中国造领先世界同行-《科技日报》报道我校水下焊接科研成果

1115晚上730分,渤海湾早已一片漆黑,海风吹来有些刺骨。而在天津锚地,海洋石油工程股份有限公司所属的滨海105作业船上,一群人正在为一项水下开孔试验紧张地忙碌着。

直到晚上950分,水下开孔机被吊装到作业船甲板上,从管道三通上卸下,在船上灯光的照耀下,可以清楚地看到管道上被开出了一个完全按预定要求、与管道内径等径的孔,甲板上瞬时爆发出了热烈的掌声,打破了刚才船上凝重沉闷的气氛。

这是由海洋石油工程股份有限公司负责的863计划课题水下干式管道维修系统的四个子课题之一–––“水下密封与封堵子课题的水下开孔机海底试验。从1112日到18日,该课题的各个子课题在海底试验中陆续成功。

1121,国家863领域专家组赴天津评审后认为,水下干式管道维修系统的研制成功,填补了我国海洋技术领域海底管道水下干式维修技术的空白。

 

一个产学研结合的成功范例

海洋石油工程股份有限公司总工程师、水下干式管道维修系统课题组组长房晓明告诉记者,水下干式管道维修系统十五国家863计划重大专项渤海大油田勘探开发关键技术中的一个重要组成部分,适用于渤海海域浑水环境条件海底管道的干式维修作业。课题由干式作业舱及舱管密封技术、海底管道开孔封堵技术、水下高压干式焊接技术、系统集成与水下专用配套作业机具技术等四个子课题组成。

在课题研发成功和海底管道维修系统建成、投入后,可以形成对水深60米以内的单层管配重结构海底管道和双层保温管结构海底管道的快速维修能力。可以实现由国内工程公司完成海底管道的维修工作,保障海上油气田的安全生产,达到降低维修作业成本,减少国家和企业损失。

值得一提的是,这一课题的研究是典型的产学研结合。课题由海洋石油工程股份有限公司承担,上海交通大学、中国石油大学(北京)、北京石油化工学院、哈尔滨工程大学等4所大学参加联合攻关和研制。

房晓明介绍说,在课题研究过程中,他们运用了多年在海洋石油工程中积累的丰富的实践经验和先进的项目管理模式引进课题管理过程,形成了一套完备的课题计划进度控制体系、安全管理体系、质量管理体系和费用控制体系,对课题实现过程控制、按总体计划成功实现海上试验起到了重要作用。

在课题研发过程中,我们从科研成果推广和应用的需求出发,及时调整课题技术路线和提出解决措施,使课题研发工作少走弯路,达到了产、学、研有机结合,发挥了各方面的优势。房晓明说。

 

催生一批自主知识产权

水下干式舱系统是水下干式管道维修系统中最关键的技术。从1115日到18日,水下干式舱系统先后五次下水。这套系统是由上海交通大学承担研究、设计和总装调试的。

房晓明介绍说,经过系统的技术设计、施工设计、关键技术的攻关、特种仪器设备的研制开发、加工建造和总装调试,历时4年,最后形成了一套完整的水下干式舱系统。在陆上总体调试过程中对系统各项指标进行了详细定量测试,结果表明系统陆上可测试功能和主要技术指标达到了预期效果,具备了海试条件。

然而,根据设计任务要求,干式舱系统要适合我国渤海使用条件,其特点是水质混浊,ROV作业支持无效。这对干式舱水下就位和对管密封技术提出了严峻的挑战,经过反复论证和试验研究,研究人员在水下干式舱系统中首次采用了水面供源,水下多自由度精确液压调舱技术,通过遥控液压系统使干式舱外框架在水下有3个自由度运动,舱体在外框架内有6个自由度运动,外框架二端装有液压机械手,用于管道的提升、对中和固定。通过系统配置的先进的水下监视、检测、定位、控制和显示等技术,实现了在混水环境中可由潜水员探摸指挥舱体就位、舱管微调对中和抱管密封功能。

在这次海试中,先后完成了舱内干式环境建立和密封试验,潜水员进出舱试验;潜水员舱内作业试验;调舱对管和抱管密封试验,应急供气及气体安全检测等试验。房晓明说。

试验结果得到了海试评审专家组充分肯定。形成了一批自主知识产权的科研成果。

 

水下开孔机成就五项原创技术

2002年,课题开始后,中国石油大学(北京)承担了水下密封与封堵子课题研究开发任务。

这个技术主要是配合海底油气输送管道干式维修作业,确保干式舱内气体不向管道内部空间泄漏,以维持干式舱内的气体压力和干式环境。要做到这一点,就必须提出对海底管道实施有效封堵的办法,开发和研制出整套海底管道开孔、封堵的专用设备,其中难度最大的是水下开孔机的研发。

以前我国仅有用于陆上管道的开孔设备,且大部分是从国外进口的,水下开孔机一直是空白。我国海洋石油开发急需能适合我国海况、适用于不同管径、能不停产带压开孔的水下开孔机。房晓明说,虽然国外已有成熟的水下开孔技术,也有多种类型的水下开孔机,但一直对我国实行技术封锁,只愿意提供价格昂贵的技术服务。

最终,课题组成功提出了水下开孔机自主研发的综合设计方案。在水下开孔机关键技术上取得了以下五项原创性技术。性能指标达到国外同类产品的水平,处于国际先进水平,从而一举打破了国外的技术封锁,填补了我国在这一领域的空白,并向国家申请专利6项,已获授权2项。当国外开孔机厂家得知我国即将研制成功水下开孔机的消息时,主动表示愿意提供该产品。

 

中国造领先世界同行

20061116,从渤海湾传来消息,在渤海湾进行的水下干式高压焊接试验获得成功,海底管道干式高压焊接技术终于实现了中国造

房晓明说,水下干式高压焊接子课题的研究目标就是要开发出适应海底60米水深的管道高压钨极氩弧焊设备与工艺,为系统提供一套高压焊接工艺和自动焊接装备。

1116,当干式舱紧紧抱着刚焊接完成的管道浮出海面,在滨海105船甲板上安全就位后,看着刚刚焊接完成的管道焊缝,子课题组成员的心终于放下了。该子课题的研究工作四年来,取得了的一系列成果,不仅填补了国内空白,而且形成了若干领先于世界同行的创新关键技术。

就在这一课题的促使下,200412月,课题组在北京石油化工学院建成了亚洲最大、国内唯一的水下干式高压焊接实验室20056月,子课题组成功研制出国内第一套干式高压平板钨极氩弧自动焊机;20066月,该子课题又研制成功了国内第一套干式高压海底管道全位置钨极氩弧自动焊机,并使用这套干式高压海底管道全位置钨极氩弧自动焊机圆满完成了在水下干式管道维修系统水下焊接试验。

 

再创新出一条国产化道路

配套水下专用作业机具子课题通过四年多的项目研究工作,研制并集成了一整套油气管道修复作业专用机具系列装备。该套设备包括针对破损管道的切割,钢筋混凝土配重外管的切割,铲除及清刷作业,整套装备不仅能在水中使用,也可以在陆地环境中操纵使用。

面对越来越严峻的海洋竞争,子课题组在课题组组长房晓明总工程师的带领下赴美国、俄罗斯等海洋工业发达国家进行考察、调研,掌握了第一手资料,对部分机具的研究采用引进与自研相结合的方针开展工作,经过调研,引进了国外公司生产的先进的水下专用机具。包括爬管式切割坡口机、闸刀式管锯、液压链式对口器、金刚石链锯、冲击铲等设备。从单纯的引进,到消化吸收,到操作人员培训,直到进一步自主研发,走过了一条引进、消化、吸收、再创新的道路。

利用金刚石串珠绳对结构物进行切割,只有国外专业性期刊上有简单的介绍,这种切割机在国外也没有产品化,在我国发展很不充分,而且在海上使用环境特殊,设计过程中可借鉴的资料少。

在水下金刚石绳锯机工程实验样机的研制过程中,哈尔滨工程大学机电学院海洋智能机械研究所的孟庆鑫教授和王立权教授带领科技攻关小组做了长期、大量的工作,集中攻关,消化吸收了切割石板材用金刚石绳锯机的关键技术,结合海底油气管道切割作业的特殊性,自主完成了多种设计方案,对其进行了反复的论证。

20061118,进行海上试验,试验结果达到设计要求。

通过这些研究,缩短了我国和西方发达国家的差距,形成了一定的技术储备。房晓明说,我国海洋技术长期依赖进口的局面将逐步改观,一批拥有自主知识产权的水下作业技术将加速我国海洋石油开发向国际先进水平迈进。

 

数字863

课题研制期间,共获得发明专利29项,实用新型专利31项,发表论文60余篇。

水下干式舱系统和挖沟机系统的三个首次:在国内外水下干式舱系统中首次采用闸室式潜水员进出舱技术,试验表明这种方式进出舱方便、安全高效,可在保持干舱状态进出舱室传递物品或更换潜水员;在干式舱系统首次采用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)、长距离供电不稳定难题。在挖沟机系统中,根据电流的趋肤效应,挖沟机脐带动力缆采用了多线组合结构形式,大大减小了脐带直径,在工作电流下无明显升温现象,实现了大功率水下脐带的瘦身国产化。

水下开孔机关键技术上取得了五项原创性技术:采用全液压大功率动力驱动、多道密封技术、具有高低速档适应水下不同管径开孔作业要求;设有液压平衡油路可进行带压开孔作业;具有开孔深度预设定及开孔刀达到预定深度时轴向进给自动停止功能,实现开孔自动化;主轴进给采用差速轮系检测、刻度盘指示的方法,与常用的标尺杆指示的方法相比,降低了开孔机的高度;同时设有开孔刀快进、快退和安全离合器等装置,操作快速安全、简便高效。

水下专用作业机具子课题,已受理申报专利10余项,获专利证书2项;发表的学术论文19篇,积累了一定的海洋油气装备工程研发经验,培养并加强了科研梯队建设,参加本课题研究工作博士生6名,已有4名毕业留校,毕业硕士研究生4人,前后参加研究工作的师生十余人。

水下干式高压焊接形成了3项主要研究成果:高压焊接试验装置,海底管道全位置钨极氩弧自动焊机和高压焊接工艺。

(《科技日报》 20061128日第3版)

作者:张显峰 发布日期:2006-12-01 收稿日期: 文章编辑: news 浏览次数:
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