水下装备生物腐蚀自动安全关井系统的制作方法

本发明涉及一种水下装备安全保护装置，具体是指水下装备生物腐蚀自动安全关井系统，属于监测预警技术领域。

背景技术：

随着人类社会以及科技技术的不断发展，我们对于能源的需求也越来越大，从而使得人类对于水下能源的探索越来越频繁，因此水下的各种工程建设和投资也不断增长。尤其是海底石油开采，主要运用到的水下装备为采油树。

目前，会对采油树等水下装备造成海洋腐蚀的，除了化学腐蚀、电化学腐蚀外，水下污损生物及其代谢产物（如牡蛎、藤壶、海葵等）也会对这些水下装备有着严重的腐蚀作用。由于海洋水下环境的复杂情况，目前仍然无法对各个水下装备的具体腐蚀情况进行实时、迅速、直接的观察与监测，导致采油树等设备在水下腐蚀的严重程度不明，很大几率会在危险期发生安全事故，造成重大生命财产损失。

对于位于水下的采油树等设备，如果采用人工监测模式进行管理监测，在实际运行时仍将面临维护困难，管理更困难的局面。同时，人工监测还会极易受到外界干扰因素的影响，无法保证各类水下工程装备在遇到紧急情况时能够及时关闭，从而无法避免更大的损失。

因此，目前常规的安全措施为将水下装备定期上岸进行维修保护，但是这种方式仍然不能对紧急情况做出及时有效的反应。

基于上述，本发明提出一种水下装备生物腐蚀自动安全关井系统，以解决现有技术中存在的缺点和限制，能实时监测水下装备的生物附着情况并检测水下装备的生物腐蚀情况，并在水下装备腐蚀情况严重时，及时启动自动关井系统，保障安全生产，规避因生物腐蚀导致的生产事故。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种水下装备生物腐蚀自动安全关井系统，能实时监测水下装备的生物腐蚀情况，并在腐蚀情况严重时，及时控制自动关井，保障安全生产，规避因生物腐蚀导致的生产事故。

为了达到上述目的，本发明提出一种水下装备生物腐蚀自动安全关井系统，由生物腐蚀监测系统和自动安全关井系统组成；所述的生物腐蚀监测系统包含：多个电阻测量元件，分别设置在水下装备需要进行生物腐蚀监测的各个监测位置处，通过电阻测量法实时测量各个监测位置处的生物腐蚀数据；信号处理模块，设置在水下装备内部，与电阻测量元件通过电路连接，根据接收到的生物腐蚀数据，判断是否超出预设的生物腐蚀厚度阈值，并输出监测预警信号；所述的自动安全关井系统与信号处理模块通过电路连接，在接收到监测预警信号时，自动控制关井。

所述的电阻测量元件实时测量水下装备的输油或输气管道的生物腐蚀数据。

在需要进行生物腐蚀监测的输油或输气管道旁，增加设置对比管道；该对比管道采用与输油或输气管道相同的材质和规格制成，且在该对比管道内部设置电阻测量元件，实时测量对比管道的生物腐蚀数据，并转换为电信号输出至信号处理模块。

所述的电阻测量元件测量得到的对比管道的生物腐蚀数据，即为输油或输气管道的生物腐蚀数据。

所述的信号处理模块采用plc实现；通过plc记录电阻测量元件测量得到并输出的电信号，计算得到对比管道的实时管道厚度，与预先存储的对比管道的初始厚度对比，得到当前生物腐蚀的厚度；并判断该当前生物腐蚀的厚度是否大于预设的生物腐蚀厚度阈值，如是则向自动安全关井系统输出监测预警信号。

所述的预设的生物腐蚀厚度阈值为4mm～6mm，优选为5mm。

所述的自动安全关井系统包含：逻辑控制模块，设置在水下装备内部，与信号处理模块通过电路连接，在接收到监测预警信号时，输出关井启动信号；电磁阀控制单元，设置在水下装备内部，与逻辑控制模块通过电路连接；电磁阀，设置在水下装备的井口，与电磁阀控制单元通过电路连接；在电磁阀控制单元接收到关井启动信号时，控制电磁阀关闭实现自动及时关井。

所述的逻辑控制模块在接收到监测预警信号时，向地面监控平台远程发送生物腐蚀报警信号。

所述的水下装备为：用于水下油田钻采的采油树，或用于水下气田钻采的采油树。

综上所述，本发明所述的水下装备生物腐蚀自动安全关井系统，利用电阻测量法实时监控水下装备的输油或输气管道上的生物腐蚀情况，根据预先设定的生物腐蚀厚度阈值判断腐蚀情况是否严重到已经超过警戒，并在此情况下及时自动的控制安全关井。因此，本发明能够实现对水下装备的实时生物腐蚀情况的监测和超警戒情况下的自动安全关井，从而保证了安全生产原则，规避因生物腐蚀导致的生产事故，保障人民财产。

附图说明

图1为本发明中的水下装备生物腐蚀自动安全关井系统的结构示意图；

图2为本发明中的采用对比法测量采油树输油管道腐蚀数据的示意图。

具体实施方式

以下结合图1和图2，通过优选实施例对本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。

如图1所示，为本发明中提供的水下装备生物腐蚀自动安全关井系统，由生物腐蚀监测系统和自动安全关井系统组成；所述的生物腐蚀监测系统包含：多个电阻测量元件1，分别设置在水下装备需要进行生物腐蚀监测的各个监测位置处，通过电阻测量法实时测量各个监测位置处的生物腐蚀数据；信号处理模块2，设置在水下装备内部，与电阻测量元件1通过电路连接，根据接收到的生物腐蚀数据，判断是否超出预设的生物腐蚀厚度阈值，并输出监测预警信号；所述的自动安全关井系统与信号处理模块2通过电路连接，在接收到监测预警信号时，自动控制关井。

对于水下装备而言，一些重要且易腐蚀的监测位置是必须实时进行生物腐蚀监测的，包括各种输油或输气管道。但是，鉴于输油或输气管道是石油或石油气的传输管道，其内部是无法安装电阻测量元件1这类的电子元件的，因此，在对输油或输气管道进行生物腐蚀监测时，需要采用对比法这样的间接测量方法进行生物腐蚀数据的测量。

如图2所示，在需要进行生物腐蚀监测的输油或输气管道旁，增设对比管道，该对比管道采用与输油或输气管道相同的材质和规格制成，且在该对比管道内部设置电阻测量元件1，实时测量对比管道的生物腐蚀数据。

由于对比管道与输油或输气管道的材质、规格完全相同，且由于相邻设置，因此两者的外部环境因素也可认为相同，由此可认为对比管道和输油或输气管道是同步腐蚀，即由电阻测量元件1测量得到的对比管道上的生物腐蚀数据，也就相当于输油或输气管道上的生物腐蚀数据。

所述的电阻测量元件1实时测量对比管道的管道电阻，并转换为4～20ma的模拟量电信号输出至信号处理模块2。当然，在本发明的另一个优选实施例中，所述的电阻测量元件1也可以通过设定定时测量对比管道的管道电阻，例如，每间隔1小时，或每间隔1天测量对比管道的管道电阻，具体间隔时间可根据海域的实际情况设定。

所述的信号处理模块2采用plc（可编程逻辑控制器）实现；该信号处理模块2通过plc记录电阻测量元件1测量得到并输出的电信号，计算得到对比管道的实时管道厚度，与预先存储的对比管道的初始厚度对比，得到当前生物腐蚀的厚度；并判断该当前生物腐蚀的厚度是否大于预设的生物腐蚀厚度阈值，如是则向自动安全关井系统输出监测预警信号。

在本发明的一个优选实施例中，所述的信号处理模块2具体可采用西门子s7-200cnplc（型号6es7212-1ab23-0xb8cpu222dc/dc/dc，8输入/6输出）。

在本发明的一个优选实施例中，所述的预设的生物腐蚀厚度阈值为4mm～6mm，优选为5mm。

所述的自动安全关井系统包含：逻辑控制模块3，设置在水下装备内部，与信号处理模块2通过电路连接，在接收到监测预警信号时，输出关井启动信号；电磁阀控制单元4，设置在水下装备内部，与逻辑控制模块3通过电路连接；电磁阀5，设置在水下装备的井口，与电磁阀控制单元4通过电路连接；在电磁阀控制单元4接收到关井启动信号时，控制电磁阀5关闭，从而实现在无人操控的情况下自动及时关井。

进一步，所述的逻辑控制模块3在接收到监测预警信号时，向地面监控平台远程发送生物腐蚀报警信号。

所述的水下装备为：用于水下油田钻采的采油树，或用于水下气田钻采的采油树。因此，在本发明的一个优选实施例中，所述的电阻测量元件1设置在采油树上重要且易腐蚀的位置，例如输油管道的对比关管道上；所述的信号处理模块2、逻辑控制模块3和电磁阀控制单元4均设置在采油树内部，且通过电路连接；而所述的电磁阀5则设置在采油树的井口位置，可通过关闭电磁阀5实现自动关井。

本发明所述的水下装备生物腐蚀自动安全关井系统，也可扩展应用于其他因外部环境因素引起的各类腐蚀情况下的自动安全关井。

综上所述，本发明所述的水下装备生物腐蚀自动安全关井系统，利用电阻测量法实时监控水下装备的输油或输气管道上的生物腐蚀情况，根据预先设定的生物腐蚀厚度阈值判断腐蚀情况是否严重到已经超过警戒，并在此情况下及时自动的控制安全关井。因此，本发明能够实现对水下装备的实时生物腐蚀情况的监测和超警戒情况下的自动安全关井，从而保证了安全生产原则，规避因生物腐蚀导致的生产事故，保障人民财产。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。