对油气资源需求量越来越大的今天，，，，，，入们正在将眼光投向海洋。。。。。。。。全球海上油气资源约莫有44％贮保存海平面300m以下的深水海域。。。。。。。。中国海洋石油总公司正在制作3000m深水铺管船，，，，，，在“十一五”时代要建成3000m海底管道敷设能力。。。。。。。。因此，，，，，，在海洋石油走向深水的生长趋势下[1]，，，，，，水下自动化作业机具的研制具有重大现实意义。。。。。。。。

水深500m左右的浅水海底管道大多是通过潜水员直接使用或以水下密封舱作为作业空间实验毗连。。。。。。。。而深水区域海底管道的毗连要领大都是机械毗连要领[2]，，，，，，大致可以分为3种：卡爪式毗连、夹具式毗连和法兰式毗连。。。。。。。。法兰式毗连是常用机械毗连方法，，，，，，是目今海洋探索研究的管道回接方法之一[3]。。。。。。。。

针对深海管道钛法兰毗连手艺，，，，，，着重先容其作业机具的生长现状，，，，，，并对其事情原理举行总结，，，，，，以便为法兰毗连机具的研制提供研究思绪。。。。。。。。

1、深海管道法兰毗连手艺

1.1水下法兰毗连手艺概述

水下回接是深海管道敷设主要组成部分。。。。。。。。水下回接手艺是指将新开发的生产管道并入已建的管网，，，，，，充分使用已建设施，，，，，，使边际小油田开发变得经济有用，，，，，，其主要内容包括：管道与平台的毗连、管道与管网的毗连、管道与立管的毗连和管道问的毗连等。。。。。。。。

深海管道法兰毗连手艺属于水下回接手艺，，，，，，是将海底管道通过法兰螺栓毗连方法毗连，，，，，，实现管道敷设的手艺[4]。。。。。。。。深海管道法兰毗连机具是应用于海底管道水下作业手艺的一种特种机具。。。。。。。。唬；；；；；；呖梢酝瓿珊５坠艿赖姆ɡ寂连，，，，，，是回接历程的最后一步。。。。。。。。其同时可以应用于水下维修，，，，，，适合于种种海区和差别水深的作业要求[5]。。。。。。。。由于潜水员在深水海底不可直接施工，，，，，，只有在水下机械人ROV(RemotelyOperatedVehicle)的辅助下作业，，，，，，同时深海又具有高静压、侵蚀等特征，，，，，，导致深海管道法兰毗连机具设计具有很浩劫度。。。。。。。。设计出远程操控的法兰毗连机具将大大提高我国在水下回接的手艺水平。。。。。。。。

1.2典范法兰毗连机具

在深海管道法兰毗连机具的研究和应用领域中，，，，，，美国Sonsub公司、挪威Acergy公司和瑞士的AllseasGroup公司均拥有相关手艺和产品。。。。。。。。其中Sonsub公司和Acergy公司的深海管道法兰毗连机具最具有代表性，，，，，，并都有现实工程应用。。。。。。。。

1)Sonsub公司水下管道毗连BRUTUS系统[6。。。。。。。。]的法兰毗连机具如图1所示。。。。。。。。      钛法兰毗连机具由两部分组成，，，，，，划分是螺栓插入张紧机具BITT(BoltInserationandTensioningT001)和螺母库NM(NUTMagazine)。。。。。。。。图1-a为螺栓插入张紧机具，，，，，，用于携带毗连法兰的螺栓；；；；；；；；图1-b为携带螺母的螺母库。。。。。。。。螺栓插入张紧机具和螺母库上装置有ROV接口模？？？？椋，，，，，RoV可以携带螺栓插入张紧工具和螺母库在水下运动，，，，，，并向螺栓插入张紧工具和螺母库提供动力和控制信号，，，，，，同时将反响信号转达给事情母船。。。。。。。。为了利便水下操作，，，，，，螺栓插入张紧工具和螺母库上装置有浮力质料，，，，，，使其处于零浮力状态。。。。。。。。

机具对孔操作由水下电视监测，，，，，，通过视觉视察一直调解误差，，，，，，完成对孔作业。。。。。。。。对螺栓预紧力监测接纳传感器，，，，，，以便准确控制预紧力。。。。。。。。2000年在挪威外海400m深处完成了406.4 mm管道法兰的毗连和254.01TtlTI软管法兰的毗连。。。。。。。。该机具最大事情水深是3000m，，，，，，最大毗连受径是609.6mm，，，，，，适用于API标准法兰。。。。。。。。

2)Acergy公司的MATIS系统‘8—93法兰毗连机具如图2所示。。。。。。。。该机具结构是一体的，，，，，，所有功效部件都装置在外框架上，，，，，，包括螺栓插入功效部件、螺母拧紧功效部件、机械手和一个存储螺栓、螺母、密封垫片的机具仓等。。。。。。。。接纳模？？？？榛杓瓶梢谰菖连受道尺寸、事情水深和毗连受道形式的差别接纳差别的组合方法。。。。。。。。螺栓插入功效部件和螺母拧紧功效部件 被装置在一个滑动梁上，，，，，，在液压缸的推动下螺栓插入功效部件和螺母拧紧功效部件可沿着滑梁移动，，，，，，完成螺栓插入等行动。。。。。。。。法兰毗连机具上设置ROV接口和浮力块，，，，，，整套机具可由RoV水下携带，，，，，，并从ROV获得动力和控制信号。。。。。。。。ROV可以在事情母船上装置到毗连机具上，，，，，，也可以在水下与毗连机具团结。。。。。。。。对孔操作由水下电视监测，，，，，，通过视觉视察一直调解误差，，，，，，完成对孔作业。。。。。。。。该机具装有一个存储螺栓、螺母和密封垫片的机具仓，，，，，，携带的螺栓、螺母和密封垫片数目能够知足三对法兰的毗连，，，，，，以是一次下水可以举行多次毗连，，，，，，并镌汰了由于螺栓、螺母或垫片跌落造成的毗连失败概率。。。。。。。。

Acergy公司对法兰毗连机具的研究起子1994年，，，，，，机具具有更多的工程应用和更深的水下事情纪录。。。。。。。。第一次应用于1999年，，，，，，在挪威为Statoil公司(挪威国家石油公司)完成了一个228.6mm管道法兰的毗连，，，，，，水深98m。。。。。。。。2000年10月又为Statoil公司在北海的Gullfaks完成了558.8～609.6Erlm管道法兰的毗连，，，，，，水深215m。。。。。。。。2001年10月在西非安 哥拉的Girassol举行了100多个法兰的毗连，，，，，，管道法兰尺寸为228.6～330.2ram，，，，，，最洪流深抵达1400m，，，，，，毗连形式包括管道与平台的毗连、管道与立管的毗连等。。。。。。。。Acergy法兰毗连机具的最大事情水深达3000m，，，，，，可毗连受径规模是101.6～914.4131111，，，，，，适用于API和ANSI标准法兰。。。。。。。。

综上所述，，，，，，现在深海钛法兰毗连机具手艺只掌握在外洋少数至公司手中，，，，，，而海内较少有相关研究，，，，，，没有成熟装备，，，，，，都是通过租赁美国或挪威等国家水下机具举行作业。。。。。。。。

2、三瓣式深海管道法兰毗连机具结构设计

深海管道法兰毗连机具接纳三瓣式结构，，，，，，主要包括：外框架、内框架、液压控制模？？？？椤⑺律阆窕⒖ㄗ埂⒙菟狻⒙菽缚夂蚏OV接口平台等8部分。。。。。。。。三维模子如图3所示。。。。。。。。外框架为桁架式结构，，，，，，是整个机具的支持体，，，，，，联络各个部件并包管各部件与管道、法兰的相对位置精度；；；；；；；；内框架搭载螺栓库和螺母库，，，，，，其可以绕管道周向转动，，，，，，包管螺栓与法兰孔 可以实现瞄准；；；；；；；；液压阀箱内液压阀的开合，，，，，，驱动液压缸和液压马达行动，，，，，，实现机具的各项功效；；；；；；；；水下摄像机监测机具作业状态，，，，，，反响管道与机具、法兰与机具的位置信息，，，，，，并将其显示在上位机显示终端上；；；；；；；；卡爪机构与外框架通过螺栓毗连，，，，，，可将整个机具定位于海底管道；；；；；；；；ROV接口平台与辅助作业ROV上的专用接口对接，，，，，，实现RoV动力液压源、信号源与机具毗连；；；；；；；；螺栓库用于存放螺栓并插入螺栓，，，，，，装置在管道的运动法兰一侧，，，，，，接纳三瓣式结构，，，，，，具有拉伸预紧螺栓的功效；；；；；；；；螺母库用于存放螺母并拧人螺母，，，，，，装置在管道的牢靠法兰一侧，，，，，，也接纳三瓣式结构，，，，，，拧入牢靠法兰一侧的螺母。。。。。。。。管道为机具的操作工具。。。。。。。。操控系统由操控面板和上位机PC组成，，，，，，操控系统发出指令后，，，，，，PLC下位机控制系统控制液压阀箱行动，，，，，，实现机具各部分作业。。。。。。。。远程操控的RoV，，，，，，可以为无人法兰毗连提供须要的辅助作业，，，，，，如携带机具定位到管道上与ROV接口平台对接等，，，，，，同时为机具提供液压动力源。。。。。。。。

机具事情原理：机具通过卡爪机构定位到管道后，，，，，，螺栓库与螺母库随内框架转动；；；；；；；；螺栓库携带的螺栓部分插入旋转法兰孔，，，，，，发动旋转法兰转动，，，，，，调解旋转法兰与牢靠法兰使其对正；；；；；；；；法兰孑L对正之后，，，，，，螺栓库插入螺栓，，，，，，另一侧的螺母库拧入螺母。。。。。。。。其中，，，，，，螺栓库沿周向均布16个结构相同的拉伸拧紧机构，，，，，，接纳拉伸螺栓预紧方法，，，，，，每个都具有拉伸螺栓拧入螺母的功效，，，，，，法兰两侧的螺母拧入施加了预紧力的螺栓，，，，，，最终实现管道的法兰螺栓毗连。。。。。。。。

3、三瓣式深海管道法兰毗连机具作业计划

深海管道的毗连，，，，，，由于受到水深的制约，，，，，，不可能接纳潜水员作业形式，，，，，，也未便接纳水下密封舱作业形式，，，，，，它接纳一种无潜水员的自动回接要领，，，，，，通过水下机械人ROV控制法兰毗连机具完成管道的法兰毗连。。。。。。。。该自动法兰毗连机具的条件条件有：RoV控制整个历程，，，，，，可以监测法兰孔的对正精度、提供液压油源等外部行动；；；；；；；；两个管道已经由其他作业机具拖拽靠近，，，，，，且包管两个管道的法兰贴近距离和管道同轴度在划定的规模内。。。。。。。。图4为作业机具就位图，，，，，，包括毗连机具和辅助机具。。。。。。。。辅助机具有轴向瞄准机具、接应机具、RoV和H架等。。。。。。。。在法兰毗连作业之前，，，，，，H架将管道提升离海底面一定高度，，，，，，轴向瞄准机具和接应机具配相助业实现管道的初瞄准，，，，，，这样辅助机具可以将两管道对齐到一定精度，，，，，，再由法兰毗连机具作业，，，，，，最终实现管道法兰的毗连。。。。。。。。

详细毗连作业历程计划如下，，，，，，部分行动如图5所示：

1)海上操控船装载法兰毗连机具和其他辅助机具定位到回接所在的海面，，，，，，然后把所有装备传送到水下回接所在，，，，，，准备举行对接使命。。。。。。。。

2)RoV携带辅助机具就位到事情所在后，，，，，，轴向瞄准机具和接应机具将管道粗瞄准。。。。。。。。

3)ROV将机具传送到完成粗瞄准的管道上，，，，，，控制机具的卡爪机构夹紧管道，，，，，，三瓣式开合机构闭合，，，，，，螺栓库和螺母库中心线基本与法兰中心线对正。。。。。。。。

4)控制机具框架调理装置推动螺栓库前进，，，，，，至靠近法兰端面阻止；；；；；；；；旋转机构转动螺栓螺母库，，，，，，调理螺栓与旋转法兰的法兰孔瞄准。。。。。。。。

5)待螺栓与法兰孔瞄准后，，，，，，推动螺栓库前进，，，，，，将螺栓最后插入旋转法兰孔；；；；；；；；再次转动螺栓螺母库，，，，，，调理旋转法兰与牢靠法兰的法兰孔瞄准，，，，，，如图5-a。。。。。。。。

6)待法兰孔瞄准后，，，，，，将螺栓完全插入旋转法兰，，，，，，同时推动螺母库前进与法兰端面贴合；；；；；；；；控制机具螺母库旋入螺母。。。。。。。。

7)待螺母旋人后，，，，，，控制机具螺栓库张紧螺栓，，，，，，如图5-b；；；；；；；；完成毗连后，，，，，，推动螺栓螺母库退却，，，，，，如图5-c。。。。。。。。

8)待螺栓螺母库退却到初始位置，，，，，，控制机具开合机构爪瓣与夹紧机构卡爪张开，，，，，，准备撤离机具；；；；；；；；最后，，，，，，由ROV控制机具撤离管道，，，，，，如图5-d。。。。。。。。至此，，，，，，作业竣事，，，，，，完成管道法兰的远程操控毗连。。。。。。。。

4、结论

我国深水海域情形较为重大，，，，，，海底管道法兰毗连需要多机具联相助业，，，，，，设计具有难度。。。。。。。。针对深海管道敷设的需求，，，，，，综合思量作业情形、水下作业机具要求等因素，，，，，，提出了具有自主知识产权的三瓣式法兰毗连机具结构和作业历程计划，，，，，，为进一步研究法兰毗连机具指明晰偏向。。。。。。。。

参考文献

[1]焦向东，，，，，，周灿丰，，，，，，陈家庆，，，，，，等。。。。。。。。21世纪海洋工程毗连手艺的挑战与对策[J]。。。。。。。。焊接，，，，，，2007，，，，，，l(5)：23—26.

[2]周灿丰，，，，，，焦向东，，，，，，陈家庆，，，，，，等.海洋工程水下毗连新手艺[J].北京石油化工学院学报，，，，，，2006，，，，，，14(3)：20一22.

[3]于达.海底自然气管道投产案例剖析[J].自然气工业，，，，，，2007，，，，，，27(10)：109—111.

[4]时黎霞，，，，，，李志刚，，，，，，赵冬岩，，，，，，等.海底管道回接手艺[J].自然气工业，，，，，，2008，，，，，，28(5)：106-108。。。。。。。。

[53刘春厚，，，，，，潘东民，，，，，，吴谊山.海底管道维修要领综述[J].中国海上油气，，，，，，2004，，，，，，16(1)：60-61.

[6]G10VANNICORBETTA，，，，，，DAVIDS.COX.Deepwatertie-insofrigidlines：horizontalspoolsorverticaljumpers[C]／／SPEOffshoreEuropeConferenceProceedings.Aberdeen(Scotland)：SocietyofPetroleumEngineers(SPE)，，，，，，1999：203—209.

[7]CORBETTAG，，，，，，CURDENR.Anewapproachtocapexandtopexreduction：anintegratedsystemforromotetie-insandpipelinerepair[C3／／Proceedings oftheAnnualOffshoreTechhobgyConference.Houston；；；；；；；；OffshoreTechnologyConference，，，，，，2000：313—319.

[8]VINCENTALLIOT，，，，，，IANFRAZER.Tie-insystemuseslow-costflangesondeepwatergirassoldevelopment[J].Oil&GasJournal，，，，，，2002：96—104.

[9]Stoltoffshore|imited.Remoteboltedflangeconnectionapparatusandmethodsofoperationthereof：Norway，，，，，，In—ternationalPatent。。。。。。。。w003／040602[P].2005—05—15.

相关链接