系泊鋼纜漏磁檢測數據分析系統設計與實現

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(中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司，天津 300457)

系泊鋼纜漏磁檢測數據分析系統設計與實現

于超，趙會軍，余捷

(中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司，天津 300457)

為了實現對系泊鋼纜檢測數據的計算機自動分析處理，建立系泊鋼纜漏磁檢測數據分析系統，可完成系泊鋼纜漏磁檢測數據的讀入、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據分析的精度和效率。

系泊鋼纜；漏磁數據；分析系統

水下系泊鋼纜是FPSO單點系泊系統的重要組成部分，長期服役后，會因海水腐蝕、臺風破壞，施工質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，該技術在眾多檢測技術中已較為成熟，穩定性最好。無損檢測設備沿圓周方向布置多個霍爾元件傳感器，傳感器測得的數值反應了系泊鋼纜磨損、銹蝕、斷絲等信息。檢測設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據，這樣整條系泊鋼纜檢測完成后，就形成了海量的檢測數據，需要由計算機自動分析處理[2]，因此開發系泊鋼纜漏磁檢測數據分析系統，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品，故缺陷位出現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

這種信號的產生是由鋼纜本身的結構所產生的“股波信號”，理論上稱之為背景信號，是由其本身結構所產生的，系泊鋼纜無損檢測系統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[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構特征，同時也反映著鋼纜表面磨損、銹蝕等狀態。

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據訓練，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呈線性變化，因此，對某一規格的傳感器，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域內信號較為平滑，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 數據分析系統設計

2.1 設計目標

系統目標：建立一套系泊鋼纜的漏磁檢測數據的自動分析處理軟件系統，可以實現對系泊鋼纜無損檢測設備采集的數據進行信號過濾、轉換、顯示、標定、實現系泊鋼纜斷絲、磨損、銹蝕特征的自動識別和量化分析，最終生成相關的檢測報告[7]。

2.2 系統結構組成

系泊鋼纜漏磁檢測數據分析系統主要包括6個模塊，總體框架見圖1。

圖1 系泊鋼纜漏磁檢測數據分析系統總體框架

3 功能模塊設計

系泊鋼纜漏磁檢測數據分析系統整體結構圖如圖2所示，由檢測數據導入及轉換、斷絲分析、磨損分析、系統標定、檢測數據的圖形顯示，分析結果及報告顯示以及工程管理模塊組成[8]。

圖2 系統整體結構圖

3.1 檢測數據導入及轉換

系統能夠讀取系泊鋼纜無損檢測儀采集的原始鋼纜磁檢測數據，對數據進行解析處理，然后按照容易管理的格式存入到后臺數據庫，方便后續的數據分析、報表生成、和其他系統的數據交互。

3.2 斷絲分析

對存儲好的數據按照設定平臺參數進行斷絲缺陷分析，分析過程能按參數自動進行，用圖表直觀給出斷絲的位置，顯示斷絲根數等詳細信息。

3.3 磨損分析

對存儲好的數據按照設定平臺參數進行磨損缺陷分析，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鋼纜的磨損比率和捻距內最大磨損量。

3.4 系統標定

系統能夠對鋼纜參數進行設置，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。系統還能對斷絲分析和磨損分析使用的參數進行標定以適應不同鋼纜的具體工況。

3.5 檢測數據的圖形顯示

系統能夠將漏磁信號數據轉換為曲線圖，檢測數據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 分析結果報告及顯示

分析結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有工程列表中選擇任意工程，打開后可對數據進行分析處理。

3)修改工程?？尚薷哪骋还こ痰墓こ虆?，修改結果保存后即時有效。

4 系統的實現

4.1 系統數據結構

考慮到系統涉及的數據種類繁多，為了便于管理引入數據庫管理系統；又考慮到數據應該支持便攜性、移動性，因此比較適合選用單機、便攜的數據管理系統，經篩選，采用SQLite3系統。

整個數據庫(定義、表、索引和數據本身)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據。

系統將涉及到的數據分為系統數據和工況數據(工程數據)2大類，每類數據用獨立的數據庫文件存儲。系統數據是整個系統共用的數據，主要包括系統所使用鋼纜參數、系泊平臺參數及標定用的臨時數據等。工況數據是為每次工況建立獨立的數據庫，存儲此次工況的信息，包括工程信息、工程使用的鋼纜參數、平臺參數、斷絲分析結果、磨損分析結果等。系統數據結構見圖3。

圖3 系統數據結構

4.2 系統實現

通過分析系泊鋼纜漏磁檢測數據的特點及分析數據、顯示、報告生成功能等要求[10]，進行系統總體設計，系統實現主界面見圖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，可以通過對數據的細致觀察，憑借工程人員的經驗能夠更加準確地判斷是否出現了斷絲，系統能夠對斷絲分析結果進行人工校正，能夠完成“刪除斷絲標記”和“添加斷絲標記”等工作。

圖4 系統主界面

2)典型磨損量分析。在分析結果圖形上移動鼠標，會在命令區右邊實時顯示鼠標所指處的距離、磁感量、磨損數值，系統會以捻距為單位進行分析，并顯示此捻距內的平均磨損百分比。為了更好地評估本捻距內的磨損程度，系統給出此捻距內磨損最大的點，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 結論

大量的系泊鋼纜漏磁檢測數據分析表明，SQLite3數據庫適用于本系統的開發，該數據庫由于占用資源低，數據分析流暢且速度快，節約了數據存儲、分析時間。

系泊鋼纜漏磁檢測數據分析系統能夠對檢測到的數據進行自動識別和量化缺陷分析，系統輸出內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。該系統能夠解除人工數據分析繁雜的工作，同時提高系泊鋼纜漏磁檢測數據分析的精度和分析效率。

數據分析系統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，需要大量的實測數據，才能逐步完善系統的數據庫，使數據分析結果接近真實值。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據庫，深入研究系統分析數據庫，為系泊鋼纜漏磁檢測數據分析系統提供更有力的數據支撐。

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

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

[3] 李艷波，胡鐵華，吳哲，等．管道漏磁檢測數據分析系統設計與實現[J]．機電產品開發與創新，2013,26(2)：87-89．

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

[5] 金虹，肖興江，賈會英，等．PTC漏磁腐蝕檢測數據分析系統及應用[J]油氣儲運，2000,19(3)：45-46．

[6] 左憲章．永磁體漏磁檢測原理及其在無損檢測中的應用[J]．電測與儀表，1994,31(11)：16-19．

[7] 楊理踐，馮海英．基于雙正交樣條小波的管道漏磁信號的去噪和數據壓縮技術[J]．沈陽工業大學學報，2001,23(6)：479-482．

[8] 龐彬，李華，鄭明．管道檢測數據分析系統[J]．計算機工程與設計，2006,27(21)：4117-4119．

[9] 余浩然，吳斌，陳麗萍．漏磁通法油氣管道在役檢測技術[J]．實用測試技術，1997,23(5)：1-9．

[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用[J]．哈爾濱工業大學學報，1998,30(4)：107-112．

[11] 武新軍，康宜華，程順峰．基于事例推理的漏磁無損檢測數據處理方法[J]．無損檢測，2003,25(7)：365-368．

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：油田設備科研管理、海洋工程技術