水下干式管道维修系统及其工程化应用
水下干式管道维修系统及其工程化应用
高 峰 房晓明 刘春厚 潘东民
海洋石油工程股份有限公司，天津塘沽，300451
摘 要：“十五”期间，由海洋石油工程股份有限公司承担的国家863计划“渤海大油田勘探开发关键技术”领域——“水下干式管道维修系统”课题研制获得成功，并在我国渤海湾、南海西部海底电缆检测和海底管道维修依托工程中成功应用。本文重点介绍此套具有完全自主知识产权的海底管道水下干式维修作业系统（包括其工作特点、系统组成、工作原理、关键技术等）以及工程化应用与市场前景分析。
关键词：海底电缆 海底管道 干式舱 干式维修 浑浊水域 水下开孔
高压焊接 作业机具
Submarine Dry Pipeline Maintenance System and Engineering Application
Gao Feng,Fang XiaoMing,Liu ChunHou,Pan DongMin
China Offshore Oil Engineering Company, Limited Gao Feng Fang Xiaoming Liu Chunhuo
Pan Dongming
Abstract：During the tenth five-year-plan period, “subsea dry pipeline maintain
system”project which is undertaken by COOEC and belongs to national
863 plan BoHai big oil fiel dreconnoitre and exploitation key techniche
domain has succeeded. This system has been succeedly applied in subsea
cable inspection and subsea pipeline maintain support engineering of
BoHai Bay, west of NaiHai. This paper introduces this subsea pipeline dry
maintain work system (including work characteristic、system
composition、work theory、key techniche etc) which has entire
self-determination knowledge patent、engineering application and maket
foreground analysis.
Keywords：submarine cable,subsea pipeline,habitat,dry maintenance,feculent water,
under water tapping,dry method welding,operation machine
*“863”重大专项资助项目（2002AA602012） 1 引言
我国已探明的海洋石油资源量约246亿吨，占石油资源总量的22.9%；海洋天然气资源量为15.79万亿立方米，占天然气资源总量的29.0%，海洋石油在国内石油产量的增量中，已占有越来越重要的地位。目前，我国海域已铺设的海底管道超过3000km，海底油气管道是投资高风险大的海洋工程设施，它对海上油气田的开发、生产与产品外输起着至关重要的作用。管道一旦出现损伤和泄漏，将导致油田停产，污染海洋环境，甚至引起爆炸，给企业和国家造成巨大经济损失。
表1 近年海底管道损伤事故案例统计
序号 时间 油田 损坏情况 停产、修复时间
1 1995年6月 南海西江24-3油田 XJ24-3—FPSO海管大量漏油 抢修9天
2 1995年7月 南海西江24-3油田 XJ24-3—FPSO柔性立管漏油 停产10天
3 1996年3月 南海惠州26油田 鱼网拖断管道，管道移位5米，发生泄漏 停产57天
4 1998年7月 东海平湖油田 输气管道2处变形，2处泄漏 推迟3个月供气
5 2000年5月 渤海JZ9-3油田 注水管道损坏 25天
6 2001年10月 渤海渤西油田 天然气管道泄漏 40天
7 2001年5月-2002年7月 东海平湖油田 油管断裂紧急抢修，改线永久修复 临时抢修13天，永久修复历时1年
8 2002年10月 渤海SZ36-1油田 输油管道泄漏 20天
9 2002年10月 南海西部 WZ12-1—WZ11-4A输油管道泄漏 33天
国际上许多著名的海洋工程公司及潜水作业公司都拥有承担海底管道维修工作的能力和成功经验，如SNAM公司、OCEANEERING公司。国外工程公司掌握着海底管道修复专利技术和装备，对我国设置技术壁垒。二十世纪末，国内海底管道修复工作只能委托国外工程公司进行，或与国外工程公司联合作业，国内专业公司仅初步掌握了海底管道湿式修复技术。
为此，2002年10月，由海洋石油工程股份有限公司申请的“863”计划水下干式管道维修系统课题得到了国家科技部的批准。经过4年多的研究、设计、实验、试验，于2006年11月在我国渤海湾海上试验获得成功，打破了国外海洋工程专业公司对我国的技术垄断。其创新技术成果包括水下干式作业舱及配套装备、水下开孔封堵设备与系列化设计技术、高压焊接工艺技术与TIG自动焊接设备、水下专用配套机具设备等。
水下干式管道维修系统研制成功，极大地提升了我国在海底管道检测与维修领域的作业能力。
2 水下干式管道维修系统组成与工作原理
2.1 系统组成
水下干式管道维修系统是国家“十五”863计划重大专项“渤海大油田勘探开发关键技术”中的一项课题，是针对我国渤海海域浑水环境条件，研制开发的60米水深以内、6″-- 24″管径范围内的单层管配重结构和双层管保温结构海底管道的干式维修作业系统。由水下干式舱系统、配套高压焊接技术与装备系统、水下管道密封封堵技术与装备系统、水下专用作业机具设备系统等组成。其中水下干式舱系统是为海底管道维修创造干式环境的重要装备系统之一，包括：干式舱本体结构、H型外框架、水下脐带系统、脐带终端系统、干式舱液压系统、供配电系统、供配气系统、综合监控系统、照明系统、摄像系统、通讯系统等。
2.2 工作原理
利用水下干式舱系统在海底管道泄漏点位置创造“干式”作业环境，即在舱内充入略大于水深压力的高压气体，将海水从舱内“挤压”出去，并维持舱壁内外压力平衡，形成干式高压环境。然后在舱内进行管道干式高压全位置焊接修复。系统工作原理如图1所示。
图1 水下干式管道维修作业原理图
3 关键技术与创新成果
3.1 系统关键技术
系统研制过程的关键技术包括：
（1）高压干式工作舱及密封技术
解决60米以浅海底管道修复工程中干式环境的形成，使管道焊接作业处于干式环境下操作，从而保证管道焊接质量。
（2）潜水及生命支持系统
解决60米以浅海底管道修复工程中潜水作业人员的安全技术问题，保证工程安全顺利进行。
（3）管道封堵技术
解决60米以浅海底管道修复工程中的管道封堵技术问题，保证舱内的干式工作环境。
（4）水下高压干式焊接技术
解决水下干式高压环境下的管道焊接装备与工艺技术问题，保证管道焊接质量。
3.2 系统技术创新点 （1）针对我国渤海海域水质混浊，水下能见度几乎为零，ROV作业支持无效的使用条件，在干式舱结构上首次采用了多自由度液压调舱对管技术，有效地解决了混水条件下遥控对管、抱管和密封等难题。
（2）在水下干式舱系统中首次采用了闸室式潜水员进出舱技术。潜水员可在保持干舱状态下进出舱室、传递物品或更换人员。解决了人员安全高效进出干舱的关键技术，在国际干式舱系统中属首创。
（3）在干式舱系统中首次采用了水下动力供电用户端采样、水面自动调压技术，解决了大电流（50A以上）、低电压（24VDC）、长距离供电，空载和加载时电压不稳定难题，实现了低压大功率平稳供配电目标，解决了长距离脐带水下安全有效的供电技术难题。
（4）开发的水下干式舱结构系统、脐带系统、液压系统、供配电系统、供配气系统、安全应急系统、综合监控软硬件系统、照明摄像系统和通讯系统、施工建造等综合集成技术；成功研制了一套国内自主知识产权，新型、先进、实用的水下干式舱系统，申请了发明专利。
（5）课题研制的水下开孔机为国内首台水下自动带压开孔机，技术指标达到了国外同类开孔机的先进水平，打破了国外在该设备方面对我国的技术封锁，并在以下几方面属国际首创：（1）开孔机进给深度能够预先设定，首次在水下开孔机上采用了差速机构并通过刻度盘指示的方法实现主轴进给尺度指示；（2）通过采用安全离合器、水下溢流阀、油路互锁等技术，解决了开孔机在开孔后自动停止并快速回退的难题。
（6）针对海底管道维修安全作业的要求，在海底管道钨极氩弧自动焊机上首次采用了低电压直流24VDC伺服驱动技术，适应了水下干式舱系统供电的特殊要求，首次采用了焊接过程船上遥控技术，通过焊接时潜水员出舱待命、焊机自动焊接的方式，有效地解决了焊接可能引发的潜水服燃烧等难题。
（7）利用引进、消化、吸收、再创新的科技理念，开发出了具有自主知识产权的水下管道坡口/切割机、闸刀锯、冲击铲、液压对口器，其各项技术指标达到国外同类技术的先进水平。
4 系统工程化应用
水下干式管道维修系统具有应用范围广、维修作业快捷、维修质量高、水下作业安全可靠，并且修复后的管道完整性好等优点。自2006年11月海试成功后，凭借其独有的技术特点，相继在我国渤海曹妃甸11油田海底电缆检测复位工程和南海西部涠州12-1油田2条双层海底管道修复等工程中成功应用。
4.1 曹妃店11油田海底电缆检测复位工程应用介绍
2006年12月，在进行渤海湾曹妃店油田海底调查时发现一条海底电缆被船锚拉至泥面，涉及长度约1000米。其中最有可能受到损伤的是入泥点和锚拉过的部分。曹妃店油田业主要求调查和处理这条海底电缆，以评估和确定这条海底电缆的安全性和使用风险。由于曹妃店海域水质混浊，水下可见度很低，在这种海况下，如采用潜水员探摸和水下录像的调查方式不可能提供可靠的信息。该工程于2007年1月上旬，使用刚刚研制成功的水下干式管道维修系统对受损海底电缆进行检查，通过干式舱内摄像系统对电缆状态进行记录，解决了在渤海湾水质浑浊情况下，无法进行水下外观检测和录象的难题，有效地验证了该系统在浑水环境下的整体优势，为海底电缆安全运行评估提供了重要数据。
4.2 南海西部涠州12-1油田2条双层海底管道修复工程应用介绍
2006年12月，涠洲11-4A~WZ12-1平台和WZ11-4C ~WZ11-4A平台由于海底管道发生泄漏，致使油田停产，给油公司造成了巨大的压力。
经调查：发生泄漏的两条海底管道分别为WZ11-4A ~WZ12-1平台之间的API X52 406.4mm/273.1mm 壁厚12.7mm双层海底管道，WZ11-4C~WZ11-4A平台之间的API X52 273.1mm/168.3mm 壁厚11.0mm双层海底管道。
油气管道维抢修新技术方法概述
油气管道维抢修新 技术方法概述
摘要：目前，国内的油气管道维抢修技术仍大量地存在停输、钉木楔子、焊补丁等传统人工直接作业方法，而国际上目前除了传统的管道维抢修方法外，已经向机械化、智能化、机器人化管道维抢修方向发展了。陆地管道和海底管道在油气能源输送中占据着绝对的数量级，本文将通过总结介绍国内外较新近的陆地和海洋管道维抢修技术方法，例如：双级封堵头、球形封堵头、管道内高压智能封堵球、机械三通/卡具、海洋机械连接器等，为管道维抢修从业者提供参考，共同促进我国油气管道维抢修的取长补短、快速发展壮大。
关键词：油气管道维抢修；陆地管道；海底管道；管道开孔封堵；ROV水下机器人
1引言
管道运输是一种高效、可靠、经济的油气输送方式，随着国民经济发展对油气资源需求的增加，安全可靠的油气管道输送系统，已经成为油气资源开采与输送的重要方式。随着油气管道运营时间的增长，以及腐蚀、外力干扰和管道材料自身缺陷等诸多因素的影响，管道泄漏事故时有发生，管道应急维抢修技术及装备越发受到人们的关注与重视。在油气管道的维修技术中，除了常规的管道泄漏封堵维修方法之外，通过技术的不断演变，逐渐地孕育出了多种新装备和新方法，不断的丰富着管道维抢修技术手段，并且由陆地管道维抢修向海洋管道维抢修进行拓展并成功应用。
2陆地管道维抢修新技术方法
2.1双级封堵头[1]
一般情况的带压封堵作业的封堵头为单级封堵头，对于内焊道较高的管道（直缝管或螺旋管）、天然气管道用单级封堵头的封堵效果很差，均会有不同程度的泄漏，因此在常规的封堵作业时，会增设下一个充气囊来保证单级封堵头出现泄漏时的密封补偿。因此美国TDW公司设计开发出的双级封堵头，可解决上述问题。双级封堵头的特点：
（1）一级封堵头在行进过程中推扫铁屑保证二级封堵头的高压密封性；
（2）达到工作位后，通过三通护板的平衡孔放气后检查二级封堵头的密封性，同时一级封堵头可形成双级密封，保证封堵严密性。
ELF电磁波穿透海底管道最佳频率研究
２００７年第３５卷第９期 石 油机械 ＣＨＩＮＡ ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＭＡＣＨＩＮＡＲＹ
●试验研究
ＥＬＦ电磁波穿透海底管道最佳频率研究
王莹莹 赵宏林 张 蓬 张海英
（中国石油大学（北京）机电工程学院）
摘要针对海底遥控封堵隔离系统对极低频（ＥＬＦ）电磁波的要求，采用材料为１６Ｍｎ、规格
为 ｏ６ ｍｍ×８．７ ｍｍ的管道以及ＣＤ２００Ｗ硅钢铁心，制作一绕组为１８０匝、另一绕组为４００匝的
自感线圈，并利用自制ＴＤＡ２０３０低频功率放大电路，进行实验室模拟实验。结果表明，ＥＬＦ电磁
波频率在ｌＯ～３Ｏ Ｈｚ之间时，能够很好地磁化穿透管道，且在２Ｏ Ｈｚ时感应电动势有最大值，为
最佳穿透频率，通过示波器观察，曲线波形较稳定。
关键词 遥控封堵 海底管道ＥＬＦ电磁波 信号放大 最佳穿透频率
引 言
极低频（ＥＬＦ）信号由于具有观测信号强、衰
减率小（空气中为１～３ ｄＢ／ｍ，海水中仅为０．３
ｄＢ／ｍ），且穿透深度深，抗干扰能力强，受电离层
扰动影响小，传播相位稳定等优点，已经广泛地应
用在地震、潜艇、煤炭、通信等方面¨ Ｊ。
海底遥控封堵隔离系统就是基于ＥＬＦ信号通
讯的一项高新技术。该系统在船面控制中心
（ＳＣＣ）即可实现对远端封堵模块的追踪定位、遥
控密封、遥控解封等功能，完成对管道的维修换
管、换阀、加减支路等作业，适用于直径为２５４～
１ ０６７ ｍｍ的所有海底管线，可抵抗２０ ＭＰａ的管内
压力，已经成功地应用在海底管线的维修中。这种
封堵工艺最大的优点是停工时间短、维修质量高，
可保持管道维修后的完整性，是一种方便、可靠的
管道维修新技术 ’ ］。在开发具有我国自主知识产
权的ＥＬＦ遥控封堵隔离系统中，其最核心的技术
就是利用ＥＬＦ电磁波进行管道内部以及管道内部
和外部之间的通讯，以便进行海上数据平台与管道
之间的数据交换，实现封堵器的遥控定位、密封、
解封等功能。
但是，ＥＬＦ海底遥控通讯系统天线的效率很
海洋工程常规维修中质量控制论文
浅谈海洋工程常规维修中的质量控制
【摘要】:海洋工程是全球竞争的产业，技术密集、资金密集、劳动密集，是高附加值的行业，产业带动性强，将带动我国钢铁、机械、造船、石化、高档建材等多个工业体系部门的发展。但由于海洋工程的特殊环境极其复杂性，设备设施经常出现损坏，必须加强其质量管理。本文就海洋工程常规维修中的质量控制进行了简要分析。
【关键词】：海洋工程；设备管理；海底管线；常规修复
中图分类号：k826.16 文献标识码：a 文章编号：
引言
海洋工程的质量控制就是以海洋工程建造标准为基本原则，通过科学的管理方法与先进的技术手段，对该工程进行全过程的质量监督与控制，最大限度地减少现场修整工作量，提高工作效率，降低建造成本，保证产品质量。笔者就其维修的质量控制进行分析。
一、加强海洋工程设备管理
首先应了解工程项目的施工方案，编制工机具清单，选定进场设备的规格型号和数量，编制设备机具使用计划，作为项目执行计划的附件。
设备进场前要对所需设备进行检查、调试，不允许损坏的设备进场，进场的设备要充分发挥作用，一开工就修设备的现象要杜绝。
设备的选用应本着“先调剂，后租赁”的原则，先将企业内部的闲置设备充分利用，不足部分和缺口设备，通过租赁市场租用。同时，项目自身购置设备一定要慎重，要经过多方论证、选型，必须预算投资回报率，考虑在本项目中能否收回投资，不能盲目购置设备，造成工程成本增大。
由于项目的需要必须购置新设备时，设备的选择十分关键。采购人员选择3家以上水平相当的供应商进行询价。然后进行询价、比价、议价。必要时可去设备厂家现场调研。
合理使用设备才能使设备创造更大价值，项目经理要重视设备的使用管理，设备使用管理的好坏关系到一个项目的成败，项目经理要亲自主抓设备使用管理，熟悉和掌握有关设备管理业务，了解设备的使用、维修、保养情况。
二、海底管道常规维修中的质量控制
海底管道维修作为海洋工程常规维修，由于其具有普遍性、危害较大、不易排除等特点，所以本文中就其维修过程中如何控制质量加以分析。
海底管道水击动态模拟研究
-8- ■论文广场石油和化工设备2021年第24卷
海底管道水击动态模拟研究
王培伟
(中海油研究总院有限责任公司，北京100028)
[摘要]海底液相管道在运行过程中发生关断，会产生水击现象，对海底管道及上下游平台设备造成危害。管道上下游关 阀时间以及关阀顺序是影响水击的重要因素。本文以某海底管道为例，应用瞬态模拟软件0LGA研究了动态水击过程。结果 表明，延长关阀时间可有效减缓水击；关阀顺序对水击压力有一定影响，但需根据特定管路分析下游最佳延迟关阀时间。
[关键词]海底管道；水击；关阀时间；关阀顺序；动态模拟
海底液相管道在稳定运行过程中，当阀门突
然开启、关闭或者泵发生故障时，流体的运行状
态会发生瞬时变化，从而引起水击，导致管道超
压和泵气蚀等危害[1]。产生水击的外因主要是阀门
的扰动以及泵的突然启停，内因主要是管道的弹
性和流体的压缩性。
在工程设计中，通常采用理论公式计算水击 增压。将水击增压与管道入口操作压力加和作为
水击压力P]。此方法计算的水击压力通常较为
保守，且计算的最大水击压力都在管道入口处。 OLGA软件能模拟水击从发生到逐渐衰减的过程，
最大水击压力可能位于下游SDV阀处。通过动态
模拟，对管道设计压力的确定以及水击保护措施
的选择提供了依据。
1理论公式水击计算
从水击理论计算公式看出，影响水击增压
的主要因素有液相流速和水击波速，水击波速
主要与管径、壁厚、管道和流体的弹性系数有
关。本文以两座平台之间的一条己建注水管道为 例，进行水击计算。该管道长2.54 km,管外径
16in,正常输送条件下，管道入口最大操作压力
11500kPaA。
1.1水击波速计算
p{i + Tfj
式中，a—水击波速，m/s;
P—液体密度，kg/m3;K一液体体积弹性系数（水的弹性系数，
2.18Xl〇9Pa)；
d—管道内径，m;
5—管道壁厚，m;
C, 一管道约束系数，海底管道通常取1;
E -管材弹性模量（钢管弹性模量为
海底管道清管多球收球筒的研制
海底管道清管多球收球筒的研制
郑松贤;赵刚;李秀乾;罗召
【摘 要】清管工作是新铺海底管道投产前预调试阶段的一个关键环节,而传统的收球方式存在安全性差或操作不便捷、 制造成本高等方面的问题.创新设计一种海底管道清管多球收球筒,它采用金属结构、 设计可视窗口、 旋转侧开栅栏门,使用ANSYS软件进行强度计算模拟校核,解决了网兜收球的安全性、 常规收球筒多次开盖查看问题以及一次接收多个清管球的问题.在\"PY34-1海底管道清管试压排水干燥项目\"和\"JZ25-1S二期开发项目\"等多个项目中使用效果良好,达到了预期目的,水下、 水上清管效率明显提高,为清管工艺收球操作提供了更好的解决方案.
【期刊名称】《石油工程建设》
【年(卷),期】2019(045)002
【总页数】4页(P37-39,45)
【关键词】清管器;收球筒;强度计算;海底管道
【作 者】郑松贤;赵刚;李秀乾;罗召
【作者单位】海洋石油工程股份有限公司, 天津300461;海洋石油工程股份有限公司, 天津300461;海洋石油工程股份有限公司, 天津300461;海洋石油工程股份有限公司, 天津300461
【正文语种】中 文
清管是管道投产前或运行中的一项重要工作[1]，对新铺海底管道投产前进行清管不仅可以清除管道内的小型杂物，保证投产后海底管道输送介质纯净度，还可以检测海底管道在安装过程中是否产生损坏[2]。由于清管时，需要向管内发射多个球，因此，收球工作也是其中的重要内容。
目前，对海底管道清管通常采用网兜或者常规收球筒收球。在网兜收球过程中，由于清管球速度过快，对收球网兜造成较大的冲击力，可能出现清管球飞出网兜，从而导致飞出的球无法正常回收；另外，清管球飞出会造成人员及设备财产损失。综上，网兜收球存在安全隐患。而常规收球筒虽然安全，但无法观察到清管球的到达情况，需要多次开盖查看。
为了克服现有技术存在的上述缺点，设计一种海管清管多球收球筒，其不仅能够将清管球收入筒中，解决了收球筒的安全和操控性问题；而且，还能够观察清管球的到达情况，便于水下机器人和收球人员观测，避免了常规收球筒需要多次开盖查看的麻烦；同时，能够方便、快速取出清管球；并能够根据海底管道清管要求，一次收取多个清管球，大大提高了清管效率。
1500m内不同水深应急维修工机具简介
1500m内不同水深应急维修工机具简介
张人公;王伟
【摘 要】在分析油气田水下设施特别是海底管线的损坏形式及维修方法的基础上,针对海上油气田水下设施应急维修作业需求,根据目前我国南海深水油气开发的特点,对1500 m以内适用于不同水深开发的水下维修工具进行介绍,从中总结了海底管线应急维修工机具发展规律,并对国内深水维修工机具的发展情况进行了介绍.
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2015(000)007
【总页数】4页(P192-195)
【关键词】海底管线;水下应急维修;维修工具;深水
【作 者】张人公;王伟
【作者单位】深圳海油工程水下技术有限公司,广东深圳518067;深圳海油工程水下技术有限公司,广东深圳518067
【正文语种】中 文
【中图分类】P754.3
0 引 言
由于水下设施运行环境的复杂性，致使水下设施的损坏不可避免。水下设施应急维修系统作为水下生产系统安全生产的重要保障，是深水水下工程必不可少的系统。针对海上油气田水下设施应急维修作业需求，水下应急维修技术、作业装备和维修机具成为主要研究和发展对象。在水下设施应急维修中，水下基盘、管汇等组块化结构物维修主要是采取直接更换；水下维修绝大部分为海底管道的维修。作为水下应急维修系统重要组成的应急维修工具成为研究的重点。结合我国浅水及南海1500 m水深的荔湾3-1气田深水油气田开发的实际需求，很有必要对1500 m水深内适用于不同水深的海底管道应急维修工具进行介绍，促进水下设施应急维修系统的研究。
1 油气田水下生产设施损坏类型及维修方法简介
由于受到第三方、管道缺陷及自然环境等因素的影响，会对水下生产设施造成不同程度的损伤，如变形、凹陷、泄漏、破裂等。根据管道损坏的情况及施工装备等因素，管道维修分为水上维修和水下维修；水上维修方法只适用于状态较好的海底管道,需要专门的施工作业铺管船,维修只需
要较少的特种机械,维修速度快,维修质量较高。但这种维修方法对海域工况有较严格的限制,只适用于铺设、维修较浅海域的管道 ［1］。本文仅针对水下维修工机具进行介绍，水下维修可分为干式维修和湿式维修，干式维修主要针对范围较小的损伤，并且由潜水员直接参与，作业水深在300 m以内；而湿式维修应用于绝大部分的海底管道维修，维修方法和维修工具很丰富。从维修方法看根据损伤类型和范围可采取膨胀弯维修、夹具维修或重新铺管。对于弯曲变形和局部破损采用膨胀弯维修、大破损采用重新铺管，而小泄漏可用夹具维修，根据局部损伤范围的大小可采用膨胀弯维修和夹具维修。海底管线损坏类型及维修方式［2］如表 1。
基于模糊PID控制的水下闸刀式管锯液压伺服系统设计
３６ 压与气动
基于模糊ＰＩＤ控制的水下闸刀式管锯液压
伺服系统设计
弓海霞１．２，赵杰 ，孟庆鑫０，张岚１，
Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｓｅｒｖｏ—ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｇｕｉｌｌｏｔｉｎｅ
Ｓａｗ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｆｕｚｚｙ—Ｐ ＩＤ
ＧＯＮＧ Ｈａｉ ｘｉａ －．，ＺＨＡＯ Ｊｉｅ ，ＭＥＮＧ Ｑｉｎｇ—ｘｉｎ２，ＺＨＡＮＧ Ｌａｉ ・
（１．哈尔滨工业大学机电学院，黑龙江哈尔滨１５０００１；２．哈尔滨工程大学机电学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）
摘要：针对海下工程作业工具——闸刀式管锯进给系统的速度要求，设计了阀控液压马达速度伺服系 统。该文建立了该系统的数学模型，对影响控制系统特性的因素进行了分析。针对系统非线性严重的特点，
提出了模糊ＰＩＤ控制策略，建立了模糊控制规则，规划了隶属度函数，较好解决了这种非线性系统同时提高 进给速度快速性、稳定性和保证精度的问题。仿真结果研究表明，该控制方法应用于闸刀式管锯的液压控制
系统具有稳定性好、响应快、结构简单的特点。
关键词：水下闸刀锯；液压伺服系统；模糊ＰＩＤ控制
中图分类号：ＴＨ２７３．４文献标识码：Ｂ文章编号：１０００—４８５８（２００６）１２—００３６—０６
引言 随着我国石油、天然气资源的开发和国际贸易的
迅速发展，在日益频繁的运输过程中，常发生油气管
道、石化管道、供热管道等的破裂，不但引起巨大的经
济损失，而且给周围环境带来严重的污染。因此，相应
的管道修复工程方面的高技术需求日益增大。
本题目结合国家“８６３”课题“水下干式管道维修系
统”的子课题“水下作业机具的研制”而展开，针对油 气、化工、海洋工程等领域亟待解决的管道维修问题进
行关键技术研究。
管道维修作业机具的研制是一个具有一定技术难
度的科研任务，可参考资料相对较少，从实际使用条件
和环境要求的角度来考虑，要能够适应恶劣环境的影
水下生产控制系统液压管路设计及仿真
第９期 ２０１５年９月 机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｌ３５
水下生产控制系统液压管路设计及仿真
苏锋 ，马洪文 ，曹学伟 ，王立权
（１．海洋石油工程股份有限公司，天津３０００５１；２．哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１）
摘要：首先介绍了水下生产控制系统的组成及工作原理，按照设计要求，对水下生产控制系统液压系统进行了设计
计算。主要包括阀执行器推力、运动速度及流量计算，液压系统油管内径尺寸计算，液压系统压力损失计算等，并用
ＡＭＥＳｉｍ软件对液压系统的低压部分和高压部分进行了仿真计算，通过仿真结果曲线图，如果液压系统多个执行器相
继打开的情况下对系统压力造成的影响可以忽略不计，符合设计要求，为今后水下生产控制系统液压系统的设计计算
奠定了基础。 关键词：水下生产控制系统；液压系统；ＡＭＥＳｉｍ；仿真
中图分类号：ＴＨ１６；ＴＨ１３７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—３９９７（２０１５）０９—０１３５—０４
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｌｉｎｅｓ ｏｆ Ｓｕｂｓｅａ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ
ｓｕ Ｆｅｎｇ ，ＭＡ Ｈｏｎｇ－ｗｅｎ ，ＣＡＯ Ｘｕｅ－ｗｅｉ ，ＷＡＮＧ Ｌｉ－ｑｕａｎ
（１．Ｏｆｆｓｈｏｒｅ Ｏｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００５１，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｉｌｏｎ￣ｉａｎｇ Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｈ ｆｉｒｓｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｓｕｂｓｅａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ
湿式消火栓系统改成干式消火栓系统的施工方案
湿式消火栓系统改成干式消火栓系统的施工方案
系统选择
1、市政消火栓和建筑室外消火栓应采用湿式消火栓系统。
说明：湿式消火栓系统管道是充满有压水的系统，高压或临时高压湿式消火栓系统可用来对火场直接灭火，低压系统能够对消防车供水，通过消防车装备对火场进行扑救。湿式消火栓系统同干式系统相比没有充水时间，能够迅速出水，有利于扑灭火灾。在寒冷或严寒地区采用湿式消火栓系统应采取防冻措施，如干式地上式室外消火栓或消防水鹤等。
2、室内环境温度不低于4℃，且不高于70℃的场所，应采用湿式室内消火栓系统。
说明：室内环境温度经常低于4℃的场所会使管内充水出现冰冻的危险，高于70℃的场所管内充水汽化加剧有破坏管道及附件的危险，另外结冰何和汽化都会降低管道的供水能力，导致灭火能力的降低或消失，故以此温度作为选择湿式消火栓系统或干式消火栓系统的环境温度条件。
3、室内环境温度低于4℃，或高于70℃的场所，宜采用干式消火栓系统。 4、建筑高度不大于27m的多层住宅建筑设置室内湿式消火栓系统确有困难时，可设置干式消防竖管、SN65的室内消火栓接口和无止回阀和闸阀的消防水泵接合器。
5、严寒、寒冷等冬季结冰地区城市隧道及其他构筑物的消火栓系统，应采取防冻措施，并宜采用干式消火栓系统和干式室外消火栓。
说明：严寒、寒冷等冬季结冰地区城市隧道、桥梁以及其他室外构筑物要求设置消火栓时，在室外极端温度低于4℃时，因系统管道可能结冰，故宜采用干式消火栓系统，当直接接市政给水管道时可采用室外干式消火栓。
6、干式消火栓系统的充水时间不应大于5min，并应符合下列规定：
1)在进水干管上宜设雨淋阀或电磁阀、电动启动阀等快速启闭装置，当采用电磁阀或电动阀时开启时间不应超过30s；
2)当采用雨淋阀时应在消火栓箱设置直接开启雨淋阀的手动按钮；
3)在系统管道的最高处应设置快速排气阀。
说明：干式消火栓系统因为其内充满有压空气，打开消火栓后先要排气，然后才能出水，因出水滞后而影响灭火，所以本次规范制订规定了充水时间。 干式消火栓系统如同干式自动喷水灭火系统，当采用雨淋阀时未半自动系统，当采用干式报警阀时为自动干式系统，设置雨淋阀和干式报警阀的目的是为了接通或关断间消火栓管道系统的供水，并通过压力开关向消防控制室报警。为使干式系统快速充水转换成湿式系统在系统管道的最高处设置自动快速排气阀。有时干式消火栓系统也采用电磁阀和电动启动阀门，电磁阀的启动时间是及时性的，但电动阀的启动时间过长会影响消防给水的及时性，为此规定电动阀的启动时间不应超过30s，电磁阀的形式很多，有些电磁的弹簧浸泡的水中时间长了会造成可靠性降低，因此应采用弹簧非浸泡在水中的弹簧，另外电磁阀一般应选择失电开启型，且宜有紧急断电启动按钮。
江底天然气管道泄漏修复方法的研究
１９２ 应用方法论 科２０１ 宰 蟊 ２年第２期席ｉＬ
江底天然气管道泄漏修复方法的研究
倪宏伟，程锋，付飞
（重庆燃气集团管道维护分公司，重庆４０００２０）
摘要本文介绍了一种水下钢制管泄漏快速简易修复方法，适用于水下修复泄漏的天然气管道、自来水管道、石油管道、压缩空气管
道、等带压金属管道。该方法采用堵漏专用夹具修复水下钢制管道，设备比较简单，操作简便，施工可行，速度快，修复费用低廉，只
有工程造价的百分之一，效果好。这一新技术的出现，将结束过江河泄漏，采用围堰施工法，更换新气管法的历史。
关键词天然气管道；水下；泄漏；修复方法
中图分类号Ｔｕ 文献标识码Ａ 文章编号１６７３—９６７１一（２０１２）０１２—０１９２—０２
因水下环境的复杂性，致使水下管道的破损不可避免，因此，水下
管道维修技术就应运而生。同时，维修水下破损管道的难度最大、技术
含量最高已成为业内人士的共识。２０１ １年ｌ １月２６日，重庆燃气集团职工
在对嘉陵江飞浪子过江管道的定期巡查中发现江底有天然气管道经过的
江面上有气泡冒出，对江面冒出的气体进行检测，发现其含有甲烷、乙
烷，确定这是一起天然气泄漏事故，管道维护分公司在带压、不停气的
情况下，利用专用夹具对该管线进行修复，取得了良好的经济效益。
１修复技术的筛选和修复方案的确定
１．１修复技术的筛选
常用的水下管道维修可分为以下几个大类：水上焊接法、水下焊接
法、用穿插ＨＤＰＥ（高密度聚乙烯）管衬里技术法和夹具注胶法。
１）水上焊接法。先把水下管道切断或切除破损段，然后把管道的
２个管端吊出水面，焊接修复短节部分，做好无损检验和涂层后，再把
管道放回水底，即完成维修工作。这种方法仅限于浅水区域和小管径管
道，而且要考虑到管道提升过程中所受到的应力和可能产生的危险陛。
２）水下焊接法。水下焊接法又分为水下干式高压焊接法和水下湿
式焊接法。水下干式高压焊接维修步骤为切除破损管段，在水下安装焊