电学过程成像技术可以对海底管道内气、水、油、固等不同流体进行实时监测，可以计算不同流体的浓度参数、速度参数，以及对不同流体的流型进行识别，并且可以测量气体中碳氢化合物和水的分布。
关键字：智能油田、空间传感器、层析成像、图像重建、海底管道
一、概述
电学过程成像技术是计算机层析成像技术在工业过程中的拓展，主要以两相及多相流为研究对象，基于电学敏感原理，利用物场的电导、电容、电磁或电荷特性的变化来获取物场信息，通过传感器阵列，采用非接触或非侵入的方式，获取设施内部两相及多相流参数，根据层析成像技术，对不同流体在管道或反应装置内的分布状况在计算机上进行图像重建，从而得到多相流中离散浓度分布，和多相流随时间变化规律，为多相流在线监测提供了一种革命性手段。.png)
图一：双模态传感器内部构造 图二：图像重建技术及可视化软件截图
传统的海底油气运输管线系统只具备简单的控制和监测功能，目的是为了保证油气的顺利运输。但在未来，海底管线系统可能将兼有数据监测和数据分析的功能，并且能够自行调整流体运动状态以保证油气生产的稳定和安全。更进一步的功能是能够更准确地预测流体流动可能出现的问题，并快速作出调整，保持油气的持续运输，通过建立智能监控系统增强对海底管线中多相流体流动过程的控制能力。为了规避油价波动风险，低成本运行将会成为石油公司主流经营思想，这项技术的应用将大规模的减小石油公司的运营成本。
二、EPT技术特点
电学过程成像技术是近年来发展起来的一种两相流及多相流检测技术，根据测量对象的不同，主要分为用于非导电介质测量的电容层析成像技术和用于导电介质测量的电阻层析成像技术。ECT和ERT采用特殊设计的空间传感器阵列，以非接触或非侵入方式获取被测对象的流场信息，运用图像重建算法再现两相及多相流体在管道内或反应装置内部某一横截面上的分布状况，从而得到两相及多相流中离散相浓度分布及其随时间的变化规律，实现被测两相及多相流体在某一截面上的可视化。
过程成像技术的出现标志着过程参数在线检测技术发展到了一个新的阶段，它将检测技术从传统的局部空间单点测量方式发展成为对过程参数在二、三维空间分布状况的在线、实时监测，大大提高了人们对生产过程信息的获取和分析能力，为在线检测和优化设计提供了一种全新的技术。通过过程成像技术，可以将所获得的有关过程参数的动态信息与流体动力学模型相结合，从而建立更符合实际情况的过程模型，并进一步优化过程设备和装置的结构和参数设计，最终改进过程工艺，提高生产效率及安全性。
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表一： “电容层析”与“电阻层析”区别
三、EPT的应用优势
快速测量能力，非侵入式传感器，适应于极端的工况环境，产品无辐射，产品尺寸较小，方便携带、安装，产品安装简单，软件操作易学。
四、EPT在海管智能监测领域应用实施方案
电学过程成像技术在海底管道智能监测领域应用实施分为EPT设备安装和EPT系统运营两部分。
EPT设备主要有传感器、通信电缆及控制器组成，其中传感器单元和通信电缆单元安装工作是伴随海管铺设过程完成，控制器单元根据业主具体需求，可以在海上平台或陆地安装。
在铺管船上安装传感器单元和电缆单元作业站，作业站布置在铺管船张紧器之后，从通信电缆容器到捆捆绑作业搭搭建一条海缆行走路径，包括滚轮托架、转弯弯器，确保通信电缆无障碍运行，并布置传感器安装工位。
传感器通过专门设计的打包工具固定在海管上，见图三。为了保护通信电缆的安全，电缆将采用支座（PPE分体式马鞍鞍形垫块）将海缆固定到到海管顶部的 12点位。马鞍形PPE垫块须依据所铺管径、缆径进行专门的模具设计,见图四。
铺管过程中如遇到弃管的情况，安装传感器作业可以马上停止，通讯电缆安装工作首先由铺管船吊机将电缆容器放置在水中距海管侧向约10米的海床上，密封容器上的海缆头，在海缆上自绑扎结束点始绑浮一段长度等于工作水深长度的浮袋/或浮球，作为海缆缆下水及在水中的可塑性长度。后转为为铺管船弃管管操作程序。
当铺管结束端弃管之前，首先结束通信电缆在海管上的捆绑作业。当最后一个捆绑点已经到达通信电缆捆绑作业站时，暂停走船，类似于伴随海管铺缆的起始端操作，将设计长度的通信电缆绑上浮袋/或浮球弃置水中，切断多余通信电缆，密封通信电缆端头，将通信电缆头系挂在在终端平台上，漂浮在水中的通信电缆处于可塑性状态，在潜水支持船潜水员的协助下，拆除缆的浮球/浮袋，将通信电缆穿过 J形管拉上平台。
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图三：通信电缆与海管绑扎图及缆管一体下水过程
EPT系统运营是利用高速数字信号处理技术、数据库技术、通信电缆随路控制技术及计算机技术，将传感器的监测数据传回到控制单元中。系统可以远程、在线、自动的监测整条海底管道，实时监测管道中多相流的变化，有效的减少和预防在役海管运营风险，保证生产安全。
论文作者:柴亚光, 郭 磊, 李 盼
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年第4期
论文发表时间:2020/4/22
标签：多相论文; 层析论文; 电缆论文; 过程论文; 传感器论文; 技术论文; 通信论文; 《工程管理前沿》2020年第4期论文;