水下膨胀弯测量工具

2018-12-20周健

设备管理与维修 2018年23期

周健

（海洋石油工程股份有限公司海洋工程技术服务公司，天津 300461）

0 引言

为完成中国海洋石油集团有限公司5000万m3和渤海3000万m3的宏伟目标，目前中海油正在原有平台附近新建一批采油平台，并同时加紧新海管的铺设工作。膨胀弯是海管铺设路由中不可或缺的环节，因此未来一段时间的膨胀弯安装工作量将大大增加。过去的经验表明，连接海管法兰膨胀弯最关键的工序是海管法兰之间相对空间位置和方位角的测量。对比了新设备数显示法兰测量仪和以往使用老式法兰测量仪，并对最新研发的法兰测量仪进行叙述。

过去用于海上膨胀弯测量的工具为老式机械法兰测量仪，其设备笨重、精度极低、工作效率低，针对这些缺点，研制开发了新设备数显示法兰测量仪。

1 膨胀弯测量工具历史

老式机械法兰测量仪如图1所示。机械法兰测量仪的测量精度为1°，重量40 kg，高度0.7 m，需要使用水平泡调平、螺栓固定、机械式测量读取（图2）。

使用难点：待测量的2个膨胀弯一般距离较远，二者测量角度误差越大，换算成长度后长度误差越大，如果要提高精度就会增大刻度板尺寸，从而增大测量仪尺寸，导致测量仪过重，难以操作，对结构形式和各部件连接形式较难确定；法兰测量仪的密封材料和形式需要考虑水密性、防腐、加工难度等诸多问题，较难确定；法兰测量仪的研制需要实践进行检验，并根据试用结果修改方案，反复试制，可能会导致研发周期较长。

图1 老式机械法兰测量仪

图2 工作现场

老式膨胀弯测量设备重量有40 kg左右，在陆地上需要2个人抬，在水下一般只有一位潜水员操作，要完成拆卸螺栓、安装固定、调平、上紧螺栓等一系列工作。仅调平一项工作，都要花费0.5 h左右，如果遇到水下能见度低的情况，更是一项巨大挑战。

另外，以前的测量设备精度不高，有时第一次测量不准确，安装时还需要返工。

2 研发新式法兰测量仪的想法

经过反复论证，先后设计了3种法兰测量仪（表1、图3）。

表1 新设计的3种法兰测量仪

图3 3种法兰测量仪

经过综合考虑预制难度、原理成熟性、使用方便性等因素，最后决定采用第二种作为第二代法兰测量仪（图4）。其优点主要有2个：①重量比原来减轻了62.5%；②精度比原来提高了1倍。

3 新设备数显示法兰测量仪（图5）

图4 第二代法兰测量仪

数显式法兰测量系统主要由拉绳测量装置、检测控制系统与监控软件组成。主体结构主要分为机械部分和控制部分。采用2个磁耦合传感器来测取摆杆的水平转角以及竖直仰角，数据自动记录及显示，其作用范围为50 m。该系统方案适合两海管法兰连接作业的相对位姿参数的高精度测量。数显示法兰测量仪主要技术指标：工作水深50 m，测量精度0.008°，测量角度0°～120°，适用海底管道法兰或其他水下被测物。

该设备同样也适用于深海管道及水下其他两硬质管道间位姿参数的测量。研制数显式法兰位姿精确测量设备的目的在于测量水下两管道的相对位姿（包括相对距离和相对角度），为连接管道时的陆上预制膨胀弯提供连接参数，确保最终实现海底管道的铺设并提高潜水员水下作业效率。

当测量钢丝绳张紧后，通过测量仪的拉手，带动测量仪的转动主体，绕主轴与水平轴旋转一定角度。该角度通过2个传感器读出，即是测量仪伸出臂的水平摆角及垂直俯仰角。

图6为测量仪总装的爆炸图，包括测量主体组件、水密电缆、控制器组件、基座组件。测量主体组件内有2个磁耦合传感器，控制器组件里安装有正交倾角传感器和主控电路。基座组件用于测量仪与海管法兰的连接。

为了提高膨胀弯的计算效率，还开发了专门用于处理法兰测量仪数据的应用软件，大大缩短了海上的工期（图7）。新设备数显式法兰测量仪和老式机械法兰测量仪的比见表2。