CN109296356A - 海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置，该装置安装于钢质跨接管上；该装置包括：壳体；上电极板，其固定于所述壳体的顶部；位于上电极板下方的下电极板，其固定于所述壳体的底部；位于上电极板和下电极板之间的可动电极板，其两侧分别通过一对弹簧连接至所述壳体上；分别与上电极板、下电极板和可动电极板连接的信号采集模块；与信号采集模块连接的通讯模块；与信号采集模块连接的报警控制模块；分别与信号采集模块、报警控制模块和通讯模块连接的电源模块。本发明能够实时监测海底洋流对钢质跨接管的涡激振动信息，并在超过安全阈值时自动报警，为海面作业人员评估钢质跨接管的服役状态提供重要参数和信息。
Description
技术领域
本发明涉及海洋石油开采自动化设备,具体涉及海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置。
背景技术
海洋油气田水下生产作业最主要的特点为采用座放于海底的水下采油树、集输管汇、海底管道等设施，井下产出油气通过采油树流经跨接管至海底集输管汇，管汇将各井产出油气汇集后，再通过大直径海底管道输送至海面储油设施或离岸处理工厂。海底钢质跨接管连接采油树与管汇，为一段悬跨于水中的钢质管道。海底洋流流经跨接管时在管路两侧产生交替旋涡，并引发管路产生振动。跨接管的振动反过来又影响两侧旋涡的形态，两者相互作用，即涡激振动。目前，工程设计中对于涡激振动可能对海底钢质跨接管造成的应力、疲劳等影响一般通过理论计算分析确定，通过设计优化其路径、尺寸、结构型式等将涡激振动影响降到设计允许程度以内，并无有效手段直接进行监测并自动报警。
发明内容
本发明的目的是提供海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置，以解决上述现有技术的问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置，该装置安装于钢质跨接管上；该装置包括：
壳体；
上电极板，其固定于所述壳体的顶部；
位于上电极板下方的下电极板，其固定于所述壳体的底部；
位于上电极板和下电极板之间的可动电极板，其两侧分别通过一对弹簧连接至所述壳体上，用于在钢质跨接管涡激振动时横向或纵向振动，进而引起所述可动电极板与上电极板、下电极板之间的电容信号产生变化；
分别与上电极板、下电极板和可动电极板连接的信号采集模块，其用于采集电容变化信号；
与信号采集模块连接的通讯模块；
与信号采集模块连接的报警控制模块，其用于将所述电容变化信号的振动频率或振幅与安全阈值进行比较，若超过安全阈值则返回报警信号至信号采集模块，进而发送至所述通讯模块；
分别与信号采集模块、报警控制模块和通讯模块连接的电源模块。
上述的海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置，其中，该装置通过U型管夹固定于钢质跨接管的管壁上。
上述的海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置，其中，所述钢质跨接管两端分别与水下采油树和海底集输管汇相连。
上述的海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置，其中，所述通讯模块与采油树上的水下控制模块连接。
上述的海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置，其中，所述采油树上的水下控制模块与海面作业平台人机交互界面连接。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置，解决了在海洋油气田水下生产服役寿命内，实时监测海底洋流对钢质跨接管的涡激振动频率、振幅等信息，并在超过系统设定安全阈值时进行自动报警，为海面作业人员评估钢质跨接管的服役状态提供重要参数和信息。
附图说明
图1为海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置系统示意图；
图2为海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置原理图。
具体实施方式
以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。
如图1和图2所示，本发明提供了一种海底钢质跨接管30涡激振动实时监测自动报警装置40，该装置安装于钢质跨接管30上待监测位置，一般为路由中间段；也可设置多个装置对不同路段的涡激振动分别进行监测报警；钢质跨接管30连接水下采油树10与海底集输管汇20，井下产出油气流经采油树、钢质跨接管30至海底集输管汇20。
该装置包括：水密壳体41；固定于所述壳体41的顶部的上电极板42；位于上电极板42下方，并固定于所述壳体41的底部的下电极板43；位于上电极板42和下电极板43之间的可动电极板44，其两侧分别通过一对弹簧411连接至所述壳体41上；上电极板42、下电极板43以及可动电极板44均由导线通过穿壁电缆接头412连接至信号采集模块45；与信号采集模块45连接的通讯模块47；与信号采集模块45连接的报警控制模块46；信号采集模块45、报警控制模块46和通讯模块47与电源模块48连接并由其供电。所述通讯模块47与采油树上的水下控制模块50连接，所述采油树上的水下控制模块50进一步与海面作业平台人机交互界面连接。
本发明的工作原理为：海底洋流流经钢质跨接管30时产生涡激振动，所述装置内部可动电极板44在惯性作用下横向或纵向振动，其与上电极板42、下电极板43之间的电容信号产生变化，信号采集模块45接收到电容变化信号后进行处理。根据电容原理，当两块电极板之间加上电压后，电极上即产生存储电荷。电荷大小即电容，与电极板相对距离及面积均成线性关系。信号采集模块45监测到的电容信号经报警控制模块46与系统设定安全阈值比较后，若其振动频率、振幅参数超过安全阈值，则返回报警信号并发送至通讯模块47。经通讯模块47转换为通讯协议可识别的通讯信号后，传输至水下采油树10上的水下控制模块50，并最终经海底脐带缆传输至海面作业平台人机交互界面。最终，海面作业人员可通过人机界面实时监测到海底钢质跨接管30涡激振动的各项参数及报警信息，并评估其在海底环境下的生产安全。
综上所述，本专利实现了海上平台通过人机处理界面对海底钢质跨接管进行海底洋流涡激振动实时监测并自动报警。对因地震、海啸等极端海况下海底洋流对钢质跨接管造成破坏性影响后可及时进行干预，采取如紧急关井等措施。避免钢质跨接管破坏后生产油气泄漏造成生产事故和环境污染，可节省海洋油气田服役周期内整体生产成本，降低生产安全风险。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (5)
1.一种海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置，其特征在于，该装置安装于钢质跨接管上；该装置包括：
壳体；
上电极板，其固定于所述壳体的顶部；
位于上电极板下方的下电极板，其固定于所述壳体的底部；
位于上电极板和下电极板之间的可动电极板，其两侧分别通过一对弹簧连接至所述壳体上，用于在钢质跨接管涡激振动时横向或纵向振动，进而引起所述可动电极板与上电极板、下电极板之间的电容信号产生变化；
分别与上电极板、下电极板和可动电极板连接的信号采集模块，其用于采集电容变化信号；
与信号采集模块连接的通讯模块；
与信号采集模块连接的报警控制模块，其用于将所述电容变化信号的振动频率或振幅与安全阈值进行比较，若超过安全阈值则返回报警信号至信号采集模块，进而发送至所述通讯模块；
分别与信号采集模块、报警控制模块和通讯模块连接的电源模块。
2.如权利要求1所述的海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置，其特征在于，该装置通过U型管夹固定于钢质跨接管的管壁上。
3.如权利要求1所述的海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置，其特征在于，所述钢质跨接管两端分别与水下采油树和海底集输管汇相连。
4.如权利要求1所述的海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置，其特征在于，所述通讯模块与采油树上的水下控制模块连接。
5.如权利要求4所述的海底钢质跨接管涡激振动实时监测自动报警装置，其特征在于，所述采油树上的水下控制模块与海面作业平台人机交互界面连接。
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