海洋平台上部组块重量的实时监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种海洋平台上部组块重量的实时监测系统，包括压电式加速度传感器、光栅光纤应变传感器、数采模块、光纤解调仪、工控机、上位机、船用电缆和光缆，由压电式加速度传感器和光栅光纤应变传感器采集上部组块甲板运动加速度信号和导管架帽垂向应变信号，通过船用光缆将加速度信号和应变信号传输汇总至工控机，经数据处理与融合后上传至上位机，在上位机进行上部组块重量计算与可视化显示；在上部组块甲板与主立柱相交位置布置多个两向压电式加速度传感器，形成加速度传感网络，用于对海洋平台在水平面内的振动响应进行有效测量；在海洋平台的各桩腿导管架帽位置安装两组应变传感器网络。

【技术实现步骤摘要】
海洋平台上部组块重量的实时监测系统
本专利技术涉及一种在役固定式海洋平台上部组块重量的实时监测系统，包括加速度实时监测系统和应变实时监测系统，能够简便、实时、高精度、可靠的测量上部组块重量。
技术介绍
随着我国经济、社会的高速发展，对能源的需求量与日俱增。与开发成本高昂的各类新能源相比，传统化石能源仍然在目前的能源市场上占主要地位。我国领海区域蕴藏着丰富的油气资源，是我国油气勘探开发的重要发展方向。以导管架平台为代表的固定式平台，是我国近海油气开发的主要工程设施。经过长期发展，技术已十分成熟，我国自主设计建造的导管架平台已可大量应用于南海200m以上水深海域。随着导管架平台规模日益增大，上部组块安装的设备数量和复杂度随之增加，平台人员数量和相应物资也有显著变化。同时，伴随着导管架平台漫长的服役期，上部组块设备需要随油气田开发阶段的不同而改造、更换、增减，组块结构也需要根据设备情况的不同而进行必要的优化改造。平台生产作业模式的复杂性也会导致物资和人员的不断调整。这些因素都造成平台上部组块重量处于动态变化之中。上部组块重量是工程设计人员和平台现场工作人员十分关心的重要参数，对海洋平台的安全性有明显影响，特别是对桩腿沉降影响显著。然而，在目前的工程实际中，各固定式平台的上部组块重量是较为模糊的。通常上部组块在建造完成后，会在陆上建造场地进行称重，随后即运输至工程场址海域安装在导管架结构上。在这一过程中，平台上部组块重量只能通过称重时的空载重量与后期安装设备重量叠加获得。在平台正式服役过程中，会对平台装卸物资的重量进行估计和记录，可以对上部组块重量进行一定的修正。然而，这些估计和修正大多依靠现场工作人员的经验获得，具体重量并不准确，经过长期误差积累使得上部组块的真实重量难以获知。并且，平台作业过程中消耗材料的重量，以及维护改造结构时发生的重量变化等情况，均难以在上部组块重量变化中予以考虑。服役状态下固定式海洋平台上部组块重量的模糊性，使得对平台进行结构和设备改造设计时缺少明确依据，需要花费大量的人力物力进行检验和论证。同时，作业状态下平台难以测量上部组块的重量。基于上述情况，需要研发一套可靠、有效的海洋平台上部组块重量实时监测系统，能够实时确定上部组块的重量及其变化情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述
技术介绍
中的不足，提供一套海洋平台上部组块重量实时监测系统，通过对平台加速度和应变响应信号的监测，简便、实时、高精度、可靠的评估上部组块重量。技术方案如下：一种海洋平台上部组块重量的实时监测系统，包括压电式加速度传感器、光栅光纤应变传感器、数采模块、光纤解调仪、工控机、上位机、船用电缆和光缆，由压电式加速度传感器和光栅光纤应变传感器采集上部组块甲板运动加速度信号和导管架帽垂向应变信号，通过船用光缆将加速度信号和应变信号传输汇总至工控机，经数据处理与融合后上传至上位机，在上位机进行上部组块重量计算与可视化显示。在上部组块甲板与主立柱相交位置布置多个两向压电式加速度传感器，形成加速度传感网络，用于对海洋平台在水平面内的振动响应进行有效测量；在海洋平台的各桩腿导管架帽位置安装两组应变传感器网络，对于一个桩腿，第一组应变传感器网络的各个光栅光纤应变传感器在桩腿上沿垂向安装，安装时光栅光纤应变传感器间隔90°布置，综合各个光栅光纤应变传感器的垂向应变值计算桩腿轴向载荷和弯矩；第二组应变传感器网络的每个光栅光纤应变传感器布置在第一组应变传感器网络的相邻两个光栅光纤应变传感器之间，两组应变传感器网络使用不同的船用光缆连接，独立采集数据。优选地，工控机具有时间同步模块，实时对数采模块和光纤解调仪的硬件时间进行同步调试，由数采模块上传至工控机的加速度监测数据会带有数采模块的时间戳，由光纤解调仪上传至工控机的应变监测数据也会带有光纤解调仪的时间戳，工控机上的时间同步模块实时向数采模块和光纤解调仪同步发送指令，调取两者的实时机器时间，工控机对两个机器时间进行比对，得到补偿系数输入响应测试数据的时间序列中，以保障加速度监测数据和应变监测数据的同步性。附图说明图1是本专利技术海洋平台上部组块重量实时监测系统框架图；图2是本专利技术加速度传感器和应变传感器安装位置示意图；图3是本专利技术桩腿应变传感器布置方式示意图。图中标号说明：1-上部组块甲板；2-导管架帽；3-压电式加速度传感器；4-光栅光纤应变传感器；5-数采模块；6-光纤解调仪；7-工控机；8-上位机；9-平台上部组块；10-导管架结构；11～14-测试用光栅光纤应变传感器；15～18-备用光栅光纤应变传感器。具体实施方式下面结合附图，以一工程实例对本专利技术进行详细说明。本专利技术海洋平台上部组块重量实时监测系统由加速度实时监测系统和应变实时监测系统组成，具体包括压电式加速度传感器3、光栅光纤应变传感器4、数采模块5、光纤解调仪6、工控机7、上位机8、三防盒、船用电缆和光缆等，如图1和2所示。海洋平台上部组块重量实时监测系统同时测试平台结构的上部组块甲板1运动加速度响应和导管架帽2垂向应变信号，通过船用电缆或光缆将加速度信号和应变信号传输汇总至工控机7，经数据处理与融合后上传至上位机8，在上位机8进行上部组块重量计算与可视化显示。加速度实时监测系统主要由加速度传感器3、数采模块5、工控机7和船用电缆等组成。在由平台运动加速度响应和应变响应评估上部组块重量的计算方法中，需要使用上部组块整体加速度响应，即结构重心处加速度值。平台上部组块的重心位置很难准确确定，在该位置布置加速度测点也常无法实现。本专利技术基于结构力学原理，确定平台上部组块甲板1与立柱的交点是振动传递的关键节点，在该位置布置加速度传感网络，从而推算上部组块重心处的加速度响应。即在上部组块甲板1与主立柱相交位置布置加速度传感器3，形成加速度传感网络。综合各加速度传感器3采集数据取均值，可以得到平台上部组块重心处加速度响应。加速度传感器选用具有良好低频特性的两向压电式传感器，从而准确捕捉平台结构的低频振动信号，并充分利用压电式传感器性能可靠，适于长期连续监测的优点。加速度传感器3的两个测量方向分别沿平台的X、Y向布置，对平台在水平面内的振动响应进行有效测量。平台甲板环境复杂，海上潮湿空气腐蚀作用明显，甲板喷砂作业和人员走动等可能碰撞传感器，因此需将加速度传感器安装在三防盒中，避免水蒸气、固体小颗粒和意外冲击对传感器的影响。同时，为有效监测上部组块结构的振动加速度，三防盒直接焊接固定在甲板上。各加速度传感器3通过船用电缆供电，并将测试电压信号通过船用电缆输出。船用电缆采用铜芯双屏蔽，具有足够的强度和抗干扰性，以适应甲板恶劣的环境条件。为便于现场工作人员实时查看上部组块重量情况，各加速度传感器电缆走线汇总在平台中控室内，分别接入各数采模块5，加速度电压信号的采样、放大、初级滤波、AD转换等均在数采模块5中完成。加速度信号的采样频率适中，既保证完整采集平台运动加速度，又避免高频信号的干扰。对于常规固定式平台，可设置为50-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋平台上部组块重量的实时监测系统，包括压电式加速度传感器、光栅光纤应变传感器、数采模块、光纤解调仪、工控机、上位机、船用电缆和光缆，由压电式加速度传感器和光栅光纤应变传感器采集上部组块甲板运动加速度信号和导管架帽垂向应变信号，通过船用光缆将加速度信号和应变信号传输汇总至工控机，经数据处理与融合后上传至上位机，在上位机进行上部组块重量计算与可视化显示。/n在上部组块甲板与主立柱相交位置布置多个两向压电式加速度传感器，形成加速度传感网络，用于对海洋平台在水平面内的振动响应进行有效测量；/n在海洋平台的各桩腿导管架帽位置安装两组应变传感器网络，对于一个桩腿，第一组应变传感器网络的各个光栅光纤应变传感器在桩腿上沿垂向安装，安装时光栅光纤应变传感器间隔90°布置，综合各个光栅光纤应变传感器的垂向应变值计算桩腿轴向载荷和弯矩；第二组应变传感器网络的每个光栅光纤应变传感器布置在第一组应变传感器网络的相邻两个光栅光纤应变传感器之间，两组应变传感器网络使用不同的船用光缆连接，独立采集数据。/n

【技术特征摘要】
1.一种海洋平台上部组块重量的实时监测系统，包括压电式加速度传感器、光栅光纤应变传感器、数采模块、光纤解调仪、工控机、上位机、船用电缆和光缆，由压电式加速度传感器和光栅光纤应变传感器采集上部组块甲板运动加速度信号和导管架帽垂向应变信号，通过船用光缆将加速度信号和应变信号传输汇总至工控机，经数据处理与融合后上传至上位机，在上位机进行上部组块重量计算与可视化显示。
在上部组块甲板与主立柱相交位置布置多个两向压电式加速度传感器，形成加速度传感网络，用于对海洋平台在水平面内的振动响应进行有效测量；
在海洋平台的各桩腿导管架帽位置安装两组应变传感器网络，对于一个桩腿，第一组应变传感器网络的各个光栅光纤应变传感器在桩腿上沿垂向安装，安装时光栅光纤应变传感器间隔90°布置，综合各个光...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑军，田育丰，黄焱，关湃，陈军，石保忠，张宝华，赵春华，尚洁，庞洪林，
申请(专利权)人：中海石油中国有限公司天津分公司，天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12