CN115307674A - 一种用于海洋油气生产平台的监测系统 - Google Patents

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CN115307674A CN202210625512.1A CN202210625512A CN115307674A CN 115307674 A CN115307674 A CN 115307674A CN 202210625512 A CN202210625512 A CN 202210625512A CN 115307674 A CN115307674 A CN 115307674A
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谢耀国
钟文军
曲先强
张传杰
王巍巍
崔洪斌
徐皓
王大成
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Abstract

本发明公开了一种用于海洋油气生产平台的监测系统，包括，应力应变监测终端，用于采集生产平台的应变数据；加速度监测终端，用于采集所述生产平台的连续振动数据；倾角监测终端，用于采集所述生产平台的倾斜度数据；显示控制单元，分别与所述应力应变监测终端、所述加速度监测终端以及所述倾角监测终端无线连接，用于显示所述应变数据、所述连续振动数据以及所述倾斜角数据，并控制所述应力应变监测终端、所述加速度监测终端以及所述倾角监测终端的工作状态。本发明可以精准的对海洋油气生产平台进行应变数据、连续振动数据以及倾斜角数据的实时监测，以确定海洋油气生产平台的寿命数据，进而避免了海洋油气生产平台出现事故的问题。

Description

一种用于海洋油气生产平台的监测系统
技术领域
本发明涉及海洋油气生产平台的监测技术领域，尤其涉及一种用于海洋油气生产平台的监测系统。
背景技术
随着世界经济的迅猛发展，石油天然气的需求量也在急剧猛增，相应的海洋油气生产平台的数量也成倍增加。海洋油气生产平台作为海上油田开发的主要设备，一旦发生事故，不仅会造成重大的经济损失，还会造成人员伤亡。
而为了能保证海洋油气生产平台的正常运行，一般都会对海洋油气生产平台进行结构健康监测。结构健康监测是传统结构动力学问题的逆问题，通过对结构物进行实时无损监测后再评估结构物的损伤，从而保证海洋油气生产平台能在出现问题时及时进行修复。
由此可见，提高海洋油气生产平台结构及设备的可靠性，确保海洋作业安全的问题日益突出，新平台的质量评价、旧平台的残余寿命估计以及在役平台的结构安全保证将成为日益突出的重大问题，海洋油气生产平台结构的健康监测与损伤诊断已成为刻不容缓的重要课题。但目前并没有一种能精准且多方面实时监测海洋油气生产平台的设备或系统，这导致了海洋油气生产平台容易出现事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何提供一种用于海洋油气生产平台的监测系统，以解决现有海洋油气生产平台没有能精准且多方面实时监测的设备或系统，而导致海洋油气生产平台容易出现事故的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于海洋油气生产平台的监测系统，包括，应力应变监测终端，所述应力应变监测终端用于采集生产平台的应变数据；加速度监测终端，所述加速度监测终端用于采集所述生产平台的连续振动数据；倾角监测终端，所述倾角监测终端用于采集所述生产平台的倾斜度数据；显示控制单元，所述显示控制单元分别与所述应力应变监测终端、所述加速度监测终端以及所述倾角监测终端无线连接，用于显示所述应变数据、所述连续振动数据以及所述倾斜角数据，并控制所述应力应变监测终端、所述加速度监测终端以及所述倾角监测终端的工作状态。
更进一步地，所述应力应变监测终端包括多通道应变仪、多个与所述多通道应变仪连接的应变计组件。
更进一步地，所述应变计组件包括用于焊接在监测位置的辅助焊接底板、通过第一紧固螺栓固定于所述辅助焊接底板上的应变计、通过第二紧固螺栓固定于所述辅助焊接底板上的第一水密耐压壳体、设置于所述第一水密耐压壳体与所述辅助焊接底板之间的第一密封圈以及穿设在所述第一水密耐压壳体上的第一水密连接件，所述应变计位于所述第一水密耐压壳体内且与所述第一水密连接件连接；所述应变计组件通过所述第一水密连接件与所述多通道应变仪连接。
更进一步地，所述多通道应变仪的第一防护外壳包括用于安装的安装底板、通过第一安装螺栓固定于所述安装底板上的下盖板、通过第二安装螺栓固定于所述下盖板上的第二水密耐压壳体、设置于所述第二水密耐压壳体与所述下盖板之间的第二密封圈以及穿设于所述第二水密耐压壳体上的第二水密连接件，所述下盖板对应所述第二密封圈的位置设置有环形凹槽，所述第二密封圈设置在所述环形凹槽内；所述多通道应变仪设置在所述第二水密耐压壳体内，所述第二水密连接件分别与所述多通道应变仪和所述第一水密连接件连接。
更进一步地，所述加速度监测终端包括三维加速度传感器、速度采集控制电路以及第二防护外壳，所述三维加速度传感器与所述信号采集控制电路设置在所述第二防护外壳内。
更进一步地，所述第二防护外壳包括承载底板、盖设于所述承载底板上的第三水密耐压壳体以及穿设于所述第三水密耐压壳体上的第三水密连接件，所述三维加速度传感器和所述速度采集控制电路设置于所述第三水密耐压壳体内，所述速度采集控制电路与所述第三水密连接件连接。
更进一步地，所述倾角监测终端包括倾角传感器、倾角采集控制电路以及第三防护外壳，所述倾角传感器和所述倾角采集电路设置在所述第三防护外壳内。
更进一步地，还包括无线数传单元，所述无线数传单元用于实现所述显示控制单元与所述应力应变监测终端、所述加速度监测终端以及所述倾角监测终端之间的信号连接；所述无线数传单元包括无线数据发送器以及无线数据接收器。
更进一步地，所述无线数据发送器包括第三防护外壳、内部支架、收发电路、电池以及穿设于所述第三防护外壳上的天线和第三水密连接件，所述内部支架设置于所述第三防护外壳内，所述收到电路和所述电池均设置在所述内部支架上，所述天线和所述第三水密连接件均与所述收发电路连接；所述无线数据接收器为一个集成路由器的无线AP。
更进一步地，还包括信号综合转换单元，所述显示控制单元通过所述信号综合转换单元分别与所述应力应变监测终端、所述加速度监测终端以及所述倾角监测终端连接，用于将所述应力应变监测终端、所述加速度监测终端以及所述倾角监测终端的监测数据通过网络统一转发给所述显示控制单元，并对所述应力应变监测终端、所述加速度监测终端以及所述倾角监测终端进行参数配置和供电。
本发明的技术效果在于：通过设置用于采集生产平台的应变数据的应力应变监测终端，设置用于采集生产平台的连续振动数据的加速度监测终端，设置用于采集生产平台的倾斜度数据的倾角监测终端，再设置用于显示应变数据、连续振动数据以及倾斜角数据，并控制应力应变监测终端、加速度监测终端以及倾角监测终端的工作状态的显示控制单元，从而可以精准的对海洋油气生产平台进行应变数据、连续振动数据以及倾斜角数据的实时监测，以确定海洋油气生产平台的寿命数据，进而避免了海洋油气生产平台出现事故的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种用于海洋油气生产平台的监测系统的模块示意图。
图2是本发明实施例提供的一种用于海洋油气生产平台的监测系统中应变计组件的内部结构示意图。
图3是本发明实施例提供的一种用于海洋油气生产平台的监测系统中应变计组件的外部结构示意图。
图4是本发明实施例提供的一种用于海洋油气生产平台的监测系统中应变计组件安装于安装位置后的结构示意图。
图5为本发明实施例提供的一种用于海洋油气生产平台的监测系统中多通道应变仪与应变计组件的布局及连接示意图。
图6为本发明实施例提供的一种用于海洋油气生产平台的监测系统中第一防护外壳的正面结构示意图。
图7为本发明实施例提供的一种用于海洋油气生产平台的监测系统中第一防护外壳的底面结构示意图。
图8为本发明实施例提供的一种用于海洋油气生产平台的监测系统中第二防护外壳的结构示意图。
图9为本发明实施例提供的一种用于海洋油气生产平台的监测系统中无线数据发送器与其他终端的连接示意图。
图10为本发明实施例提供的一种用于海洋油气生产平台的监测系统中无线数据发送器的内部结构示意图。
图11为本发明实施例提供的一种用于海洋油气生产平台的监测系统中无线数据发送器的外部结构示意图。
图12为本发明实施例提供的一种用于海洋油气生产平台的监测系统中无线数传单元的布局示意图。
其中，1、应力应变监测终端；11、多通道应变仪；111、安装底板；112、第一安装螺栓；113、下盖板；114、第二紧固螺栓；115、第二水密耐压壳体；116、第二密封圈；117、第二水密连接件；118、磁钢安装螺纹孔；12、应变计组件；121、辅助焊接底板；122、第一紧固螺栓；123、应变计；124、第二紧固螺栓；125、第一水密耐压壳体；126、第一密封圈；127、第一水密连接件；2、加速度监测终端；21、三维加速度传感器；22、速度采集控制电路；23、第二防护外壳；231、承载底板；232、第三水密耐压壳体；233、第三水密连接件；3、倾角监测终端；4、显示控制单元；5、无线数传单元；51、无线数据发送器；511、第三防护外壳；512、内部支架；513、收发电路；514、电池；515、天线；516、第三水密连接件；52、无线数据接收器；6、信号综合转换单元；7、圆柱体；8、信号连接缆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供了一种用于海洋油气生产平台的监测系统，结合附图1至附图12所示，其包括应力应变监测终端1、加速度监测终端2、倾角监测终端3以及显示控制单元4。
其中，应力应变监测终端1用于采集生产平台的应变数据；加速度监测终端2用于采集生产平台的连续振动数据；倾角监测终端3用于采集生产平台的倾斜度数据；显示控制单元4分别与应力应变监测终端1、加速度监测终端2以及倾角监测终端3无线连接，用于显示应变数据、连续振动数据(加速度测量数据)以及倾斜角数据，并控制应力应变监测终端1、加速度监测终端2以及倾角监测终端3的工作状态。
本实施例中，应力应变监测终端1包括多通道应变仪11、多个与多通道应变仪11连接的应变计组件12。
其中，应力应变监测终端1通过对结构的终点位置应力的监测，研究力分析结构的应力分布、连接部位在各种载荷下的相应，从而实现对应力的数据监测。
具体地，应变计组件12包括用于焊接在监测位置的辅助焊接底板121、通过第一紧固螺栓122固定于辅助焊接底板121上的应变计123、通过第二紧固螺栓124114固定于辅助焊接底板121上的第一水密耐压壳体125、设置于第一水密耐压壳体125与辅助焊接底板121之间的第一密封圈126以及穿设在第一水密耐压壳体125上的第一水密连接件127，应变计123位于第一水密耐压壳体125内且与第一水密连接件127连接；应变计组件12通过第一水密连接件127与多通道应变仪11连接。
其中，监测位置为生产平台相应位置上的圆柱体7；应变计123通过两个第一紧固螺栓122固定于辅助焊接底板121上；应变计123与第一水密连接件127通过引线连接；第一水密耐压壳体125通过四个第二紧固螺栓124114固定于辅助焊接底板121上；辅助安装底板111对应第一密封圈126的位置可以设置向内凹陷形成的凹槽，以便于第一密封圈126的设置，且第一水密耐压壳体125将第一密封圈126压紧，以实现更好的密封效果。
具体地，多通道应变仪11的第一防护外壳包括用于安装的安装底板111、通过第一安装螺栓112固定于安装底板111上的下盖板113、通过第二安装螺栓固定于下盖板113上的第二水密耐压壳体115、设置于第二水密耐压壳体115与下盖板113之间的第二密封圈116以及穿设于第二水密耐压壳体115上的第二水密连接件117，下盖板113对应第二密封圈116的位置设置有环形凹槽，第二密封圈116设置在环形凹槽内；多通道应变仪11设置在第二水密耐压壳体115内。
其中，下盖板113以及第二水密耐压壳体115均采用316L不锈钢材料加工而成；一个应力应变监测终端1可支持四个测量通道，当然，根据实际需求，还可以对测量通道的数量进行适应性调整；安装底板111的中部区域还设置有磁钢安装螺纹孔118，以便于进行安装。
第二水密连接件117分别与多通道应变仪11和第一水密连接件127连接，即多通道应变仪11通过第二水密连接件117与应变计组件12上的第一水密连接件127连接；应变计组件12的数量与多通道应变仪11上的通道数量相同，即多通道应变仪11上的第二水密连接件117的数量与应变计组件12的数量相同，当然，为了将数据向外传输，多通道应变仪11上的第二水密连接件117数量必然要增加一个，以通过信号输出缆将信号传输出去。
本实施例中，应力应变监测终端1可以实现对布设位置周边多点位置的应力应变参数的测量，并将测量结果通过与第二水密连接件117以及信号输出缆传输出去。
本实施例中，应力应变监测终端1可以满足量程±1500με、精度优于±5με、采样量化位宽≥16bit、采样速率≥100Hz，并通过相应的水密连接件接收外部的供电。
本实施例中，加速度监测终端2包括三维加速度传感器21、速度采集控制电路22以及第二防护外壳23，三维加速度传感器21与信号采集控制电路设置在第二防护外壳23内。
其中，速度采集控制电路22中的输出信号调理器主要实现信号放大和抗混叠滤波功能，A/D转换器和主控芯片负责信号的采集、处理和交换。
具体地，第二防护外壳23包括承载底板231、盖设于承载底板231上的第三水密耐压壳体232以及穿设于第三水密耐压壳体232上的第三水密连接件516233，三维加速度传感器21和速度采集控制电路22设置于第三水密耐压壳体232内，速度采集控制电路22与第三水密连接件516233连接。
其中，三维加速度传感器21及速度采集控制电路22采集的连续振动数据通过第三水密连接件516233向外传输。
本实施例中，三维加速度传感器21可以满足量程±10g、分辨率≤0.1mg、带宽0～50Hz、动态范围≥100dB、采样量化位宽≥16bit、采样速率≥100Hz；加速度监测终端2通过相应的水密连接件接收外部的供电。
本实施例中，倾角监测终端3包括倾角传感器、倾角采集控制电路以及第三防护外壳511，倾角传感器和倾角采集电路设置在第三防护外壳511内。
其中，第三防护外壳511的结构与第一防护外壳或第二防护外壳23的结构类似相同；倾角监测终端3通过相应的水密耐压壳体进行保护，相应测量数据则通过水密连接件向外传输。
本实施例中，倾角传感器可以满足量程为±30°、精度优于0.05°、最高数据更新率为10Hz；倾角监测终端3通过相应的水密连接件接收外部的供电。
本实施例中，用于海洋油气生产平台的监测系统还包括无线数传单元5，无线数传单元5用于实现显示控制单元4与应力应变监测终端1、加速度监测终端2以及倾角监测终端3之间的信号连接；无线数传单元5包括无线数据发送器51以及无线数据接收器52。
具体地，无线数据发送器51包括第三防护外壳511、内部支架512、收发电路513、电池514以及穿设于第三防护外壳511上的天线515和第三水密连接件516233，内部支架512设置于第三防护外壳511内，收到电路和电池514均设置在内部支架512上，天线515和第三水密连接件516233均与收发电路513连接；无线数据接收器52为一个集成路由器的无线AP。
其中，电池514负责为无线数据发送器51和与其连接的终端供电，收发电路513(信号接收与发送电路)负责接收各终端通过有线方式发来的测量数据，再通过无线的方式转发给无线数据接收器52，以通过无线数据接收模块向外输出。
本实施例中，无线数据接收器52支持802.11ac技术协议，能同时满足至少70个终端的无线高速联网需求，通信速度最高可达300Mbps，在无遮拦的情况下，有效信号覆盖范围超过400米，采用了航空铝合金材料外壳，全气密设计，能够适应长期室外恶劣气候条件。
本实施例中，用于海洋油气生产平台的监测系统还包括信号综合转换单元6，显示控制单元4通过信号综合转换单元6分别与应力应变监测终端1、加速度监测终端2以及倾角监测终端3连接，用于将应力应变监测终端1、加速度监测终端2以及倾角监测终端3的监测数据通过网络统一转发给显示控制单元4，并对应力应变监测终端1、加速度监测终端2以及倾角监测终端3进行参数配置和供电。
其中，信号综合转换单元6是通过无线数传单元5与应力应变监测终端1、加速度监测终端2以及倾角监测终端3实现连接的。
无线数据接收器52接收测量数据后，会将测量数据通过船用网线以有线方式传输给信号综合转换单元6；再通过信号综合转换单元6将测量数据包通过网络统一转发给显示控制单元4。
具体地，信号综合转换单元6内安装有AC-DC模块，以通过有线方式为测量终端供电。
本实施例中，显示控制单元4的硬件主体是一台工业控制计算机，该计算机上运行有显示控制软件，该软件既可以完成对测量数据的显示、工作状态解控，也可以根据需求，定制增设专门的数据分析处理等功能
显示控制单元4还能远程实时接收从各终端获得的分组数据，将数据保存到数据库的系统中；显示单个或多个数据源采集到的数据波形图或折线图；历史数据查询，显示历史数据波形图及导出结果；显示仪器设备基础工作状态；采集、输入以及显示风浪数据；数据的基础分析功能，包括对述应变数据、连续振动数据以及倾斜角数据的越限分析；存储原始数据到数据库及导出数据功能；该系统使用Mysql软件搭建后台数据库，显示控制软件基于C/S或B/S架构设计，部署在工控机上，软件主要有四大模块组成，数据远程实时保存模块、数据显示及历史查询模块、数据基础分析模块、数据导出模块。
本实施例中，用于海洋油气生产平台的监测系统根据实际需求，还可以在海洋油气生产平台上增设需要的其他监测终端；以上需要相互连接的水密连接件之间以及各终端向外传输数据或接受数据时通过信号连接缆8进行有线连接。
本实施例的技术效果在于：通过设置用于采集生产平台的应变数据的应力应变监测终端1，设置用于采集生产平台的连续振动数据的加速度监测终端2，设置用于采集生产平台的倾斜度数据的倾角监测终端3，再设置用于显示应变数据、连续振动数据以及倾斜角数据，并控制应力应变监测终端1、加速度监测终端2以及倾角监测终端3的工作状态的显示控制单元4，从而可以精准的对海洋油气生产平台进行应变数据、连续振动数据以及倾斜角数据的实时监测，以确定海洋油气生产平台的寿命数据，进而避免了海洋油气生产平台出现事故的问题。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种用于海洋油气生产平台的监测系统，其特征在于：包括，
应力应变监测终端，所述应力应变监测终端用于采集生产平台的应变数据；
加速度监测终端，所述加速度监测终端用于采集所述生产平台的连续振动数据；
倾角监测终端，所述倾角监测终端用于采集所述生产平台的倾斜度数据；
显示控制单元，所述显示控制单元分别与所述应力应变监测终端、所述加速度监测终端以及所述倾角监测终端无线连接，用于显示所述应变数据、所述连续振动数据以及所述倾斜角数据，并控制所述应力应变监测终端、所述加速度监测终端以及所述倾角监测终端的工作状态。
2.根据权利要求1所述的用于海洋油气生产平台的监测系统，其特征在于：所述应力应变监测终端包括多通道应变仪、多个与所述多通道应变仪连接的应变计组件。
3.根据权利要求2所述的用于海洋油气生产平台的监测系统，其特征在于：所述应变计组件包括用于焊接在监测位置的辅助焊接底板、通过第一紧固螺栓固定于所述辅助焊接底板上的应变计、通过第二紧固螺栓固定于所述辅助焊接底板上的第一水密耐压壳体、设置于所述第一水密耐压壳体与所述辅助焊接底板之间的第一密封圈以及穿设在所述第一水密耐压壳体上的第一水密连接件，所述应变计位于所述第一水密耐压壳体内且与所述第一水密连接件连接；所述应变计组件通过所述第一水密连接件与所述多通道应变仪连接。
4.根据权利要求2所述的用于海洋油气生产平台的监测系统，其特征在于：所述多通道应变仪的第一防护外壳包括用于安装的安装底板、通过第一安装螺栓固定于所述安装底板上的下盖板、通过第二安装螺栓固定于所述下盖板上的第二水密耐压壳体、设置于所述第二水密耐压壳体与所述下盖板之间的第二密封圈以及穿设于所述第二水密耐压壳体上的第二水密连接件，所述下盖板对应所述第二密封圈的位置设置有环形凹槽，所述第二密封圈设置在所述环形凹槽内；所述多通道应变仪设置在所述第二水密耐压壳体内，所述第二水密连接件分别与所述多通道应变仪和所述第一水密连接件连接。
5.根据权利要求1所述的用于海洋油气生产平台的监测系统，其特征在于：所述加速度监测终端包括三维加速度传感器、速度采集控制电路以及第二防护外壳，所述三维加速度传感器与所述信号采集控制电路设置在所述第二防护外壳内。
6.根据权利要求1所述的用于海洋油气生产平台的监测系统，其特征在于：所述第二防护外壳包括承载底板、盖设于所述承载底板上的第三水密耐压壳体以及穿设于所述第三水密耐压壳体上的第三水密连接件，所述三维加速度传感器和所述速度采集控制电路设置于所述第三水密耐压壳体内，所述速度采集控制电路与所述第三水密连接件连接。
7.根据权利要求1所述的用于海洋油气生产平台的监测系统，其特征在于：所述倾角监测终端包括倾角传感器、倾角采集控制电路以及第三防护外壳，所述倾角传感器和所述倾角采集电路设置在所述第三防护外壳内。
8.根据权利要求1所述的用于海洋油气生产平台的监测系统，其特征在于：还包括无线数传单元，所述无线数传单元用于实现所述显示控制单元与所述应力应变监测终端、所述加速度监测终端以及所述倾角监测终端之间的信号连接；所述无线数传单元包括无线数据发送器以及无线数据接收器。
9.根据权利要求8所述的用于海洋油气生产平台的监测系统，其特征在于：所述无线数据发送器包括第三防护外壳、内部支架、收发电路、电池以及穿设于所述第三防护外壳上的天线和第三水密连接件，所述内部支架设置于所述第三防护外壳内，所述收到电路和所述电池均设置在所述内部支架上，所述天线和所述第三水密连接件均与所述收发电路连接；所述无线数据接收器为一个集成路由器的无线AP。
10.根据权利要求1所述的用于海洋油气生产平台的监测系统，其特征在于：还包括信号综合转换单元，所述显示控制单元通过所述信号综合转换单元分别与所述应力应变监测终端、所述加速度监测终端以及所述倾角监测终端连接，用于将所述应力应变监测终端、所述加速度监测终端以及所述倾角监测终端的监测数据通过网络统一转发给所述显示控制单元，并对所述应力应变监测终端、所述加速度监测终端以及所述倾角监测终端进行参数配置和供电。
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