一种多层次的海底管道光纤传感腐蚀监测管理系统

本发明涉及海底管道腐蚀监测，尤其涉及一种多层次的海底管道光纤传感腐蚀监测管理系统。

背景技术：

1、海底管道的优点是可以连续输送，几乎不受环境条件的影响，不会因海上储油设施容量限制或穿梭油轮的接运不及时而迫使油田减产或停产。故输油效率高，运油能力大。另外海底管道铺设工期短，投产快，管理方便和操作费用低。

2、缺点是：管道处于海底，多数又需要埋设于海底土中一定深度，检查和维修困难，某些处于潮差或波浪破碎带的管段(尤其是立管)，受风浪、潮流、冰凌等影响较大，有时可能被海中漂浮物和船舶撞击或抛锚遭受破坏。

3、为了确保海底管道在设计的寿命期间内能安全运行，管道系统应充分地防止由输送介质和海水引起的内外腐蚀。

4、包括外涂层防腐蚀、以牺牲阳极为基础的阴极保护系统以及对输送具有腐蚀性烃类的管道系统应进行内腐蚀控制。

5、阴极保护

6、作为外涂层的补充和加强，阴极保护能在海底管道系统的设计寿命期间内提供充分的保护，海底管道的阴极保护系统通常以牺牲阳极为基础。

7、牺牲阳极的材料可以是铝或锌的合金。阳极的重量和数量与周围土壤的电阻率、电流密度要求、涂层破坏的标准以及管道设计寿命有关。在设计中要计算阳极的重量、分布间距、每一极块的长度和厚度。在有涂层的海底管道上，两个阳极之间的间距一般不超过150m。阳极的形状有长条形、板状和半环状。

8、阳极在管道上的安装方式应能确保其在管子的装卸和施工期间不受到机械破坏，阳极块的直径应小于加重层的直径，要牢固地固定在管子上。为了确保阳极和管子之间可靠的机械连接以及位置正确，可把两个半环焊在一起。

9、是目前传感技术仍然在如何利用分布式光纤的应变和温度测量技术更精确地确定泄漏位置，如何确定油气管道腐蚀位置的尺寸以及利用普通信号发射接收装置导致远程信息处理滞后的方面存在许多短板，这些问题都亟待解决。

10、因此，提出一种多层次的海底管道光纤传感腐蚀监测管理系统，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种多层次的海底管道光纤传感腐蚀监测管理系统，可以帮助海洋工程人员及时发现管道的问题并采取相应的维护和修复措施，确保海洋管道的安全运行和延长使用寿命。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种多层次的海底管道光纤传感腐蚀监测管理系统，包括依次连接的：感知层、决策层和执行层；

4、感知层用于采集外涂层腐蚀数据、阴极保护系统腐蚀数据以及管道系统内腐蚀数据；

5、决策层用于依据海底管道系统规范对感知层采集的腐蚀数据进行分析，并考虑现场环境制定现场执行策略；

6、执行层用于决策层制定的执行策略对海底管道进行维护。

7、上述的系统，可选的，感知层中包括外腐蚀监测模块、内腐蚀监测模块、管内流量监测模块以及数据传输模块；

8、其中，外腐蚀监测模块通过电场梯度测量法对海底管道外涂层以及阴极保护系统进行监测，获得外涂层腐蚀数据和阴极保护系统腐蚀数据；

9、内腐蚀监测模块通过在管道外壁上布置分布式光纤应变传感器、光纤加速度传感器以及光纤温度传感器获取海底管道内腐蚀数据；

10、管内流量监测模块用于获取管内流量的物性数据；

11、数据传输模块用于将外腐蚀监测模块、内腐蚀监测模块以及管内流量监测模块采集到的数据传输到决策层。

12、上述的系统，可选的，外腐蚀监测模块具体内容如下：

13、获取海底管道周围的环境电场分布，依据微分欧姆定律得到管道外防腐涂层破损点附近介质中的电场梯度与电流密度和介质电阻率的关系，如下式：

14、de/dl＝ρ×i＝i/l

15、式中：de/dl—管道垂直方向上电位梯度，mv/m；ρ—介质电阻率，ω·m；l—介质电导率，s/m；i—流经监测点处的电流密度，ma/m2；

16、电流与距离防腐层破损点之间的距离成反比，与电位梯度成正比。

17、上述的系统，可选的，获取海底管道周围的环境电场分布具体内容如下：

18、利用远程参比电极及ctc电极系统可同时测量管道沿线的阴极保护电位及电场梯度，利用rov的水下一次性检测获取多组数据，同时利用电位分布数据及电场梯度数据的对比与验证。

19、上述的系统，可选的，内腐蚀监测模块具体内容包括：

20、在管道外壁上布置基于ofdr的分布式光纤应变传感器、分布式光纤加速度传感器以及分布式光纤温度传感器，并以相同倾斜角度平行缠绕管道外壁，分布式光纤应变传感器用于获取管道内壁腐蚀情况，分布式光纤加速度传感器对管道振动情况的监测，评估管道的疲劳状况；利用温度光纤传感器实时监测管道周围的温度变化情况，判断管道是否发生泄漏，以及泄漏的位置。

21、上述的系统，可选的，管内流量监测模块具体内容包括：

22、通过监测管道内部流体的流量数据，分析管道的运行参数，包括流速、流量、压力，监测管道内部的流量变化，实时监测发现管道泄漏的情况，定位泄漏点，记录并存储管道内流体的流量数据。

23、上述的系统，可选的，决策层具体内容包括：

24、数据传输模块将感知层数据传递到决策层，决策层基于感知层数据进行分析，通过比对数据库历史数据，判断泄漏原因，同时计算泄漏位置，输出海底管道泄漏详情报告，并发送给最近的维护站。

25、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明一种多层次的海底管道光纤传感腐蚀监测管理系统，具有以下有益效果：

26、1)本发明公开的多层次的海底管道光纤传感腐蚀监测管理系统具有更全面的监测能力和智能化的决策能力；通过集成外腐蚀监测模块、内腐蚀监测模块和管内流量监测模块，系统可以全方位地监测管道的腐蚀情况和泄漏情况，提高了系统的可靠性和安全性；同时，在决策层利用历史数据进行分析，可以更准确地判断泄漏原因和位置，及时采取维护措施，降低了管道泄漏对环境和生产造成的损失；

27、2)系统中采用了先进的分布式光纤传感技术，可以实时监测管道的应变、振动和温度情况，提高了对管道状态的监测精度和准确性；管内流量监测模块的引入，也可以更快地发现管道泄漏情况，减少了泄漏造成的损失；整体而言，该系统不仅提升了海底管道监测的水平，也提高了管道运行的安全性和可靠性。

技术特征：

1.一种多层次的海底管道光纤传感腐蚀监测管理系统，其特征在于，包括依次连接的：感知层、决策层和执行层；

2.根据权利要求1所述的一种多层次的海底管道光纤传感腐蚀监测管理系统，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的一种多层次的海底管道光纤传感腐蚀监测管理系统，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的一种多层次的海底管道光纤传感腐蚀监测管理系统，其特征在于，

5.根据权利要求2所述的一种多层次的海底管道光纤传感腐蚀监测管理系统，其特征在于，

6.根据权利要求2所述的一种多层次的海底管道光纤传感腐蚀监测管理系统，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的一种多层次的海底管道光纤传感腐蚀监测管理系统，其特征在于，

技术总结本发明公开了一种多层次的海底管道光纤传感腐蚀监测管理系统，涉及海底管道腐蚀监测技术领域。包括依次连接的：感知层、决策层和执行层；感知层用于采集外涂层腐蚀数据、阴极保护系统腐蚀数据以及管道系统内腐蚀数据；决策层用于依据海底管道系统规范对感知层采集的腐蚀数据进行分析，并考虑现场环境制定现场执行策略；执行层基于决策层制定的执行策略对海底管道进行维护。本发明可以帮助海洋工程人员及时发现管道的问题并采取相应的维护和修复措施，确保海洋管道的安全运行和延长使用寿命。技术研发人员：王恒凯,王庆林,胡校苹,赵性川,吕美英,郝雪卉,李岩,桑丹丹受保护的技术使用者：聊城大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17