一种张力腿平台顶张式立管防碰自动控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种张力腿平台顶张式立管防碰自动控制系统，包括数据监测模块部分、核心控制器模块部分、故障监测部分、显示及存储部分、危险报警部分、故障报警部分以及执行部分，核心控制器模块部分接收来自数据监测模块部分的信息，同时故障监测部分监测核心控制器以及立管张紧器的运行状态。该系统对不同平台顶张式立管系统具有较大的适应性，稳定性强、方便实用，降低了设计成本，还具有易推广的潜在优势，具有广泛的市场前景，对提高顶张式立管防碰控制的能力、自动化程度和安全性具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种张力腿平台顶张式立管防碰自动控制系统，属于海洋工程设备

技术介绍
随着深水海洋油气勘探开发迅速发展，浮式生产和钻井装备得到广泛应用，张力腿平台以其成熟的技术和良好的运动特性成为目前深海油气开采选用的主要平台型式之一，且与半潜式平台相比，使用张力腿平台进行油气开采作业具有高效性、经济性和稳定性的特点。对于张力腿平台丛式立管而言，其在复杂的外部载荷和管内多种流体的共同作用下，可能导致相邻立管运动响应失谐，引发碰撞，致使立管出现断裂、凹陷损伤及整体弯曲等结构损伤；由于碰撞事故发生破坏了立管系统的结构完整性，降低了立管的极限承载力，从而引起停产或管内油气泄漏等事故，进而造成严重的环境污染和重大经济损失，而快速、有效的防碰控制技术和策略对于减小顶张式立管在超强台风下发生碰撞的可能性具有重要意义。所以，对立管的防碰控制进行研究具有很强的科研意义和巨大的实际价值。目前张力腿平台顶张式立管的防碰控制方法一般为：在张力腿平台经历风暴时，通过调整立管张力，使上下游立管具有相同大小的顶张力，但此方法控制效果差，不利于顶张式立管的防碰。在超强台风工况下，为保证上下游立管之间具有足够的间距，避免张力腿平台在发生偏移的情况下立管之间发生相互碰撞，保证顶张式立管安全，通过开发一套顶张式立管防碰自动控制系统，实时监测顶张式立管的情况，一旦系统发现上下游立管间距过小，则立即开启自动控制模式进行立管张紧系统的调整。通过控制立管的有效长度，可在不同海况下，为立管张紧系统采取合理的调整措施提供技术支持，从而大大简化操作流程提高工作效率，同时降低顶张立管碰撞发生概率。
技术实现思路
针对现今张力腿平台顶张式立管所采用的防碰控制方法不能够保证上下游立管之间具有足够的安全距离，防碰控制能力低、效果差、不能够很好解决立管的碰撞问题等缺点，提供一种实用、安全、高效、反应迅速的新型顶张式立管主
动防碰自动控制系统，进行立管张紧系统的实时自动精确调整，实现上下游顶张式立管的防碰。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。一种张力腿平台顶张式立管防碰自动控制系统，包括数据监测模块部分、核心控制器模块部分、故障监测部分、显示及存储部分、危险报警部分、故障报警部分以及执行部分，核心控制器模块部分接收来自数据监测模块部分的信息，同时故障监测部分监测核心控制器以及立管张紧器的运行状态，若未监测到二者发生故障，核心控制器模块部分将所收集信息经过处理和判断后，精确计算得到立管张紧力和张紧器活塞杆伸出量预期值，并发出相应的控制指令，通过自动控制上下游立管张紧器液压气动装置的工作，从而进行立管张紧系统的自动调整，实现立管的防碰。若监测到核心控制器故障或张紧器发生故障，则通过故障报警器发出报警信号，通知工作人员对故障部分进行修复。系统运行的同时主控制模块将处理以后的数据及相应的控制指令发送给存储模块和显示模块，存储模块实时存储重要的监测数据和控制指令，显示模块将主要信息要素呈现给工作人员，便于工作人员了解控制系统的运行状态。具体地，所述的监测模块部分包括环境参数监测设备、平台偏移量监测设备、立管张紧力监测设备、立管伸长量测量设备、立管间距监测设备，张紧器活塞杆伸出量测量设备，张紧器监测设备，便于对平台的位置、风浪流参数、立管张紧力大小和伸长量、上下游立管间距、张紧器活塞杆伸出量、张紧器状态信息进行监测。具体地，所述的核心控制器模块部分包括信息接收模块、判断处理模块和信息发送模块，而判断处理模块是核心控制器模块的核心模块。具体地，所述的判断处理模块内置数据综合处理模块，主要用来分析处理环境载荷、平台偏移量、立管张紧力、立管伸长量、立管之间的间距、张紧器活塞杆伸出量等信息。作为控制系统的执行的判断条件，判断处理模块综合分析输入信息，判断是否需要对立管张紧器系统进行调整，如果对综合信息进行处理以后，发现丛式立管有效长度发生变化，且有相互碰撞的趋势，立即启动自动控制，并通过计算机程序运算选取最优控制方案，最后通过信息发送模块发送控制指令。为方便了解控制系统当前和过往状态，保存重要的监测数据及控制指令，设置了显示模块和数据存储模块，主控制模块将处理以后的监测信息及相应的控制
指令通过信息发送模块传送给所述的显示模块和数据存储模块，实现控制系统工作状态的实时显示和定期记录。为增加系统稳定性，增加所述故障监测模块，实时监测核心控制器和立管张紧器运行状态，若核心控制器或立管张紧器发生故障，则启动所述故障报警器，如果二者工作正常，则启动所述的张紧器电磁控制阀，进而执行立管张紧力的自动调整指令。具体地，所述执行部分包括张紧器电磁控制阀和张紧器，张紧器电磁控制阀接收并执行控制指令，通过调节阀口开度大小，控制上下游立管张紧器液压气动装置中蓄能器和低压氮气瓶的相对状态以及液压油的流速，从而控制张紧器活塞运动，调整立管张紧力和张紧器活塞杆的伸出量，达到调整立管有效长度的目的，该部分设备均为平台已有设备，可作为顶张式立管防碰自动控制系统的一部分，直接使用。为实现系统的循环控制，该控制系统设计成一个闭环控制系统，在调整过程中以及完成调整后，监测模块都会对系统状态保持实时监测，并且立管张紧系统调整完成后，核心控制器模块将再次判断上下游立管间距是否能满足作业要求，若不能满足要求，则核心控制器模块继续给出自动控制指令，执行新一轮的循环，逐次优化直到满足作业要求，但是鉴于单次立管张紧系统调整过程复杂、耗时较多，建议循环次数不超过3次。该控制系统可以实现通过实时监测数据对立管的碰撞趋势进行预判，在极端台风工况下实现顶张式立管防碰的主动控制，调节能力强，适用范围广。该专利技术的有益效果在于：采用先进的防碰控制理论和控制算法，使得上下游立管具有相同的有效长度，可保证上下游立管之间具有足够的间距，具有较好的精度和可靠性；通过对立管张紧力进行实时精确调整，可大幅降低超强台风情况下顶张式立管相互碰撞风险；很多设备为平台原有设备，只需新增少量测量仪器，节约大量成本；该系统对不同平台顶张式立管系统具有较大的适应性，稳定性强、方便实用，降低了设计成本，还具有易推广的潜在优势，具有广泛的市场前景，对提高顶张式立管防碰控制的能力、自动化程度和安全性具有重要意义。附图说明图1是本专利顶张式立管防碰自动控制系统的控制流程示意图。图2是本专利数据监测模块的组成示意图。图3是本专利核心控制器模块的功能模块示意图。具体实施方式本专利技术中的张力腿平台顶张式立管防碰自动控制系统，包括数据监测模块部分、核心控制器模块部分、故障监测部分、显示及存储部分、危险报警部分、故障报警部分以及执行部分，核心控制器模块部分接收来自数据监测模块部分的信息，同时故障监测部分监测核心控制器以及立管张紧器的运行状态，若未监测到二者发生故障，核心控制器模块部分将收集信息经过处理和判断后，精确计算得到立管张紧力和张紧器活塞杆伸出量预期值，并发出相应指令，通过自动操作装置控制上下游立管张紧器液压气动装置的工作，从而进行立管张紧系统的自动调整，实现立管的防碰。若监测到核心控制器故障或张紧器发生故障，则通过故障报警器发出报警信号，通知工作人员对故障部分进行修复。系统运行的同时主控制模块将处理以后的数据及其所发出的控制指令发送给存储模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种张力腿平台顶张式立管防碰自动控制系统，其特征在于：包括数据监测模块部分、核心控制器模块部分、故障监测部分、显示及存储部分、危险报警部分、故障报警部分以及执行部分，核心控制器模块部分接收来自数据监测模块部分的信息，同时故障监测部分监测核心控制器以及立管张紧器的运行状态，若未监测到二者发生故障，核心控制器模块部分将所收集信息经过处理和判断后，精确计算得到立管张紧力和张紧器活塞杆伸出量预期值，并发出相应控制指令，通过控制上下游立管张紧器液压气动装置的工作，从而进行立管张紧系统的自动调整，实现立管的防碰；若监测到核心控制器或张紧器发生故障，则通过故障报警器发出报警信号，通知工作人员进行故障部分修复；系统运行的同时主控制模块将处理以后的数据发送给存储模块和显示模块，存储模块实时存储重要的监测数据及控制指令，显示模块将主要信息要素呈现给工作人员，便于工作人员了解控制系统的运行状态。

【技术特征摘要】
1.一种张力腿平台顶张式立管防碰自动控制系统，其特征在于：包括数据监测模块部分、核心控制器模块部分、故障监测部分、显示及存储部分、危险报警部分、故障报警部分以及执行部分，核心控制器模块部分接收来自数据监测模块部分的信息，同时故障监测部分监测核心控制器以及立管张紧器的运行状态，若未监测到二者发生故障，核心控制器模块部分将所收集信息经过处理和判断后，精确计算得到立管张紧力和张紧器活塞杆伸出量预期值，并发出相应控制指令，通过控制上下游立管张紧器液压气动装置的工作，从而进行立管张紧系统的自动调整，实现立管的防碰；若监测到核心控制器或张紧器发生故障，则通过故障报警器发出报警信号，通知工作人员进行故障部分修复；系统运行的同时主控制模块将处理以后的数据发送给存储模块和显示模块，存储模块实时存储重要的监测数据及控制指令，显示模块将主要信息要素呈现给工作人员，便于工作人员了解控制系统的运行状态。2.根据权利要求1所述的张力腿平台顶张式立管防碰自动控制系统，其特征在于：监测模块部分包括环境参数监测设备、平台偏移量监测设备、立管张紧力监测设备、立管伸长量测量设备、立管间距监测设备，张紧器活塞杆伸出量测量设备，张紧器监测设备，便于对平台的位置、风浪流参数、立管张紧力大小和伸长量、上下游立管间距、张紧器活塞杆伸出量、张紧器状态信息进行监测。3.根据权利要求1所述的张力腿平台顶张式立管防碰自动控制系统，其特征在于：核心控制器模块部分包括信息接收模块、判断处理模块和信息发送模块，而判断处理模块是核心控制器模块的核心模块。4.根据权利要求1所述的张力腿平台顶张式立管防碰自动控制系统，其特征在于：判断处理模块内置数据综合处理模块，主要用来分析处理环境载荷、平台偏移量、立管张紧力、立管伸长量、上下游立管间距、张紧器活塞杆伸出量等信息；作为控制系统的执行的判断条件，判断处理模块综合分析输入信息，判断是否需要对立管张紧器系统进行调整，如果对信息进行综...

【专利技术属性】
技术研发人员：畅元江，罗宁，陈国明，岳吉祥，刘秀全，李家仪，宋强，韩彬彬，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37