一种无潜式水下管道遥操作焊接维修设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种无潜式水下管道遥操作焊接维修设备及方法，包括H型管道支撑架、套管定位器、焊接舱、套管；H型管道支撑架上设上有液压驱动的高低调整机构、左右调整机构、前后调整机构和抱管卡爪；套管定位器上设置有液压驱动的套管定位卡爪；套管带有楔形密封环；焊接舱包括三个焊接舱瓣和六个焊接卡爪，闭合后成六边形结构，中间的焊接舱瓣上设有驱动室，左焊接室和焊接舱重量调节室安装在左焊接舱瓣上，右焊接室和焊接舱排水室安装在右焊接舱瓣上，左焊接室与右焊接室呈对称布置，所述驱动室设有驱动机构和驱动齿轮；依靠套筒实现新、旧管道连接，克服了大尺寸管道水下维修时对中难的问题，遥控操作和GMAW堆焊+角焊的连接工艺又克服了水深的限制。可广泛用于水下和海底管道维修领域。

【技术实现步骤摘要】
一种无潜式水下管道遥操作焊接维修设备及方法
本专利技术涉及一种水下管道维修技术，尤其涉及一种无潜式水下管道遥操作焊接维修设备及方法。
技术介绍
随着深海油气田开发力度的增加，深水和超深水海底管道的保障和破损后快速修复任务日益艰巨。现有的海底管道维修技术主要有：无潜式深水管道法兰连接系统—BRUTUS、基于卡爪式法兰连接的海底管道维修系统DSRS(DriverlessSealineRepairSystem)、基于螺栓夹具法的深水管道快速应急修复系统—DWRUPE等。采用远程安装机械连接器对海底管道进行无潜水员辅助的维修作业时，大直径管道维修费用高、周期长的缺陷日益明显。对于直径为42″的管道，采用无潜式水下机械连接器的维修费用高达100万美元之多，因此采用机械连接器对大直径管道进行无潜式水下维修有些不切实际。为此，无潜式焊接维修系统的研发受到了广泛的关注，目前，主要的无潜式焊接维修系统有Comex公司研发的THOR-2系统、Statoil公司研发的RPRS(RemotePipelineRepairSystem)系统。THOR-2系统由船上控制系统、高压舱、焊接机头与轨道等三部分组成。整个焊接过程可通过计算机对电气参数和焊机位置等进行控制。但是，THOR-2系统采用GTAW(钨极惰性气体保护焊)对接焊工艺，需要完成高精度的管道对中，而大直径管道的水下对中作业难度大，且旧管道的圆度误差大，因此对接焊的维修工艺操作难度大，可行性差。此外，由于GTAW焊随着压力的增加会出现电弧等离子稳定性变差的现象，其适用水深一般不超过500m，远无法满足深水管道修复的水深要求。RPRS系统是挪威Statoil公司在有潜水员辅助的PRS系统基础上研发，主要由支持模块、船上控制系统和焊接舱等组成。RPRS系统采用套筒连接新旧管道，然后利用GMAW(熔化极气体保护焊)角焊工艺将管道和套筒焊接在一起，进而避免了大直径管道水下对中难的问题。而GMAW焊接工艺的应用水深可以超过1000m，满足深水管线维修的要求，且维修大直径管道的成本和周期均远远小于机械连接器的维修方案。然而该方案仍处于保密状态，且依然存在水下对中难、操纵不灵活等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种无潜式水下管道遥操作焊接维修设备及方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术的无潜式水下管道遥操作焊接维修设备，包括H型管道支撑架、套管定位器、焊接舱、套管；所述H型管道支撑架上设上有液压驱动的高低调整机构、左右调整机构、前后调整机构和抱管卡爪；所述套管定位器上设置有液压驱动的套管定位卡爪；所述套管带有楔形密封环；根据切下破损的旧管段长度在船上预制新管段，预制的新管段放入水下前，其两端分别安装所述套管定位器和带有楔形密封环的套管，预制的新管段水下就位后，启动所述套管定位器上的套管定位卡爪推动所述套管与旧管道初步连接；所述焊接舱包括三个焊接舱瓣和六个焊接卡爪，闭合后成六边形结构，中间的焊接舱瓣上设有驱动室，左焊接室和焊接舱重量调节室安装在左焊接舱瓣上，右焊接室和焊接舱排水室安装在右焊接舱瓣上，左焊接室与右焊接室呈对称布置，所述驱动室设有驱动机构和驱动齿轮；所述焊接舱卡爪上设有焊接舱驱动从动齿轮、卡箍和T形槽，所述焊接舱的三个焊接舱瓣两端通过T形轨道装于所述T形槽中，卡箍的内径与待维修管道外径一致，所述从动齿轮与所述驱动齿轮啮合，同一焊接舱可匹配多种不同尺寸的焊接舱卡爪；所述左焊接室与右焊接室通过自动舱门和焊接舱、套管以及新旧管道组成的封闭焊接空间连通，所述自动舱门与安装在所述排水室内的水位传感器连锁；所述排水室的外表面上设有单向排水阀，排水室的舱门始终处于开启状态，所述左焊接室和右焊接室的自动舱门开启前，先启动焊接舱的驱动机构，使焊接舱在限定范围内往复摆动，以尽量将舱内剩余的水自排水室排出；所述重量调节室用于调节焊接舱的平衡，并使排空水后的焊接舱整体密度接近其所在位置水的密度。本专利技术的上述的无潜式水下管道遥操作焊接维修设备实现无潜式水下管道遥操作焊接维修方法，包括：利用H型管道支撑架固定破损管段，调整旧管的位置，焊接过程维持焊接舱和管道的平稳；新管段根据切下来的破碎管段长度在船上预制；在船上将套管定位器和带有楔形密封环的套管安装在新管段的两端；套管定位器在水下的唯一动作是推动套管实现新旧管道的初步连接；利用套管两端直径大于管道外径的特性初步连接新旧管道，安装在套筒内的楔形密封环具有较大的变形量，提供密封压紧力的同时还可以补偿水下管道的圆度误差；焊接舱闭合后，焊接舱、新旧管道和套管组成一封闭的空间，在重量调节室作用下，焊接舱处于静平衡状态，旋转过程中可以在任意位置停稳，且排空水后的焊接舱整体密度接近于其所在位置水的密度，焊接过程中焊接舱处于悬浮状态；采用高压保护气排出焊接舱、新旧管道和套管组成的封闭空间内的水，营造干燥的焊接环境；焊接舱向水下放置时应尽量使排水室在下面，在重量和高压气体的作用下，排出的水会从焊接舱最低点的位于焊接室外表面的排水阀排出；只有当水位传感器确定位于焊接舱底部的排水室内无水时，才允许打开自动舱门；焊接室和的自动舱门开启后，设置在两个焊接室内的摄像照明机构和排烟器自动开启；在船上遥控操作焊枪角度调整机构、焊枪纵向调整机构和焊枪横向调整机构来调整焊枪夹持机构的位置和形态，使焊枪对准套管和管道间形成的角焊缝，按照规定的焊接工艺进行GMAW堆焊+角焊焊接；完成套管一端焊接后，重复焊枪调整操作，对套管的另一端进行焊接；焊接过程中持续向焊接舱内注入高压保护气，确保焊接舱、新旧管道和套管所形成的密闭空间内的气压高于外界水压。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的无潜式水下管道遥操作焊接维修设备及方法，依靠套筒实现新、旧管道连接，克服了大尺寸管道水下维修时对中难的问题，遥控操作和GMAW堆焊+角焊的连接工艺又克服了水深的限制。可广泛用于水下和海底管道维修领域。附图说明图1为本专利技术实施例中的破损管道示意图；图2为带有套管9和套管定位器4的新管段示意图；图3为焊接舱就位后，焊接舱及新旧管道的示意图；图4为修复后放回原位的管道示意图；图5为图3中焊接完成后的套管和新旧管道连接状态6的局部剖视图；图6为图5中楔形密封环10的截面图；图7为图3中焊接舱5的详细结构图；图8为图7中焊接舱瓣16的结构图；图9为图7中卡爪20的结构图；图10为图7中焊接室12的剖视图；图11为图2中H型管道支撑架2的详细结构图；图12为图2中套管定位器4的详细结构图；图13为图12中套管定位卡爪34的详细机构图。图中各标号对应的部件为：1-管道破损点示意、2-H型管道支撑架、3-两端带有套管和套管定位器的新管段、4-套管定位器、5-焊接舱、6-焊接完成后套管和新、旧管道的连接状态、7-旧管道、8-GMAW堆焊+角焊焊缝成型示意、9-套管、10-楔形密封环、11-新管段、12、17-左右焊接室、13-驱动齿轮、14-驱动室、15-焊接舱开合液压缸、16-焊接舱瓣、18-排水室、19-重量调节室、20-焊接舱卡爪、21-卡箍、22-焊接舱驱动从动齿轮、23-焊接室内摄像和照明机构、24-焊枪角度调整机构、25-焊枪夹持机构、26-自动舱门、27-排烟器、28-焊枪纵向调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无潜式水下管道遥操作焊接维修设备，其特征在于，包括H型管道支撑架2、套管定位器4、焊接舱5、套管9；所述H型管道支撑架2上设上有液压驱动的高低调整机构30、左右调整机构31、前后调整机构32和抱管卡爪33；所述套管定位器4上设置有液压驱动的套管定位卡爪34；所述套管9带有楔形密封环10；根据切下破损的旧管段长度在船上预制新管段11，预制的新管段11放入水下前，其两端分别安装所述套管定位器4和带有楔形密封环10的套管9，预制的新管段11水下就位后，启动所述套管定位器4上的套管定位卡爪34推动所述套管9与旧管道7初步连接；所述焊接舱5包括三个焊接舱瓣16和六个焊接卡爪20，闭合后成六边形结构，中间的焊接舱瓣16上设有驱动室14，左焊接室12和焊接舱重量调节室19安装在左焊接舱瓣16上，右焊接室17和焊接舱排水室18安装在右焊接舱瓣16上，左焊接室12与右焊接室17呈对称布置，所述驱动室14设有驱动机构和驱动齿轮13；所述焊接舱卡爪20上设有焊接舱驱动从动齿轮22、卡箍21和T形槽，所述焊接舱5的三个焊接舱瓣16两端通过T形轨道装于所述T形槽中，卡箍21的内径与待维修管道外径一致，所述从动齿轮22与所述驱动齿轮13啮合，同一焊接舱匹配多种不同尺寸的焊接舱卡爪20；所述左焊接室12与右焊接室17通过自动舱门26和焊接舱、套管以及新旧管道组成的封闭焊接空间连通，所述自动舱门26与安装在所述排水室18内的水位传感器连锁；所述排水室18的外表面上设有单向排水阀，排水室18的舱门始终处于开启状态，所述左焊接室12和右焊接室17的自动舱门26开启前，先启动焊接舱的驱动机构，使焊接舱在限定范围内往复摆动，以尽量将舱内剩余的水自排水室18排出；所述重量调节室19用于调节焊接舱的平衡，并使排空水后的焊接舱整体密度接近其所在位置水的密度。...

【技术特征摘要】
1.一种无潜式水下管道遥操作焊接维修设备，其特征在于，包括H型管道支撑架2、套管定位器4、焊接舱5、套管9；所述H型管道支撑架2上设上有液压驱动的高低调整机构30、左右调整机构31、前后调整机构32和抱管卡爪33；所述套管定位器4上设置有液压驱动的套管定位卡爪34；所述套管9带有楔形密封环10；根据切下破损的旧管段长度在船上预制新管段11，预制的新管段11放入水下前，其两端分别安装所述套管定位器4和带有楔形密封环10的套管9，预制的新管段11水下就位后，启动所述套管定位器4上的套管定位卡爪34推动所述套管9与旧管道7初步连接；所述焊接舱5包括三个焊接舱瓣16和六个焊接卡爪20，闭合后成六边形结构，中间的焊接舱瓣16上设有驱动室14，左焊接室12和焊接舱重量调节室19安装在左焊接舱瓣16上，右焊接室17和焊接舱排水室18安装在右焊接舱瓣16上，左焊接室12与右焊接室17呈对称布置，所述驱动室14设有驱动机构和驱动齿轮13；所述焊接舱卡爪20上设有焊接舱驱动从动齿轮22、卡箍21和T形槽，所述焊接舱5的三个焊接舱瓣16两端通过T形轨道装于所述T形槽中，卡箍21的内径与待维修管道外径一致，所述从动齿轮22与所述驱动齿轮13啮合，同一焊接舱匹配多种不同尺寸的焊接舱卡爪20；所述左焊接室12与右焊接室17通过自动舱门26和焊接舱、套管以及新旧管道组成的封闭焊接空间连通，所述自动舱门26与安装在所述排水室18内的水位传感器连锁；所述排水室18的外表面上设有单向排水阀，排水室18的舱门始终处于开启状态，所述左焊接室12和右焊接室17的自动舱门26开启前，先启动焊接舱的驱动机构，使焊接舱在限定范围内往复摆动，以尽量将舱内剩余的水自排水室18排出；所述重量调节室19用于调节焊接舱的平衡，并使排空水后的焊接舱整体密度接近其所在位置水的密度。2.根据权利要求1所述的无潜式水下管道遥操作焊接维修设备，其特征在于，所述套管9两端设有长度约为30mm到50mm的内锥面，最外端内径比待维修管道外径大5mm以上，距所述套管9两端向中间60mm处设置有环形密封槽，环形密封槽内装有楔形密封圈10，密封圈10内径大的一端朝外侧安装。3.根据权利要求2所述的无潜式水下管道遥操作焊接维修设备，其特征在于，所述楔形密封环10为中空型，受压时能产生较大的变形，其最大内径比所述套管9的内径大约1mm，最小内径比待维修管道外径小5mm到10mm。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬宜朋，焦向东，陈家庆，罗雨，周灿丰，顾艳红，李沛，朱加雷，陈思源，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：北京,11