CN106225916A - 固定式海洋平台安全可靠性的定量、在线的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种固定式海洋平台安全可靠性、危险点定位的定量监测方法。在海洋平台工作甲板外沿的水平面上，在正东、正南、正西、正北、东南、南西、西北、北东八个方向上，分别建立等角度分布的测量点，在同一测量点的垂直方向、正北水平方向、正东水平方向上同时安装低频加速度传感器和速度传感器，分别测量固定式海洋平台工作甲板在这8个测量点上的垂直方向、正北水平方向和正东水平方向上的振动加速度和速度；以相同的采样时间间隔同步采集各传感器信号，并分别对各个测量点的相应方向上的加速度和速度进行相位差计算，以最大相位差值作为该测量点安全状况的量化值。本发明实现对固定式海洋平台健康安全状况的24小时定量跟踪。

Description

固定式海洋平台安全可靠性的定量、在线的检测方法
技术领域
本发明属于固定式海洋平台安全可靠性监测方法研究领域，涉及一种固定式海洋平台安全可靠性在线、定量的检测方法。
背景技术
我国继大庆油田、***等一系列陆上大型油田建成的同时,渤海、东海、南海等海上油田也相应开采。因陆上油田经数十年的开采,它们的油气产量不断下降,此外，随着我国近年来于能源的需求利益增加,因此对于海上油气田的开发就越来越重要。目前,我国的海洋石油开发平台主要结构形式为固定式海洋平台。固定式海洋平台适用于水深几米至几百米的水域。在海洋环境随机载荷的作用下,固定式海洋平台经常会产生疲劳损伤而产生疲劳破坏,这对平台工作甲板上的工作人员生命及财产安全造成极大的威胁。在我国及世界范围内有不少固定式海洋平台由于各种疲劳损伤导致海洋平台垮塌事故发生的报道。
在固定式海洋平台安全状况监测领域，目前还没有一种利用固定式海洋平台的工作平台随机微振动进行分析、监测的有效方法。实际上，从固定式海洋平台安全的性态发展、防患固定式海洋平台事故于未然的角度，则要更多地重视固定式海洋平台随机微振动的测量和分析。固定式海洋平台的垮塌是有一个过程的，这个过程的发生与发展是一个从量变到质变的过程，在这个过程中对固定式海洋平台工作甲板平台微振动测量分析就能够及时地尽早发现问题，并即时采取措施制定维修方案，通过对固定式海洋平台的修复和应力的调整来避免垮塌危险事故的发生。
发明内容
为了克服现有固定式海洋平台安全监测技术中的不足，本发明提供了一种以实时、动态的方式，实现对固定式海洋平台安全状况的24小时的定量跟踪的检测方法。本发明的技术方案如下：
一种固定式海洋平台安全可靠性在线、定量的检测方法，其包括以下步骤：步骤S1：工作甲板的外沿水平面上，在正东、正南、正西、正北、东南、南西、西北、北东八个方向上，建立等角度分布的测量点，分别布置测量装置；步骤S2：在同一测量点的垂直方向、正北水平方向、正东水平方向上安装低频加速度传感器和速度传感器，实现对固定式海洋平台工作甲板在8个测量点上的垂直方向上和各水平方向的振动加速度和速度进行动态测量；其中将测量点的垂直方向记为Z方向，正北水平方向记为N方向，正东水平方向记为E方向；以测量点为原点建立直角坐标系，其中Z方向为Z轴、N方向为X轴，E方向为Y轴；步骤S3：以相同的采样时间间隔，同步采集工作甲板的八个测量点上(X、Y、Z)的振动加速度和振动速度信号；并对获取地8个测量点的X、Y、Z轴上工作甲板的振动加速度和振动速度信号分别进行相位差计算，得出该测量点在X、Y、Z轴上的振动加速度对振动速度的相位差值；多次重复测量计算得到的平均相位差值，即作为固定式海洋平台在该测量点和该方向上的健康安全状况定量值；步骤S4：通过对固定式海洋平台的定期检测，记录并跟踪计算这个测量点相位差值的变化，当相位差值达到临界值时，就对应着固定式海洋平台的安全状况发生了危险变化并预警；步骤S5：通过对各测量点的相位差值进行相对定量比较，从而确定固定式海洋平台的危险点及危险方向。
在本发明一实施例中，所述低频加速度传感器和速度传感器与固定式海洋平台工作甲板刚性连接。
在本发明一实施例中，所述采样时间间隔为10ms。
进一步的，所述相位差值计算包括以下步骤：以一个同步时钟以及同一个触发信号来控制多个信号采集器，实现多信号的完全同步的采集，保证振动加速度对振动速度的相位差值计算精度；在同步采集数据的基础上，对采集数据进行离散快速傅立叶变换，获得信号的相频特性，由此计算得到振动加速度对振动速度的相位差值，具体为：设振动加速度an表示为振动速度表示vn为其中T为振动加速度和振动速度信号的周期，Am，Vm分别为振动加速度和振动速度的各傅立叶变换幅值，分别为振动加速度和振动速度相位，Ts为采样间隔；对an和vn进行离散快速傅立叶变换后，an和vn的离散频谱特性中的第p根谱线分别为则an和vn对应的相位差为其中NTs＝pT，p为自然数；取前5根谱线(p＝1，2，3，4，5)相位差绝对值之和，作为振动加速度对振动速度的相位差值。
本发明使用低频加速度传感器和速度传感器来实时检测固定式海洋平台工作甲板的各个方向上的振动加速度和振动速度，并计算得出各测量点各方向振动加速度对振动速度的相位差值，记录并跟踪这个相位差值。通过此方法能够实现固定式海洋平台的24小时在线实时检测及危险点定位，及时反映出固定式海洋平台的实际健康状况。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例加以说明。
一种固定式海洋平台安全可靠性在线、定量的检测方法，其包括以下步骤：步骤S1：固定式海洋平台工作甲板的外沿水平面上，在正东、正南、正西、正北、东南、南西、西北、北东八个方向上，建立等角度分布的测量点；步骤S2：在同一测量点的垂直方向、正北水平方向、正东水平方向上安装低频加速度传感器和速度传感器，实现对固定式海洋平台工作甲板在8个测量点上的垂直方向上和各水平方向的振动加速度和速度进行动态测量；其中将测量点的垂直方向记为Z方向，正北水平方向记为N方向，正东水平方向记为E方向；以测量点为原点建立直角坐标系，其中Z方向为Z轴、N方向为X轴，E方向为Y轴；步骤S3：以相同的采样时间间隔，同步采集工作甲板的八个测量点上(X、Y、Z)的振动加速度和振动速度信号；并对获取地8个测量点的X、Y、Z轴上工作甲板的振动加速度和振动速度信号分别进行相位差计算，得出该测量点在X、Y、Z轴上的振动加速度对振动速度的相位差值；多次重复测量计算得到的平均相位差值，即作为固定式海洋平台在该测量点和该方向上的健康安全状况定量值；步骤S4：通过对固定式海洋平台的定期检测，记录并跟踪计算相位差值，当相位差值增加到临界值时，就对应着固定式海洋平台在对应测量点相应方向上的安全状况发生了危险变化并预警；步骤S5：通过对各测量点的相位差进行定量对比，确定固定式海洋平台的危险点。
所述低频加速度传感器和速度传感器与固定式海洋平台工作平台刚性连接。
在本发明一实施例中，所述采样时间间隔为10ms。
进一步的，所述相位差值计算包括以下步骤：以一个同步时钟以及同一个触发信号来控制多个信号采集器，以实现多信号的完全同步的采集，保证振动加速度对振动速度的相位差值计算精度；在同步采集数据的基础上，对采集数据进行离散快速傅立叶变换(FFT)，获得信号的相频特性，由此计算得到振动加速度对振动速度的相位差值。FFT可由计算机进行，采样点数越大，分辨的频率越精确。具体为：设振动加速度an表示为振动速度表示vn为其中T为振动加速度和振动速度信号的周期，Am，Vm分别为振动加速度和振动速度的各傅立叶变换幅值，分别为振动加速度和振动速度相位，Ts为采样间隔；对an和vn进行离散快速傅立叶变换后，an和vn的离散频谱特性中的第p根谱线分别为则an和vn对应的相位差为因为同步采样，因此NTs＝pT，p为自然数。取前5根谱线(p＝1，2，3，4，5)相位差绝对值之和，作为振动加速度对振动速度的相位差值。
在本发明一实施例中：固定式海洋平台安全可靠性的定量、在线的检测方法包括以下步骤：
①固定式海洋平台工作甲板的外沿水平面上，在正东、正南、正西、正北、东南、南西、西北、北东八个方向上，等角度分布测量点的X、Y、Z方向上，分别安装低频加速度传感器和速度传感器，对固定式海洋平台工作甲板的垂直及水平方向振动加速度和振动速度进行动态测量；
②传感器必须与工作甲板刚性连接，使其能够完全传递工作甲板的振动，在这个测量点上同时安装垂直及水平低频加速度传感器和水平的速度传感器，对工作甲板的振动加速度和振动速度进行动态测量；
③以相同的采样时间间隔(比如10ms)，完全同步采集工作甲板测量点的X、Y、Z轴方向上振动加速度和X、Y、Z轴方向上振动速度信号，并对获取的X、Y、Z轴方向上工作甲板的振动加速度和振动速度信号进行相位计算，得出测量点在对应方向上的相位差值；所测量计算得到的相位差值，即作为固定式海洋平台健康安全状况在该测量点的对应方向上的量化值；
④由于固定式海洋平台健康安全状况劣化时，测量计算得到的相位差值将达到临界值。通过对固定式海洋平台的定期检测，记录并跟踪监测点相位差值，当相位差值达到临界值时，就对应着固定式海洋平台在该点对应方向健康安全状况发生了危险变化并预警；因此可以以实时、在线和动态的方式，实现对固定式海洋平台健康安全状况的24小时定量跟踪。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种固定式海洋平台安全可靠性的在线、定量的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：工作甲板的外沿水平面上，在正东、正南、正西、正北、东南、南西、西北、北东八个方向上，建立等角度分布的测量点，分别布置测量装置；
步骤S2：在同一测量点的垂直方向、正北水平方向、正东水平方向上安装低频加速度传感器和速度传感器，实现对固定式海洋平台工作甲板在8个测量点上的垂直方向上和各水平方向的振动加速度和速度进行动态测量；其中将测量点的垂直方向记为Z方向，正北水平方向记为N方向，正东水平方向记为E方向；以测量点为原点建立直角坐标系，其中Z方向为Z轴、N方向为X轴，E方向为Y轴；
步骤S3：以相同的采样时间间隔，同步采集工作甲板的八个测量点上(X、Y、Z)的振动加速度和振动速度信号；并对获取8个测量点的X、Y、Z轴上工作甲板的振动加速度和振动速度信号分别进行相位差计算，得出该测量点在X、Y、Z轴上的振动加速度对振动速度的相位差值；多次重复测量计算得到的平均相位差值，即作为固定式海洋平台在该测量点和该方向上的健康安全状况定量值；
步骤S4：通过对固定式海洋平台的定期检测，记录并跟踪计算这个测量点相位差值的变化，当相位差值达到临界值时，就对应着固定式海洋平台的安全状况发生了危险变化并预警；
步骤S5：通过对各测量点的相位差值进行不同测量时间的相对定量比较，从而确定固定式海洋平台的危险点及危险方向。
2.根据权利要求1所述的固定式海洋平台安全可靠性的定量、在线的检测方法，其特征在于：所述低频加速度传感器和速度传感器与固定式海洋平台的工作甲板刚性连接。
3.根据权利要求1所述的固定式海洋平台安全可靠性的定量、在线的检测方法，其特征在于：所述采样时间间隔为10ms。
4.根据权利要求1所述的固定式海洋平台安全可靠性的定量、在线的检测方法，其特征在于：所述相位差值计算包括以下步骤：通过一个同步时钟以及同一个触发信号来控制采集器进行采集低频加速度传感器和速度传感器，以实现多信号的完全同步的采集，保证振动加速度对振动速度的相位差值计算精度；在同步采集数据的基础上，对采集数据进行离散快速傅立叶变换，获得信号的相频特性，由此计算得到振动加速度对振动速度的相位差值，具体为：设振动加速度an表示为振动速度表示vn为其中T为振动加速度和振动速度信号的周期，Am，Vm分别为振动加速度和振动速度的傅立叶变换幅值，分别为振动加速度和振动速度相位，Ts为采样间隔；对an和vn进行离散快速傅立叶变换后，an和vn的离散频谱特性中的第p根谱线分别为则an和vn对应的相位差为其中NTs＝pT，p＝为自然数；取前5根谱线(p＝1，2，3，4，5)相位差绝对值之和，作为振动加速度对振动速度的相位差值。
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