海底管道结构完整性数字化管理技术研究

摘要

随着我国海洋油气资源开发力度不断加大,越来越多的海底管道投入使用。海底管道所处环境复杂恶劣,存在发生重大危险的可能性,一旦发生灾害事故,不仅影响正常生产运输、污染海洋环境,还将给国民生活和国家经济带来巨大损失。因此,研究海底管道安全保障技术具有重要意义。本文主要针对海洋油气输送的安全需求,以海底管道为研究对象,结合高等学校博士学科点专项科研基金项目“海底管道虚拟安全系统及其工程应用研究”和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目“南海深水油气开采风险控制技术应用基础研究”,开展海底管道结构完整性数字化技术研究。
　　 借鉴国内外管道完整性管理的研究成果,结合GIS、计算机网络与虚拟现实等数字化技术,从数据层、逻辑层与应用层三个层面建立海底管道完整性数字化管理体系构架。基于有限元分析方法,利用ANSYS建立海底管跨环境载荷数字化模型和结构管土耦合模型,开展管跨涡激振动动力响应与参数敏感性分析,并进行疲劳损伤计算,研究结果表明,长管跨、小管径和小壁厚的管道结构在软质土壤、大流速作用下更容易发生涡激共振。运用未确知测度理论和信息熵原理构造海底管道安全评价指标未确知测度模型,根据置信度识别准则确定管道安全级别,并用雷达图显示未确知性评价结果。建立海底管道完整性数字化管理系统的层次结构与详细工作流程,借助Visual Basic工具,结合ANSYS、MATLAB软件及ACCESS数据库开发海底管道完整性数字化管理系统,实现对环境载荷建模、管道结构建模、稳定性分析、在位强度分析、管跨分析、极限跨长分析、涡激振动分析、可靠度计算、数据库系统以及虚拟仿真的数字集成,通过工程实例进行软件功能测试,测试结果表明软件模块计算具有较高的精度和工程应用价值。结合仿真模块分析结果,构建基于风险评价的海底管道安全预警模型,同时针对海底管道腐蚀与管跨两种主要类型,利用正交设计法建立海底管道安全预警样本库,结合有限元及BP神经网络技术建立海底管道腐蚀与管跨数字化预警模型,分析BP神经网络预测误差,并开发安全预警模块。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与技术路线

第2章 海底管道完整性数字化管理框架研究

2.1 管道完整性管理的框架与流程

2.2 海底管道完整性管理体系

2.3 海底管道完整性数字化管理框架

2.4 本章小结

第3章 海底管跨结构和载荷数字化模型研究

3.1 海底管道载荷数字化模型

3.2 海底管跨结构数字化模型

3.3 管跨涡激振动敏感性分析及疲劳寿命计算

3.4 本章小结

第4章 基于未确知测度理论的海底管道安全评价研究

4.1 未确知测度评价理论

4.2 海底管道未确知评价流程

4.3 海底管道未确知评价指标体系

4.4 海底管道未确知评价模型

4.5 海底管道安全级别确定

4.6 应用实例

4.7 本章小结

第5章 海底管道完整性数字化管理软件开发

5.1 软件的层次结构与工作流程

5.2 软件数据库设计

5.3 软件的功能设计

5.4 软件应用实例

5.5 本章小结

第6章 海底管道数字化安全预警研究

6.1 海底管道安全预警技术

6.2 海底管道安全预警模型

6.3 海底管道数字化预警

6.4 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 主要研究结论

7.2 主要创新点

7.3 今后研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢