CN103630265A - 一种基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法。本发明属于柔性管道监测技术领域。一种基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法，其步骤：1)在柔性管道内植入分布式感温光纤：在柔性管道的制备过程中，在抗拉铠装层的外表面布设分布式感温光纤；2)连接信号解调控制系统：通过管道接头上的光纤接头，用通讯光纤将分布式感温光纤与信号解调控制系统相连；3)对柔性管道实施在线监测：通过监测系统将分布式感温光纤的波长信号自动转换成管道外部聚合物的温度信号，实现对柔性管道的安全在线监控。本发明具有结构简单，监测准确，操作方便，使用寿命长，实时在线监测等优点，可保证海洋柔性管道运行安全。

Description

一种基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法

技术领域

本发明属于柔性管道监测技术领域，特别是涉及一种基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法。

背景技术

目前，柔性管作为区别于普通钢管的新型管道，具有可设计性、易弯曲、易铺设、可回收，开发更经济，更适应海洋环境等特点。其中，最突出的是弯曲柔性好．可以承受较大的弯曲变形。在边际油田开发中采用柔性管道，由于易铺设、可回收、工期短，可以显著降低工程建设及运营成本。在国外，柔性管道己经在陆地以及浅水、深水和超深水区域得到了广泛的应用，可以实现长距离、超水深、多方向的输送油气资源。

海洋柔性管道在使用的过程中，由于受到海水波动，涡激振动等环境影响，在油品的传输过程中，极易发生屈曲变形，一旦管道入泥或者悬空，内部油品的温度将会导致外部聚合物层的加速老化，存在很大的破裂风险；与此同时，外部聚合物破裂时，会导致柔性管内部抗拉层与海水直接接触，加速管道的腐蚀情况，对于深海油气田的安全生产造成很大的影响。目前，由于柔性管道越来越多的运用于深海之中，对其安全状况的监测和评估手段十分有限，当洋柔性管道外部聚合物的破损、悬空、入泥等情况发生时，无法及时进行监测，存在无法保障柔性管道运行安全等技术问题。

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分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法。

本发明的目的是提供一种具有结构简单，监测准确，操作方便，使用寿命长，可对柔性管道温度实时在线监测等特点的基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法。

本发明针对海洋柔性管道在正常的生产过程中，具有的大挠度、大变形、外部聚合物易老化破损等特点，提出了一种基于分布式感温光纤的海洋柔性管道温度在线监测方法，可以将分布式感温光纤在柔性管的生产过程中就布设于柔性管的外部聚合物和抗拉层金属之间，对柔性管道的温度情况进行实时在线的监测，保证海洋柔性管道的工作运行安全。

本发明基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法，实施的具体步骤如下：

1)在管道内植入分布式感温光纤

首先，在柔性管道的生产过程中，在抗拉铠装层制作完成之后，在抗拉铠装层的外表面布设分布式感温光纤，光纤呈螺旋式缠绕的方式均匀分布在抗拉层上，一般来说，每根柔性管道上布设一根感温光纤即可，但是也可以根据用户的需要，针对一根柔性管道布设几根光纤进行管道的温度监测。当有多根光纤时，需计算好布设的角度，使布设完成的光纤呈网状分布。在分布式光纤布设完成后，在光纤外部添加一层保护层，保证光纤不会与抗拉层脱离，嵌入外部聚合物中即可，完成保护层的封装即完成光纤的布设工作。

2)连接信号解调控制系统

当内置分布式光纤的柔性管道安装完毕后，通过管道接头上的光纤接头，用通讯光纤将感温光纤与信号采集设备相连。监测数据经信号采集设备传输至光纤温度解调仪进行解读。通过监测系统，将光纤的波长信号自动转换成管道外部聚合物的温度信号，并通过显示设备实时进行显示，可以实现对柔性管道的安全监控。

3)根据目标柔性管道的结构和运行参数建立结构模型

利用有限元软件，依据目标柔性管道的结构建立三维模型，根据柔性管道各层结构的材料，内部输送油品的温度和外部海域的温度，模拟计算得到柔性管道在正常运行时的各层温度分布，并结合实际的环境参数，计算得到管道运行异常时的温度数值，作为监控系统的预报警值。

4)监测系统的调试

通过系统主机，将计算模拟得到的温度参数和预报警值输入至系统软件中，并对整个系统进行初始化调试。

5)对柔性管道实施监测

当柔性管道发生悬空，入泥和聚合物破损时，柔性管道内部的温度场会发生变化，分布式感温光纤会感测到这种温度变化并将温度信号传输至信号解调系统，从而得到柔性管道的温度情况，实现对管道的监测。

本发明基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法所采取的技术方案是：

一种基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法，其特征是：柔性管道温度在线监测方法包括以下具体步骤：

1)在柔性管道内植入分布式感温光纤

柔性管道的制备过程中，抗拉铠装层制作完成之后，在抗拉铠装层的外表面布设分布式感温光纤；

2)连接信号解调控制系统

当内置分布式感温光纤的柔性管道安装完毕后，通过管道接头上的光纤接头，用通讯光纤将分布式感温光纤与信号采集装置相连；监测数据经信号采集装置传输至分布式感温光纤温度解调仪进行解读；

3)对柔性管道实施在线监测

当柔性管道内部的温度发生变化，分布式感温光纤会感测到这种温度变化并将与温度信号相关的波长信号传输至分布式感温光纤温度解调仪；通过监测系统将分布式感温光纤的波长信号自动转换成管道外部聚合物的温度信号，并通过显示设备实时进行显示，从而得到柔性管道的温度情况，实现对柔性管道的安全在线监控。

本发明基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法还可以采用如下技术方案：

所述的基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法，其特点是：在抗拉铠装层的外表面布设分布式感温光纤时，光纤呈螺旋式缠绕的方式均匀分布在抗拉层上。

所述的基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法，其特点是：一根柔性管道布设1根或数根光纤，布设数根光纤时，需计算好布设的角度，使布设完成的光纤呈网状分布；分布式光纤布设完成后，在光纤外部添加一层保护层，保证光纤不会与抗拉层脱离，嵌入外部聚合物中。

所述的基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法，其特点是：监测系统的主机设有计算模拟得到的温度参数和预报警值，当柔性管道发生悬空，入泥和聚合物破损时，柔性管道内部的温度达到预报警值时，监测系统进行安全报警。

本发明具有的优点和积极效果是：

基于分布式光纤的柔性管道温度在线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，本发明将分布式光纤温度监测技术运用于海洋柔性管道的外部聚合物的温度监测中，并将光纤的布设工艺与柔性管的生产工艺相结合，在柔性管道的生产阶段就完成了传感器的布设工作。运用本方法可以对柔性管道外部聚合物的完整性和安全状况进行在线监测，保障柔性管道在运行时的安全。

附图说明

图1是本发明植入光纤后的柔性管道温度在线监测结构示意图；

图2是本发明无粘结海洋柔性管道结构示意图。

图中，1-外部聚合物，2-抗拉铠装层，3-防磨层，4-抗压层，5-内压层，6-基础骨架，7-光纤连接装置，8-柔性管道接头，9-柔性管道，10-感温光纤，11-信号传输光缆，12-信号接收解调装置，13-系统主机。

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

一种基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法，包括以下具体步骤：

1)在柔性管道内植入分布式感温光纤

柔性管道的制备过程中，抗拉铠装层制作完成之后，在抗拉铠装层的外表面布设分布式感温光纤；在抗拉铠装层的外表面布设分布式感温光纤时，光纤呈螺旋式缠绕的方式均匀分布在抗拉层上。一根柔性管道布设1根或数根光纤，布设数根光纤时，需计算好布设的角度，使布设完成的光纤呈网状分布；分布式光纤布设完成后，在光纤外部添加一层保护层，保证光纤不会嵌入外部聚合物中。

2)连接信号解调控制系统

当内置分布式感温光纤的柔性管道安装完毕后，通过管道接头上的光纤接头，用通讯光纤将分布式感温光纤与信号采集装置相连；监测数据经信号采集装置传输至分布式感温光纤温度解调仪进行解读；

3)对柔性管道实施在线监测

当柔性管道内部的温度发生变化，分布式感温光纤会感测到这种温度变化并将温度信号传输至分布式感温光纤温度解调仪；通过监测系统将分布式感温光纤的波长信号自动转换成管道外部聚合物的温度信号，并通过显示设备实时进行显示，从而得到柔性管道的温度情况，实现对柔性管道的安全在线监控。

监测系统的主机设有计算模拟得到的温度参数和预报警值，当柔性管道发生悬空，入泥和聚合物破损时，柔性管道内部的温度达到预报警值时，监测系统进行安全报警。

本实施例的具体结构及其工作过程：

海洋柔性管道的结构如图2所示，包括基础骨架6，内压层5，抗压层4，防磨层3，抗拉铠装层2和外部聚合物1，具体实施步骤如下：

1)在管道内植入分布式感温光纤

首先，在柔性管道9的生产过程中，在抗拉铠装层2制作完成之后，在抗拉铠装层2的外表面布设分布式感温光纤10，感温光纤10呈螺旋式缠绕的方式均匀分布在抗拉铠装层2上。在分布式感温光纤10布设完成后，在感温光纤10外部添加一层环氧树脂作为保护层，保证感温光纤10不会在外部聚合物1的涂覆过程中嵌入至外部聚合物1中即可，完成保护层的封装即完成感温光纤10的布设工作。

2)连接信号解调控制系统

当内置分布式光纤的柔性管道9安装完毕后，通过管道接头8上的光纤连接装置7，用信号传输光缆11将感温光纤10与信号接收解调装置12相连。监测数据经信号接收模块进行采集，并传输至光纤解调模块进行解读。通过解调模块，将感温光纤10的波长信号自动转换成管道外部聚合物1的温度信号，并通过系统主机13的显示设备实时进行显示，可以实现对柔性管道9的安全监控。

3)针对该柔性管道的建立有限元结构模型

利用ANSYS有限元软件，依据柔性管道9的六层结构建立三维模型，进行柔性管道9各层之间的温度场分布模拟，在设置各层的边界条件时需要注意，层与层之间是无粘结的，所施加的环境载荷选自即将应用的海域的实际环境载荷，包括内部输送油品的温度和外部海域的温度，模拟计算得到柔性管道9在正常运行时的抗拉铠装层2与外部聚合物1交界处的温度分布，并针对柔性管道可能发生的悬空，入泥和外部聚合物1破损等情况，计算相应的温度分布。

4)监测系统的调试

通过系统主机13，将计算模拟得到的温度参数输入至系统软件中，并对整个系统进行初始化调试。

5)开始对管道进行监控。

当柔性管道9发生悬空，入泥和聚合物破损时，柔性管道9内部的温度场会发生变化，分布式感温光纤10会感测到这种温度变化并将温度信号传输至信号接收解调装置12，从而得到柔性管道9的温度情况，实现对柔性管道9的外部聚合物1的温度监测。

本实施例具有所述的结构简单，监测准确，操作方便，使用寿命长，可对柔性管道温度实时在线监测等积极效果，有效保证了海洋柔性管道的运行安全。

Claims (4)

1.一种基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法，其特征是：柔性管道温度在线监测方法包括以下具体步骤：

1)在柔性管道内植入分布式感温光纤

在柔性管道的制备过程中，抗拉铠装层制作完成之后，在抗拉铠装层的外表面布设分布式感温光纤；

2)连接信号解调控制系统

当内置分布式感温光纤的柔性管道安装完毕后，通过管道接头上的光纤接头，用通讯光纤将分布式感温光纤与信号采集装置相连；监测数据经信号采集装置传输至分布式感温光纤温度解调仪进行解读；

3)对柔性管道实施在线监测

当柔性管道内部的温度发生变化时，分布式感温光纤会感测到这种温度变化并将温度信号传输至分布式感温光纤温度解调仪；通过监测系统将分布式感温光纤的波长信号自动转换成管道外部聚合物的温度信号，并通过显示设备实时进行显示，从而得到柔性管道的温度情况，实现对柔性管道的安全在线监控。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法，其特征是：在抗拉铠装层的外表面布设分布式感温光纤时，光纤呈螺旋式缠绕的方式均匀分布在抗拉层上。

3.根据权利要求1或2所述的基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法，其特征是：一根柔性管道布设1根或数根光纤，布设数根光纤时，需计算好布设的角度，使布设完成的光纤呈网状分布；分布式光纤布设完成后，在光纤外部添加一层保护层，保证光纤不会脱离抗拉层，嵌入外部聚合物中。

4.根据权利要求1所述的基于分布式光纤的柔性管道温度在线监测方法，其特征是：监测系统的主机设有计算模拟得到的温度参数和预报警值，当柔性管道发生悬空，入泥和聚合物破损时，柔性管道内部的温度达到预报警值时，监测系统进行安全报警。

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