海洋工程
走向深蓝丨BDI结构监测系统在导管架平台监测中的应用
发布时间:2019-03-01
 
 
 
 

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作为海上石油资源开发的大型基础设施,海洋平台是海上生产作业和生活的基地。近年来,我国有许多海洋平台逐渐趋于老龄化,针对海洋平台的安全评估被越来越多的石油企业企业和海洋工程设计部门所重视,其中海洋导管架平台的结构监测分析是安全评估的重要组成部分。

导管架平台是海洋石油平台的一种,一般作为浅海地区生产、采油平台,对于浅海地区确定具有较大储量的地区也可作为钻井平台。由上部结构(即平台甲板)和基础结构组成。上部结构一般由上下层平台甲板和层间桁架或立柱构成,基础结构(即下部结构)包括导管架和桩,桩支承全部荷载并固定平台位置。导管架平台承受包括风、波浪、潮汐、海流、地震等复杂的环境的日常冲击。
 


导管架平台


南海现有大量处于后服役期以及超期服役的导管架平台,为了保障这些平台的安全,需要对导管架实施应力/振动监测,采集在操作条件和极端环境条件时的应变和振动数据,再借助于实测数据和理论计算,对现役平台结构评估,为导管架平台全生命周期结构完整性管理提供技术依据。

 

 
 
 

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导管架平台振动应力监测模拟试验


地点:东北石油大学机械学院试验室

模型:1:50的导管架平台模型

监测系统:BDI STS4

监测数据:应力和振动

该导管架平台模型具有水平双向模拟风、浪、海流等加载装置,以及垂直方向加载装置。该试验结合实验室数据对比,来预测平台寿命以及实现在极端环境下的平台安全性评估。
 

 

 
 
 

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BDI STS4监测系统主要有传感器、节点模块、数据采集仪等硬件组成,配有数据采集软件,远程设置监控软件和数据文件提取等软件,为一整套“交钥匙”监测解决方案。数据传输方式分为无线方式和有线方式。

无线方式


无线方式中,传感器与节点模块有线连接,借助于基站,节点模块与采集仪通过网络协议802.11b/g/n无线通讯,而采集仪可以通过互联网,或手机GPRS,或卫星电话等通讯方式将数据传输到远程终端。
 

有线方式

有线方式中,传感器,节点,和采集仪均采用有线方式连接,采集仪与终端数据传输与无线方式相同。

传感器
 

STS4监测系统配置:
●  5个应变传感器
●  3个加速度传感器

BDI应变传感器是专为恶劣环境结构测试而设计。这些高精、坚固,并且全面防水的传感器特别适合海上应变、应力测试使用
 


5个应变传感器均布置在平台的一个导管架上,其中上部,下部的同一位置上按两个方向各布置一个传感器,导管架中间位置布置一个传感器。


3个单轴加速度计传感器有2个布置在上层平台的2个方向上,用于拾取水平方向的振动数据,另外一个布置在平台模型的立面的结构节点附近。
 


节点模块

BDI节点模块采用模块化设计,有4通道和16通道两种,支持无线和有线两种方式通讯,适合各种应用环境。
 


实验室这套采用了TE4系列的四通道节点模块2个。该模块有四个模拟通道和一个数字通道。模拟通道用于连接单端或差分式传感器,如应变传感器等;而数字通道可以连接数字相机,风速计,水位计等数字式传感器。为了演示方便,现场直接将其固定在导管架平台模型上。
 


采集仪

BDI STS4监测系统采集仪通过连接一个无线路由器,与办公室内部的终端电脑无线通讯。
 


STS4 采集仪内置256 G固态硬盘,当数据存储满后,新来的数据会自动刷新旧数据,循环存储。采集仪也留有USB接口,可以连接外置硬盘扩展存储空间,由此提供一个可选方案,即采用人工定期更换硬盘,以节约数据传输成本。采集仪通过继电器控制节点模块电源,在紧急情况下断电,以便保护节点模块和传感器。
 


终端电脑

终端电脑经无线网络设置后,通过无线路由器访问采集仪STS4。终端电脑安装有两套BDI软件STS_NET 和STS_Sync。前者用来设置采集参数和浏览实测数据,后者用于提取数据文件到本地。

 

 
 
 

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数据采集方法与数据文件回传


导管架平台监测主要是采集平台在极端恶劣条件下的应力和振动动态数据。因此,我们设置采集方法为“事件触发”,即以水平方向的两个加速度计测得的振幅绝对值超出设定的阈值为触发条件。两个加速度计中任何一个达到触发条件,启动数据记录。记录的数据文件还可以设定触发条件前若干秒和触发后若干秒,形成一条完整的事件数据文件。

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