检测手段覆盖面积有限，不能反映平台的全局情况，此外，因为检测周期较长，无法实时评价平台结构状态也使平台结构安全存在“短板”。利用软件建立平台模型的计算评估是以平台建造时资料作为依据，平台环境资料时间过久不能反映平台目前所处的环境状况，因此，存在参数选取过于保守和理论化，采用数据的真实性和合理性（经常是最难明确的）直接影响评估结果等技术问题。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于位移传感器的海洋平台安全监测方法。

本发明的目的是提出一种基于高精度位移传感元件，通过对海洋平台的实时在线监测与软件模型计算分析相结合，既弥补了定期检测方法检测周期中的间隔空缺，又能为计算评估提供更为真实合理的数据，进一步对平台结构安全做出诊断等特点的基于位移传感器的海洋平台安全监测方法。

本发明基于位移传感器的海洋平台安全监测方法所采取的技术方案是：

一种基于位移传感器的海洋平台安全监测方法，其特点是：海洋平台安全监测包括以下步骤：

1）计算分析海洋平台整体不同的工况，建立数据库

根据海洋平台结构，设定不同环境工况，利用有限元分析软件，建立点位移、环境工况、平台整体响应三项对应的数据库；

2）预报警系统设计

根据海洋平台上甲板中心点位移允许规定值，设备或作业要求的限制，和计算极端工况下的最大位移来设计预报警系统分级阈值；

3）位移传感器布设

位移传感器布设在平台位移计算中响应明显的部位，该部位与平台主结构相连；

4）位移传感器数据采集和传输

位移传感器的位置监测信号通过FC/APC接头铠装光缆传输至数据采集设备；

5）建立信号解调控制系统

位置监测信号传入光纤光栅解调仪进行解读，将光信号转换为可读取的海洋平台位移数字信号，以便于计算机进行分析、处理；控制系统用于对海洋平台上监测的各类设备进行控制管理，并接收它们传送回来的数据，通过人机界面显示，对平台监测数据进行分析、存储；

6）导入数据库建立评估系统，进行海洋平台安全监测

将有限元分析软件计算建立的数据库导入评估系统服务器设备，通过海洋平台位置监测信号数据经过分析处理实时地反映平台整体的结构安全状况。

本发明基于位移传感器的海洋平台安全监测方法还可以采用如下技术方案：

所述的基于位移传感器的海洋平台安全监测方法，其特点是：位移传感器布设时，位移传感器采用高温固化胶粘剂和高弹性金属将光纤光栅封装成可以方便焊接于结构表面的位移计量单元，适应海洋结构环境，抗腐蚀，并且具有温度自补偿，满足海洋平台结构长期实时监测要求。

所述的基于位移传感器的海洋平台安全监测方法，其特点是：位移传感器的监测位置信号通过FC/APC接头铠装光缆传输至数据采集设备；监测点数多时增加集线盒，将多根传感器尾纤集于一根光缆，传至数据终端设备。

所述的基于位移传感器的海洋平台安全监测方法，其特点是：位置监测信号传入光纤光栅解调仪进行解读时，运用连续激光扫描技术来测量绝对的布拉格波长值，并通过A/D转变为将光信号转换为可读取的平台位移数字信号，以便于计算机进行分析、处理。

所述的基于位移传感器的海洋平台安全监测方法，其特点是：进行海洋平台安全监测，实时的反映平台整体的结构安全状况时，结合客户端软件界面，将结果图像化，以多种形式直观地展示给管理者，实现对海洋平台结构安全进行评估和预警。

本发明具有的优点和积极效果是：

基于位移传感器的海洋平台安全监测方法由于采用了本发明全新的技术方案，与现有技术相比，本发明利用高精度加速度传感器测量平台位移，基于海洋平台有限元分析软件计算极端工况建立平台预报警系统和数据库，并结合软件开发，将以往复杂的评估方式简单化。1.该系统为实时监测系统，实现不间断监控平台的安全状态。管理者可以实时观测到各监测位置的位移情况，整个技术创新型强，应用范围广，系统安装便利，监测精度高，不影响结构本体，能够在不耽误生产作业的情况下切实从多角度保障导管架平台的安全运营，降低平台破坏的风险。2.可以作为周期检测间隔期间的空缺的强有力补充，使平台检测有的放矢的进行，帮助管理者对平台更有效的实施维护措施。3.可以准确的反映平台在相应环境载荷下的真实状态，可以在计算时进一步保证数据的真实性与合理性。

附图说明

图1是本发明基于位移传感器的海洋平台安全监测系统结构示意图；

图2是海洋平台安全监测系统设备连接结构示意图。

图中，1、位移传感器，2、信号采集器，3、转换通讯接口的终端设备，4、解调控制器，5、监控显示器，6、监控软件界面，7、光缆。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

参阅附图1和图2。

实施例1

一种基于位移传感器的海洋平台安全监测方法，其安全监测的具体步骤包括：

1.针对海洋平台建立整体结构模型。

利用有限元分析软件，根据平台结构图纸、载荷资料、地质资料（对于服役平台需要结合检验资料），建立特定平台的整体结构模型，定义属性。计算结构重心，使模型中心与实际平台重心保持一致，以保证计算分析的准确性。

2.对平台整体不同的工况进行计算分析，建立数据库

对软件建立的平台整体结构模型，依据该平台环境载荷的统计数据、钢结构规范、海上固定平台设计规范，设定不同环境工况，并分别进行计算分析工作，确定平台位移响应最明显的部位，并建立点位移、环境工况、海洋平台整体响应三项对应的数据库。

3.预报警系统设计

根据固定式海洋平台规范要求中“平台上甲板中心点位移”容许位移规定值，设备或作业要求的限制，和计算极端工况下的最大位移来设计预报警系统分级阈值。

4.位移传感器封装和布设

位移传感器为一种高精度传感器，将测量到的加速度信号进行时间积分得到监测点的位移。采用高温固化胶粘剂和高弹性金属将光纤光栅封装成可以方便焊接于结构表面的位移计量单元，适应海洋结构环境，抗腐蚀，并且具有温度自补偿，满足平台结构长期实时监测要求。该传感器需要布设在平台位移计算中响应明显的部位，该部位与海洋平台主结构相连，并且不受强振动设备影响的位置。

5.传感器数据采集和传输

各个监测位置传感器信号通过FC/APC接头铠装光缆传输至数据采集设备。如果监测点数多时需要增加集线盒，将多根传感器尾纤集于一根光缆，传至数据终端设备。输入多通道，集中监测数据传入信号解调和控制模块。

6.建立信号解调控制系统

监测数据经信号采集设备传入光纤光栅解调仪进行解读，运用连续激光扫描技术来测量绝对的布拉格波长值，并通过A/D转变为将光信号转换为可读取的平台位移数字信号，以便于计算机进行分析、处理，高动态范围与输出功率可实现长光缆连接和有损连接和高分辨率。控制系统是用于对海洋平台上监测的各类设备进行控制管理，并接收它们传送回来的数据，通过人机界面显示，可以实现参数和初始值设定，并对海洋平台监测数据进行分析、存储。

7.导入数据库建立评估系统

该子系统是将有限元软件计算建立的数据库导入评估系统服务器设备，通过海洋平台位移监测数据经过分析处理实时的反映海洋平台整体的结构安全情况，结合客户端软件界面，将结果图像化，以多种形式直观的展示给管理者，实现对海洋平台结构安全进行评估和预警。

本实施例具体的海洋平台安全监测系统设备连接如图2所示，主要硬件主要包括：位移传感器1、光缆7、转换通讯接品的终端设备3、信号采集器2、解调控制器4、监控显示器5。系统运行整体结构参见图1。系统实施步骤如下：

1．对特定海洋平台计算分析确定传感器布设位置范围

根据目标平台设计详图，环境、地质资料利用SACS软件建立平台模型，按照平台设计报告针对典型工况，加载周期1年、5年、10年、25年、50年、100年的环境工况，根据平台特点选取12个方向作为加载时风浪流的来流方向进行加载，分别为0°、35°、49°、90°、131°、145°、180°、215°、229°、270°、311°和325°。计算分析选取平台位移响应敏感位置作为布设位移传感器的预选范围。

2．布设位移传感器

位移传感器1安装位置的筛选需要遵循以下原则：1.经模型计算分析，当环境载荷改变，位移响应明显的位置范围；2.与平台主支撑结构相连接；3.不受人员走动或作业等低频振动源干扰的位置。根据实际情况选择布点位置为平台1的底层、下层、中层三层甲板，每层3个传感器。传感器尺寸：35*76*30mm采用点焊固定。传感器自身外壳采用高温固化胶粘剂和高弹性金属封装，以保护内部测量元件不受海洋环境侵蚀。

3．传感器信号采集与传输

加速度传感器监测到平台布设点的加速度信号，经信号采集器2控制采样，通过传输信号线传输在同一层平台的几个传感器集中于分线盒，通过光缆7进行统一传输，最终通过信号终端设备3进入控制室进行解调。

4．控制与监控

传感器的光信号经解调控制器4转换为可读取的数字模拟信号，通过二次积分将加速度转换为位移量。利用解调控制器中的控制软件调节传感器初始值，以及基础参数的设置，数据通过软件处理分析，以友好的人机交互监控软件界面6显示，实时监控、存储监测数据。

5．诊断平台整体安全状况

固定式海洋平台规范要求中“平台上甲板中心点位移”容许位移值小于平台高度的1/350-1/500，另外位移值还受到设备或作业要求的限制，一般情况下甲板梁的位移不能超过其长度的1/300。监测到的数据进行处理后在软件界面中进行数据和图形的显示，并将处理好的数据与系统设定好的预、报警值进行对比，超过预、报警值时，系统进行分级预警和报警提示。并结合建立的点位移、环境工况、平台整体响应三项对应的数据库，实时对平台整体的安全状况作出诊断，并通过监控显示器5展示给管理者。

本实施例为更加智能和准确的海洋平台结构安全监测的方法，既弥补了定期检测方法检测周期中的间隔空缺，又能为计算评估提供更为真实合理的数据，进一步对平台结构安全做出诊断，有效进行监测和预警。

Claims

1.一种基于位移传感器的海洋平台安全监测方法，其特征是：海洋平台安全监测包括以下步骤：

1）计算分析海洋平台整体不同的工况，建立数据库

2）预报警系统设计

3）位移传感器布设

4）位移传感器数据采集和传输

位移传感器的位置监测信号通过FC/APC接头光缆传输至数据采集设备；

5）建立信号解调控制系统

6）导入数据库建立评估系统，进行海洋平台安全监测

2.根据权利要求1所述的基于位移传感器的海洋平台安全监测方法，其特征是：位移传感器布设时，位移传感器采用高温固化胶粘剂和高弹性金属将光纤光栅封装成可以方便焊接于结构表面的位移计量单元，适应海洋结构环境，抗腐蚀，并且具有温度自补偿，满足海洋平台结构长期实时监测要求。

3.根据权利要求1所述的基于位移传感器的海洋平台安全监测方法，其特征是：位移传感器的监测位置信号通过FC/APC接头铠装光缆传输至数据采集设备；监测点数多时增加集线盒，将多根传感器尾纤集于一根光缆，传至数据终端设备。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于位移传感器的海洋平台安全监测方法，其特征是：位置监测信号传入光纤光栅解调仪进行解读时，运用连续激光扫描技术来测量绝对的布拉格波长值，并通过A/D转变为将光信号转换为可读取的平台位移数字信号，以便于计算机进行分析、处理。

5.根据权利要求1、2或3所述的基于位移传感器的海洋平台安全监测方法，其特征是：进行海洋平台安全监测，实时的反映平台整体的结构安全状况时，结合客户端软件界面，将结果图像化，以多种形式直观地展示给管理者，实现对海洋平台结构安全进行评估和预警。