海底管道分布式光纖傳感技術的基礎研究.pdf

1、海底管道安全一直是人們關注的焦點問題,目前海底管道檢測方法由于無法實現(xiàn)對海底管道安全實時監(jiān)測,給海底管道安全運行埋下了隱患,因此需要開發(fā)新的檢測方法和檢測技術.近年來,分布式光纖傳感技術由于具有諸多優(yōu)點,在結(jié)構健康監(jiān)測中得到越來越廣泛的應用.為了將分布式光纖傳感技術應用于海底管道健康監(jiān)測中,浙江大學與中國海洋石油總公司聯(lián)合申請了國家"863"子課題"長距離海底管道分布式光纖傳感技術",擬通過建立海底管道串聯(lián)分布式光纖傳感系統(tǒng)來實現(xiàn)對長距

2、離海底管道安全實時監(jiān)測.本文就是基于該課題進行一些基礎研究工作,主要包括海底管道事故原因分析,長距離海底管道分布式光纖傳感系統(tǒng)研制,分布式光纖傳感器樣機標定試驗,光纖傳感系統(tǒng)施工方法研究,腐蝕管道剩余強度評估,懸跨管道渦激疲勞評估、具有焊縫裂紋缺陷管道疲勞斷裂評估,這些評估可以為海底管道分布式光纖傳感系統(tǒng)中管道安全評估標準的建立提供參考.本文的主要研究成果有:(1)總結(jié)了海底管道事故原因和當前海底管道安全檢測方法不足以及分布式光纖傳感技

3、術在海底管道應用中面臨的問題.(2)提出利用串聯(lián)分布式光纖傳感技術解決長距離海底管道安全監(jiān)測問題,介紹了串聯(lián)分布式光纖傳感系統(tǒng)的工作原理和組成,進行了分布式光纖傳感器樣機標定試驗.(3)利用有限元方法對腐蝕管道剩余強度進行了研究,給出了DNV RP101推薦作法和ASME B31G標準評估結(jié)果保守程度,并基于這兩種評估標準對腐蝕管道剩余強度可靠度進行了研究.(4)解釋了海底管道沖刷懸跨和渦激振動產(chǎn)生機理,推導出彈性邊界條件下懸跨管道自振

4、頻率以及橫流向渦激振動下管道應力、疲勞計算公式,研究了懸跨長度、軸力等對管道自振頻率和疲勞壽命評估結(jié)果影響.(5)利用失效評估圖對含焊縫裂紋缺陷海底管道疲勞斷裂進行了研究,提出了基于概率的PECA評估方法.(6)對海底管道光纖監(jiān)測系統(tǒng)的施工方法進行了初步研究.針對帶混凝土配重層的單層管海底管道提出了氣吹法、混凝土配重層開槽法、預留孔道法三種施工方案,針對雙層管海底管道提出了涂壓法和鋼管外壁開槽法兩種施工方案,給出了各種方案施工流程圖,并