CN104214521A - 新型管路及用于海底的流体输送管路 - Google Patents

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康艳祥
刘钊
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Abstract

本发明公开了一种新型管路，其特征在于，包括：管壁；所述管壁围成管腔；传感器，所述传感器用于测量所述管壁的参数，并将所测得的参数输出；所述传感器埋设于所述管壁内。本发明中的新型管路，可以实时监测管壁的应力变形及温度数值，并能够将监测数值实时传输至数据采集系统及电脑上，通过分析可精确地获得管壁的状况。能够及早地判断管壁的风险。在管壁发生破裂时，容易修复，且修复后能够继续使用。

Description

新型管路及用于海底的流体输送管路
技术领域
本发明涉及一种新型管路及用于海底的流体输送管路。
背景技术
在长距离油气传输时，海底管路铺设通常使用专门的铺设船实现连续铺设，管路直接附着在海床上。由于海床平面的不规则，管道只有在某些局部点位与海床进行接触，这样容易造成海底管路在这些点位的应力集中，这些集中应力和管道内部压力产生的管道应力相叠加，比其他非接触点更容易使产生管路破裂。另外，在这些局部接触点区域，管路通常是悬空的，容易受到海底洋流的涌动而振动或大幅度摆动，造成提前破坏。
所以有必要在海底管路中对连续型管线在海床上的变形进行实时监测，对变形大的区域实现提前预警。目前国际上公开的文献和专利都使用光栅传感器对管线进行变形实测和温度监测，这些光栅传感器通过光纤进行连接，实现地面和海床管线的数据交换。光栅传感器只能对特定频率的光波产生反射，光栅传感器变形以后反射光波的特定频率会有变化，利用反射光波频率的变化特点可以测量光栅传感器的变形。但是光栅传感器只能对有限频率范围内的光波产生反射，所以沿管线可布置的光栅传感器的数量有限。另外，管路实际变形和温度变化都同时会对光栅传感器产生变形，所以对于管路实际变形的测量需要排除温度变化的影响。在海底，温度变化并不是恒定的，井下的温度变化更加剧烈，得到准确的管路变形实际值比较困难。同时光栅传感器价格昂贵，光纤和光栅本身都比较脆弱，在使用和制造过程中都容易断裂，断裂之后再次熔接困难。这些种种弊端，制约了光纤传感系统以及其他实时监测系统在海底或井下管路的铺设。
发明内容
本发明的目的之一是为了克服现有技术中的不足，提供一种可实现实时检测管路应变及温度变化的新型管路。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
新型管路，其特征在于，包括：
管壁；所述管壁围成管腔；
传感器，所述传感器用于测量所述管壁的参数，并将所测得的参数输出；
所述传感器埋设于所述管壁内。
优选地是，所述传感器至少包括应变传感器与温度传感器之一；所述应变传感器用于测量管壁的应力变形程度；所述应变传感器沿所述管壁轴向设置多组；每组应变传感器数目为两个以上，沿所述管壁圆周方向排列；所述应变传感器埋设于所述管壁内；所述温度传感器用于测量管壁温度；所述温度传感器沿所述管壁轴向设置多组；每组温度传感器数目为两个以上，沿所述管壁圆周方向排列；所述温度传感器埋设于所述管壁内。
优选地是，每组所述应变传感器与每组所述温度传感器沿所述管壁圆周方向均匀分布。
优选地是，所述应变传感器为应变片。
优选地是，所述温度传感器为热电偶。
优选地是，所述管壁沿径向由内而外包括内胆、装铠层和外部保护层；所述应变传感器与所述温度传感器设置于所述装铠层与所述外部保护层之间。
优选地是，还包括多个数据采集卡，所述多个数据采集卡分别与所述多组温度传感器和所述多组应变传感器通信连接。
优选地是，所述数据采集卡为柔性数据采集卡，沿管壁圆周方向弯曲地埋设于所述管壁内。
优选地是，还包括数据采集系统及计算机，所述多个数据采集卡与所述数据采集系统通过CAN总线或TCP/IP总线通信连接；所述数据采集系统与所述计算机通信连接。
本发明的目的之二是为了克服现有技术中的不足，提供一种可实现实时检测管路应变及温度变化的用于海底的流体输送管路。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
用于海底的流体输送管路，其特征在于，包括权利要求1至5任一权利要求所述的新型管路，以及数据采集系统、计算机和多个数据采集卡，所述多个数据采集卡分别与所述多组温度传感器和所述多组应变传感器通信连接；所述多个数据采集卡与所述数据采集系统通过CAN总线或TCP/IP总线通信连接；所述数据采集系统与所述计算机通信连接。
优选地是，所述数据采集卡为柔性数据采集卡，沿管壁圆周方向弯曲地埋设于所述管壁内。
为防止CAN总线(或者TCP/IP总线)断裂造成数据传输的中断，CAN总线(或者TCP/IP总线)可以设置多根，每根总线和多个数据采集卡采取互为备份同时连接、间隔布置或者任何其他方式进行连接。
本发明涉及的新型管路实时监测系统同样适用于陆地上或者联系陆地与海洋之间用于油气传输的管路以及海洋或者陆地上用于油气开采的井下连续管路。
本发明同样适用于利用预埋在管壁内部的数据采集卡对应变和温度以外的预埋在管壁内部的传感器的数据测量，同时也包括利用预埋在管壁内部的数据采集卡对管壁内或者管路内外传输过来的各种数字和模拟信号的测量。本发明中的新型管路，传感器产生的信号由同样预埋在装铠层和外保护层之间的柔性数据采集卡采集，数据传到CAN总线(或者TCP/IP总线)上，实现管线和地面数据的交换。根据测得的应变结果，通过一定算法可以得到耐压管线的空间曲率数值，进而得到整个管路任何一点的空间位置。.本发明也同样适用于光、电或者光电复合传输的线缆的外壁中预埋传感系统的测量。本发明也同样适用于方形或者其他非圆形管线侧壁中预埋传感系统的测量。
本发明中的新型管路，可以实时监测管壁的应力变形及温度数值，并能够将监测数值实时传输至数据采集系统及电脑上，通过分析可精确地获得管壁的状况。能够及早地判断管壁的风险。在管壁发生破裂时，容易修复，且修复后能够继续使用。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明原理示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进一步说明。
如图1和图2所示，新型管路，包括管壁100。管壁100围成管腔110。管壁110自内而外依次包括内胆111、装铠层112和外部保护层113。在装铠层和外保护层之间预埋传感器，传感器用于测量管壁的参数。所述传感器至少包括应变传感器和温度传感器之一。沿管壁100轴向设置有多组应变传感器和多组温度传感器。每组应变传感器数目为多个，沿管壁100圆周方向分布，优选为均匀分布。每组温度传感器数目为多个，沿管壁100圆周方向分布，优选为均匀分布。应变传感器可采用应变片102。温度传感器可采用热电偶103。应变片102、热电偶103同时和同样预埋在装铠层112和外保护层113之间的柔性数据采集卡101通信连接相连。应变片102、热电偶103产生的模拟信号经过柔性数据采集卡101收集并转换成数字信号，由局域网CAN总线(或者TCP/IP总线)104传输到地面上数据采集系统105及计算机107。在操作时，预埋在每一个海床上或者井下的管路侧壁内的柔性数据采集卡被分配一个地址，地面上的计算机107通过这个地址访问每一个柔性数据采集卡101，进而访问每一个应变传感器、温度传感器，实现数据交换。管壁100应变和温度分别由应变片102、热电偶103单独测量，实现了应变测量和温度测量的分离。柔性数据采集卡101分布在管壁中，沿管壁轴向的布置没有数量限制。由于柔性数据采集卡101预埋在各传感器附近，传感器的数据采集精度可以信赖。在管路制造和使用过程中，传感系统不易损坏，性能更可靠。即使局域网CAN总线(或者TCP/IP总线)104断裂，可再次连接，修复问题解决比光纤传感系统容易。所以这种数据交换方式比光纤传感系统价格更低廉，实现更简单，性能更可靠。
同时假设应变片按照管线的轴向进行布置，对于任何一个预埋在装铠层和外保护层之间的应变片i(i＝1,2…n)来说，应变数值与管线沿两个截面轴(X轴和Y轴)的曲率Kx和Ky相联系，即
应变数值Ei＝Kx*Yi+Ky*Xi
理论上，在管路的装铠层112和外保护层113之间，可以设置任一数量的应变传感器，这些应变传感器对应的管线在任一同一时间内的对于同一管路截面的曲率Kx和Ky是相同的。通过对这些已知应变点的测试数据进行拟合，便可以精确地得到截面的曲率，进而通过数学方法得到管路任何一点的空间位置。
最简单的，耐压管线侧壁预埋四个应变片102，每个应变片102沿圆周方向间隔90度进行铺设，应变片1和应变片3相对，应变片2和应变片4相对。假设两个相对应变片的距离为2R,那么沿两个截面轴(X轴和Y轴)的曲率Kx和Ky分别为：
Kx＝应变片1读数和应变片3读数之差除以2R。
Ky＝应变片2读数和应变片4读数之差除以2R。
热电偶103可以在截面的任何一个位置布置，用以记录这个截面位置的温度数值。
同样的，每个应变片可以沿圆周方向间隔45度进行铺设，45度对角的应变同时受到两个截面轴(X轴和Y轴)的曲率Kx和Ky的影响。
本发明尤其适合用于海底流体输送管路。
为防止CAN总线(或者TCP/IP总线)断裂造成数据传输的中断，CAN总线(或者TCP/IP总线)可以设置多根，每根总线和多个数据采集卡采取互为备份同时连接、间隔布置或者任何其他方式进行连接。
本发明涉及的新型管路实时监测系统同样适用于陆地上或者联系陆地与海洋之间用于油气传输的管路以及海洋或者陆地上用于油气开采的井下连续管路。
本发明同样适用于利用预埋在管壁内部的数据采集卡对应变和温度以外的预埋在管壁内部的传感器的数据测量，同时也包括利用预埋在管壁内部的数据采集卡对管壁内或者管路内外传输过来的各种数字和模拟信号的测量。本发明中的新型管路，传感器产生的信号由同样预埋在装铠层和外保护层之间的柔性数据采集卡采集，数据传到CAN总线(或者TCP/IP总线)上，实现管线和地面数据的交换。根据测得的应变结果，通过一定算法可以得到耐压管线的空间曲率数值，进而得到整个管路任何一点的空间位置。.本发明也同样适用于光、电或者光电复合传输的线缆的外壁中预埋传感系统的测量。本发明/发明也同样适用于方形或者其他非圆形管线侧壁中预埋传感系统的测量。
本发明中的新型管路，可以实时监测管壁的应力变形及温度数值，并能够将监测数值实时传输至数据采集系统及电脑上，通过分析可精确地获得管壁的状况。能够及早地判断管壁的风险。在管壁发生破裂时，容易修复，且修复后能够继续使用。
本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (11)

1.新型管路，其特征在于，包括：
管壁；所述管壁围成管腔；
传感器，所述传感器用于测量所述管壁的参数，并将所测得的参数输出；
所述传感器埋设于所述管壁内。
2.根据权利要求1所述的新型管路，其特征在于，所述传感器至少包括应变传感器与温度传感器之一；所述应变传感器用于测量管壁的应力变形程度；所述应变传感器沿所述管壁轴向设置多组；每组应变传感器数目为两个以上，沿所述管壁圆周方向排列；所述应变传感器埋设于所述管壁内；所述温度传感器用于测量管壁温度；所述温度传感器沿所述管壁轴向设置多组；每组温度传感器数目为两个以上，沿所述管壁圆周方向排列；所述温度传感器埋设于所述管壁内。
3.根据权利要求2所述的新型管路，其特征在于，每组所述应变传感器与每组所述温度传感器沿所述管壁圆周方向均匀分布。
4.根据权利要求2述的新型管路，其特征在于，所述应变传感器为应变片。
5.根据权利要求2述的新型管路，其特征在于，所述温度传感器为热电偶。
6.根据权利要求1述的新型管路，其特征在于，所述管壁沿径向由内而外包括内胆、装铠层和外部保护层；所述应变传感器与所述温度传感器设置于所述装铠层与所述外部保护层之间。
7.根据权利要求1所述的新型管路，其特征在于，还包括多个数据采集卡，所述多个数据采集卡分别与所述多组温度传感器和所述多组应变传感器通信连接。
8.根据权利要求7所述的新型管路，其特征在于，所述数据采集卡为柔性数据采集卡，沿管壁圆周方向弯曲地埋设于所述管壁内。
9.根据权利要求7所述的新型管路，其特征在于，还包括数据采集系统及计算机，所述多个数据采集卡与所述数据采集系统通过CAN总线或TCP/IP总线通信连接；所述数据采集系统与所述计算机通信连接。
10.用于海底的流体输送管路，其特征在于，包括权利要求1至6任一权利要求所述的新型管路，以及数据采集系统、计算机和多个数据采集卡，所述多个数据采集卡分别与所述多组温度传感器和所述多组应变传感器通信连接；所述多个数据采集卡与所述数据采集系统通过CAN总线或TCP/IP总线通信连接；所述数据采集系统与所述计算机通信连接。
11.根据权利要求10所述的用于海底的流体输送管路，其特征在于，所述数据采集卡为柔性数据采集卡，沿管壁圆周方向弯曲地埋设于所述管壁内。
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