主動加熱測溫分布式海底管道懸空監(jiān)測與評定.pdf

1、碩士學位論文主動加熱測溫分布式海底管道主動加熱測溫分布式海底管道懸空監(jiān)測懸空監(jiān)測與評定與評定SpanMonitingEvaluationofDistributedSubmarinePipelinesBasedonActivethermometry作者姓名：張鑫旺學科、專業(yè)：結構工程學號：21406063指導教師：趙雪峰教授完成日期：2017年05月01日大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士

2、學位論文I摘要海上石油和天然氣資源主要通過海底管道運輸。然而，管道在洋流、風暴等復雜的海底環(huán)境的影響下容易發(fā)生沖刷懸空破壞。管道破壞不僅會帶來極大的經(jīng)濟損失，而且也會對海洋環(huán)境造成嚴重污染。目前的海管沖刷監(jiān)測、檢測技術，由于受到布設難度大、局部測量等瓶頸的制約，難以滿足對長距離海底管道線性結構的分布式監(jiān)測需求，為了克服上述瓶頸，解決這一難題，本課題組提出一種基于主動加熱測溫的海底管道沖刷懸空監(jiān)測技術，從海底管道沖刷前后外部介質的熱傳導性

3、能差異探測這一嶄新角度實現(xiàn)沖刷長度監(jiān)測。為驗證該理論的可行性，課題組前期做了大量的試驗研究。研究人員分別設計了基于FBG光纖傳感器、DS18B20數(shù)字溫度傳感器和分布式布里淵光纖傳感器的實驗裝置，并對管道的沖刷懸空進行了監(jiān)測試驗，結果均表明該主動加熱測溫技術在海底管道的沖刷懸空監(jiān)測中具有良好的適用性和可行性。雖然前期的可行性研究取得了良好進展，為克服海底管道的沖刷懸空監(jiān)測難題提供了嶄新的思路，但仍面臨需要進一步解決和優(yōu)化的問題。首先，前

4、期設計的傳感器結構復雜，封裝簡單，難以應對動蕩的海底環(huán)境，也意味著不能應用于工程實際；其次，布里淵光纖傳感技術的數(shù)據(jù)采集設備（BOTDA）價格昂貴，經(jīng)濟效果差。鑒于此，本文提出一種基于低成本拉曼傳感技術的新型分布式監(jiān)測方法，并首次引入普通鎧裝光纜，應用光纜內(nèi)部的金屬線作為主動加熱單元，光纖作為溫度傳感單元，大大提高了傳感器的整體性能。此外，鎧裝光纜封裝牢固，應用廣泛，安裝便捷，為現(xiàn)場布設提供了極大地便利性。本文在此基礎上開展了一系列的研

5、究工作。首先對不同介質（泥沙和水）的傳熱模式及拉曼測溫原理進行了理論分析；然后分別建立了線熱源和同軸光纜的有限元模型，模擬加熱和冷卻過程中的溫度變化。理論分析、數(shù)值模擬均證實了主動加熱測溫技術在海底管道沖刷懸空監(jiān)測中的可行性。最后，在實驗室進行了基于拉曼測溫原理和鎧裝光纜的試驗研究，利用前期提出的“三指標法”對數(shù)據(jù)進行分析。結果顯示，拉曼測溫技術和鎧裝光纜能準確的區(qū)分泥沙和水介質，并能識別介質分界面的位置，從而實現(xiàn)對海底管道沖刷懸空的監(jiān)