系泊鋼纜漏磁檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

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(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司，天津 300457)

系泊鋼纜漏磁檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

于超，趙會軍，余捷

(中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司，天津 300457)

為了實現(xiàn)對系泊鋼纜檢測數(shù)據(jù)的計算機自動分析處理，建立系泊鋼纜漏磁檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可完成系泊鋼纜漏磁檢測數(shù)據(jù)的讀入、處理、顯示，以及磨損、斷絲缺陷的自動識別與量化，并能輸出檢測報告，極大地提高了系泊鋼纜無損檢測數(shù)據(jù)分析的精度和效率。

系泊鋼纜；漏磁數(shù)據(jù)；分析系統(tǒng)

水下系泊鋼纜是FPSO單點系泊系統(tǒng)的重要組成部分，長期服役后，會因海水腐蝕、臺風(fēng)破壞，施工質(zhì)量等原因使其的使用強度降低，存在極大的安全隱患[1]。隱患的早期排查主要靠系泊鋼纜無損檢測技術(shù)，該技術(shù)在眾多檢測技術(shù)中已較為成熟，穩(wěn)定性最好。無損檢測設(shè)備沿圓周方向布置多個霍爾元件傳感器，傳感器測得的數(shù)值反應(yīng)了系泊鋼纜磨損、銹蝕、斷絲等信息。檢測設(shè)備沿著鋼纜走向進行檢測。每隔一定距離，霍爾元件傳感器測得一組數(shù)據(jù)，這樣整條系泊鋼纜檢測完成后，就形成了海量的檢測數(shù)據(jù)，需要由計算機自動分析處理[2]，因此開發(fā)系泊鋼纜漏磁檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對于提高檢測精度和檢測效率，具有重要的意義。

1 漏磁信號類型

系泊鋼纜無損檢測儀是一種基于漏磁原理的無損檢測產(chǎn)品，故缺陷位出現(xiàn)的信號可以理解為漏磁信號。廣義上的檢測信號可以分為2種：背景信號和缺陷信號。缺陷信號包括斷絲信號和磨損、銹蝕類信號[3]。

1.1 背景信號

這種信號的產(chǎn)生是由鋼纜本身的結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的“股波信號”，理論上稱之為背景信號，是由其本身結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的，系泊鋼纜無損檢測系統(tǒng)通過各元件檢測信號相互之間的疊加、差分等處理和聚磁技術(shù)[4]，可有效地消除股波信號帶來的負面影響，提高檢測儀器的信噪比。鋼纜股間漏磁場是一規(guī)則的、周期分布的空間場，因此，此類信號相對均勻，易辯別。另外，股波信號反映出鋼纜的結(jié)構(gòu)特征，同時也反映著鋼纜表面磨損、銹蝕等狀態(tài)。

1.2 斷絲信號

波形的尖峰類似于銳角的等腰三角形，因此可以判定為斷絲信號[5]。系統(tǒng)斷絲分析采用斷絲信號模式識別+門限判別的方法。通過采集大量斷絲的原始信號，利用貝葉斯分類器和最大似然與最小二乘估計子進行數(shù)據(jù)訓(xùn)練，可以得到斷絲信號的模式特征。但這個方法屬于模糊識別的類別，基本上只能做定性分析。為了定量分析，加入了門限判別，即將符合斷絲模式的信號段先選出來，然后用第一門限再進行一次定性判別，如果判別確實是斷絲信號，則用第二門限配合第一門限進行斷絲數(shù)目的定量計算。

1.3 磨損、銹蝕信號

采用磁性測量方法測量鋼纜的金屬截面積時，傳感器只能在某一測量范圍內(nèi)呈線性變化，因此，對某一規(guī)格的傳感器，只能在被測鋼纜截面積上下變化的較小范圍工作。磨損、銹蝕類信號在一段區(qū)域內(nèi)信號較為平滑，可通過截面基準值進行標定，配合截面靈敏度計算在役鋼纜的磨損程度[6]。

2 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)設(shè)計

2.1 設(shè)計目標

系統(tǒng)目標：建立一套系泊鋼纜的漏磁檢測數(shù)據(jù)的自動分析處理軟件系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對系泊鋼纜無損檢測設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進行信號過濾、轉(zhuǎn)換、顯示、標定、實現(xiàn)系泊鋼纜斷絲、磨損、銹蝕特征的自動識別和量化分析，最終生成相關(guān)的檢測報告[7]。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

系泊鋼纜漏磁檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主要包括6個模塊，總體框架見圖1。

圖1 系泊鋼纜漏磁檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)總體框架

3 功能模塊設(shè)計

系泊鋼纜漏磁檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，由檢測數(shù)據(jù)導(dǎo)入及轉(zhuǎn)換、斷絲分析、磨損分析、系統(tǒng)標定、檢測數(shù)據(jù)的圖形顯示，分析結(jié)果及報告顯示以及工程管理模塊組成[8]。

圖2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

3.1 檢測數(shù)據(jù)導(dǎo)入及轉(zhuǎn)換

系統(tǒng)能夠讀取系泊鋼纜無損檢測儀采集的原始鋼纜磁檢測數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行解析處理，然后按照容易管理的格式存入到后臺數(shù)據(jù)庫，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析、報表生成、和其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。

3.2 斷絲分析

對存儲好的數(shù)據(jù)按照設(shè)定平臺參數(shù)進行斷絲缺陷分析，分析過程能按參數(shù)自動進行，用圖表直觀給出斷絲的位置，顯示斷絲根數(shù)等詳細信息。

3.3 磨損分析

對存儲好的數(shù)據(jù)按照設(shè)定平臺參數(shù)進行磨損缺陷分析，分析過程按照輸入的磨損模型進行自動分析，用圖表直觀給出每段捻距內(nèi)鋼纜的磨損比率和捻距內(nèi)最大磨損量。

3.4 系統(tǒng)標定

系統(tǒng)能夠?qū)︿摾|參數(shù)進行設(shè)置，包括鋼纜直徑、金屬截面積、捻距、單絲直徑、采樣間隔等基本信息。系統(tǒng)還能對斷絲分析和磨損分析使用的參數(shù)進行標定以適應(yīng)不同鋼纜的具體工況。

3.5 檢測數(shù)據(jù)的圖形顯示

系統(tǒng)能夠?qū)⒙┐判盘枖?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為曲線圖，檢測數(shù)據(jù)的正常的圖形為平滑的直線，異常情況的圖形為波動的曲線。顯示的圖形能夠放大、縮小，對損傷部位進行符號標注[9]。

3.6 分析結(jié)果報告及顯示

分析結(jié)果報告包括系泊鋼纜損傷的相對位置、損傷的類型及損傷程度信息，將分析結(jié)果以報告形式輸出。

3.7 工程管理

1)新建工程。輸入要檢測的設(shè)施名稱，工程名稱，工程編號，檢測操作人員，檢測時間，備注等必要的信息。

2)打開工程?？梢詮默F(xiàn)有工程列表中選擇任意工程，打開后可對數(shù)據(jù)進行分析處理。

3)修改工程?？尚薷哪骋还こ痰墓こ虆?shù)，修改結(jié)果保存后即時有效。

4 系統(tǒng)的實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

考慮到系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)種類繁多，為了便于管理引入數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；又考慮到數(shù)據(jù)應(yīng)該支持便攜性、移動性，因此比較適合選用單機、便攜的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，經(jīng)篩選，采用SQLite3系統(tǒng)。

整個數(shù)據(jù)庫(定義、表、索引和數(shù)據(jù)本身)都在宿主主機上存儲在一個單一的文件中，非常適合集中管理數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)將涉及到的數(shù)據(jù)分為系統(tǒng)數(shù)據(jù)和工況數(shù)據(jù)(工程數(shù)據(jù))2大類，每類數(shù)據(jù)用獨立的數(shù)據(jù)庫文件存儲。系統(tǒng)數(shù)據(jù)是整個系統(tǒng)共用的數(shù)據(jù)，主要包括系統(tǒng)所使用鋼纜參數(shù)、系泊平臺參數(shù)及標定用的臨時數(shù)據(jù)等。工況數(shù)據(jù)是為每次工況建立獨立的數(shù)據(jù)庫，存儲此次工況的信息，包括工程信息、工程使用的鋼纜參數(shù)、平臺參數(shù)、斷絲分析結(jié)果、磨損分析結(jié)果等。系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

4.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

通過分析系泊鋼纜漏磁檢測數(shù)據(jù)的特點及分析數(shù)據(jù)、顯示、報告生成功能等要求[10]，進行系統(tǒng)總體設(shè)計，系統(tǒng)實現(xiàn)主界面見圖4。

1)典型斷絲分析。典型的斷絲信號為尖峰，類似于銳角的等腰三角形，如圖5所示。在斷絲分析界面，可以通過對數(shù)據(jù)的細致觀察，憑借工程人員的經(jīng)驗?zāi)軌蚋訙蚀_地判斷是否出現(xiàn)了斷絲，系統(tǒng)能夠?qū)嘟z分析結(jié)果進行人工校正，能夠完成“刪除斷絲標記”和“添加斷絲標記”等工作。

圖4 系統(tǒng)主界面

2)典型磨損量分析。在分析結(jié)果圖形上移動鼠標，會在命令區(qū)右邊實時顯示鼠標所指處的距離、磁感量、磨損數(shù)值，系統(tǒng)會以捻距為單位進行分析，并顯示此捻距內(nèi)的平均磨損百分比。為了更好地評估本捻距內(nèi)的磨損程度，系統(tǒng)給出此捻距內(nèi)磨損最大的點，并在界面上標注[11]。見圖6。

圖5 典型斷絲信號圖形

圖6 磨損量分析界面及圖形

5 結(jié)論

大量的系泊鋼纜漏磁檢測數(shù)據(jù)分析表明，SQLite3數(shù)據(jù)庫適用于本系統(tǒng)的開發(fā)，該數(shù)據(jù)庫由于占用資源低，數(shù)據(jù)分析流暢且速度快，節(jié)約了數(shù)據(jù)存儲、分析時間。

系泊鋼纜漏磁檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)能夠?qū)z測到的數(shù)據(jù)進行自動識別和量化缺陷分析，系統(tǒng)輸出內(nèi)容包括系泊鋼纜距離檢測參考點的相對位置信息、缺陷類型、缺陷長度、缺陷深度等，可提供供用戶使用的檢測報告。該系統(tǒng)能夠解除人工數(shù)據(jù)分析繁雜的工作，同時提高系泊鋼纜漏磁檢測數(shù)據(jù)分析的精度和分析效率。

數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)是對系泊鋼纜人工缺陷進行檢測，測得的信號值進行軟件分析，需要大量的實測數(shù)據(jù)，才能逐步完善系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，使數(shù)據(jù)分析結(jié)果接近真實值。因此，建議在以后的研究中需要通過豐富系泊鋼纜人工缺陷數(shù)據(jù)庫，深入研究系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)庫，為系泊鋼纜漏磁檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)提供更有力的數(shù)據(jù)支撐。

[1] 于超，鄭曉濤，董海杰．無損檢測技術(shù)在FPSO系泊鋼纜中的應(yīng)用研究[J]．船海工程，2014,43(5)：15-18．

[2] 羅曉明，汪建平，景勇．淺談生產(chǎn)期間FPSO系泊系統(tǒng)的完整性管理[J]．資源節(jié)約與環(huán)保，2012(5)：151-153．

[3] 李艷波，胡鐵華，吳哲，等．管道漏磁檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]．機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2013,26(2)：87-89．

[4] 肖麗娜，李健，陳世利,等．管道漏磁檢測數(shù)據(jù)圖形化顯示的研究[J]．電子測量技術(shù)，2007,30(2)：162-164．

[5] 金虹，肖興江，賈會英，等．PTC漏磁腐蝕檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)及應(yīng)用[J]油氣儲運，2000,19(3)：45-46．

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[8] 龐彬，李華，鄭明．管道檢測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)[J]．計算機工程與設(shè)計，2006,27(21)：4117-4119．

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[10] 張東來，徐殿國，王炎．B-小波的特點及其在鋼絲繩斷絲信號處理中的應(yīng)用[J]．哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1998,30(4)：107-112．

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Design and Implementation of Mooring Line MFL Detection Data Analysis System

YUChao,ZHAOHui-jun,YUJie

(CNOOC Energy Technology & Services-Oil Production Services Company, Tianjin 300457, China)

In order to set up a perfectly intelligent mooring line detecting software system for analyzing the detecting data of mooring line by computer automatically, a data analysis system for MFL detection of mooring line was proposed to read in, process and display the MFL data automatically, realize the automatic identification and quantification of wear and fault of mooring line, and output the custom report. The system can improve greatly the precision and efficiency of detecting data analysis of mooring line.

mooring line; MFL data; analysis system

P751

A

1671-7953(2017)05-0138-04

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.05.036

2017-07-12

修回日期：2017-08-31

于超(1986—)，男，碩士，工程師

研究方向：油田設(shè)備科研管理、海洋工程技術(shù)