[发明专利]一种具有抑振功能的海管分布式结构安全监测装置及其监测方法

说明书

一种具有抑振功能的海管分布式结构安全监测装置及其监测方法，属于海洋工程和结构健康监测领域。其装置包括分布式传感单元以及传感单元间的连接保护装置两部分组成。分布式光纤应变传感器和温度补偿传感器预埋在具有齿形截面的螺旋状传感器封装保护层中，构成具有抑振功能的分布式传感单元。在海管施工过程中将分布式传感单元布设在海管外壁，并通过连接保护装置使相邻管段的传感单元连通。通过对服役中海管应变的分布式监测，实现海管结构安全性的实时评价。该监测装置及其监测方法提供了一种具有齿形截面的螺旋状分布式传感单元及其连接保护装置，使其适应海管现场施工和传感器长期服役的要求，同时还可为海管提供扰流抑振的功能。

技术领域

本发明涉及一种具有抑振功能的海管分布式结构安全监测装置及其监测方法，属于海洋工程和结构健康监测领域。

背景技术

海管（包括立管）是海上油田油气集输的主要方式。随着我国海洋油气资源开发活动的迅速发展，海管的铺设里程日益增加。与陆地管线相比，海管的服役条件更加恶劣，不但时刻受到波浪、海流等动力因素的作用，而且长期遭受腐蚀、疲劳等退化效应的影响，在全寿命服役周期内结构退化现象明显，损伤泄漏事件时有发生。一旦海管发生泄漏，除了会造成巨大的直接经济损失以外，所引发的环境污染和生态灾难更是无法挽回。因此，在线监测海管的结构状态，实时评估其服役安全性，便成为海洋油气资源开发中亟需解决的关键问题之一。

海管工作于复杂的水下环境，常规的检测评价难以实施。目前，海管的结构状态评价主要依赖两类技术，一类是以智能猪（PIG）为代表的管内检测技术，另外一类是以侧扫声纳和潜水员探查为代表的管外检测技术。管内检测技术存在数据解释困难、检测成本高和检测精度低的问题，而管外检测技术通常无法适应深水和超深水的要求，并且难以检测隐蔽部位的结构局部损伤。更为严重的是，这两类技术均无法满足在线实时监测的要求，难以捕捉通常具有突发性特点的管道泄漏事件。

基于背向散射原理（布里渊、拉曼或瑞利）的光纤传感技术，能以真正的分布式的方式对结构变形或外界温度扰动实施测量，在大型结构安全监测中逐渐得到应用。尤其是，分布式光纤传感技术所具有的长距离、大范围监测的特点，使其成为管线结构安全监测的理想技术之一。在海管应用中，目前国内外主要采用分布式光纤测温技术进行管线结构状态的监测。这类技术的基本原理是，管中高温原油的泄出将导致漏点附近海水或海床的温度发生变化，因此通过在管线沿途布设分布式测温光缆，即可监测管线泄漏事故的发生。分布式测温技术尽管可以解决管线泄漏的监测问题，但是也存在无法监测管线结构状态退化的局限性，而且管线一旦泄漏，则事故已经发生。为了满足退化监测与安全预警的要求，更为直接的方式是对管线的应变进行分布式监测，根据应变信息实时评价结构状态。但是众所周知，光纤非常脆弱，容易在施工和服役过程中受到损坏，因此需要对光纤传感器进行特殊的封装，使其适应严酷的现场环境。针对分布式光纤传感器，另外一个挑战性的问题是，分布式应变监测要求传感器在传感路径上的每一点与结构相连，这在海上施工中是难以做到的，成为分布式应变监测技术在海管应用中的“瓶颈”。

发明内容

本发明旨在提供一种具有抑振功能的海管分布式结构安全监测装置及其监测方法，通过将分布式光纤传感器预埋于一种特殊设计的封装保护层中，实现分布式光纤传感器的现场快速安装，解决分布式光纤传感器长期服役的耐久性和可靠性问题，同时该监测装置也可为海管提供抑振功能。