周 健

（海洋石油工程股份有限公司海洋工程技術(shù)服務(wù)公司，天津 300461）

0 引言

為完成中國(guó)海洋石油集團(tuán)有限公司5000萬(wàn)m3和渤海3000萬(wàn)m3的宏偉目標(biāo)，目前中海油正在原有平臺(tái)附近新建一批采油平臺(tái)，并同時(shí)加緊新海管的鋪設(shè)工作。膨脹彎是海管鋪設(shè)路由中不可或缺的環(huán)節(jié)，因此未來(lái)一段時(shí)間的膨脹彎安裝工作量將大大增加。過去的經(jīng)驗(yàn)表明，連接海管法蘭膨脹彎最關(guān)鍵的工序是海管法蘭之間相對(duì)空間位置和方位角的測(cè)量。對(duì)比了新設(shè)備數(shù)顯示法蘭測(cè)量?jī)x和以往使用老式法蘭測(cè)量?jī)x，并對(duì)最新研發(fā)的法蘭測(cè)量?jī)x進(jìn)行敘述。

過去用于海上膨脹彎測(cè)量的工具為老式機(jī)械法蘭測(cè)量?jī)x，其設(shè)備笨重、精度極低、工作效率低，針對(duì)這些缺點(diǎn)，研制開發(fā)了新設(shè)備數(shù)顯示法蘭測(cè)量?jī)x。

1 膨脹彎測(cè)量工具歷史

老式機(jī)械法蘭測(cè)量?jī)x如圖1所示。機(jī)械法蘭測(cè)量?jī)x的測(cè)量精度為1°，重量40 kg，高度0.7 m，需要使用水平泡調(diào)平、螺栓固定、機(jī)械式測(cè)量讀?。▓D2）。

使用難點(diǎn)：待測(cè)量的2個(gè)膨脹彎一般距離較遠(yuǎn)，二者測(cè)量角度誤差越大，換算成長(zhǎng)度后長(zhǎng)度誤差越大，如果要提高精度就會(huì)增大刻度板尺寸，從而增大測(cè)量?jī)x尺寸，導(dǎo)致測(cè)量?jī)x過重，難以操作，對(duì)結(jié)構(gòu)形式和各部件連接形式較難確定；法蘭測(cè)量?jī)x的密封材料和形式需要考慮水密性、防腐、加工難度等諸多問題，較難確定；法蘭測(cè)量?jī)x的研制需要實(shí)踐進(jìn)行檢驗(yàn)，并根據(jù)試用結(jié)果修改方案，反復(fù)試制，可能會(huì)導(dǎo)致研發(fā)周期較長(zhǎng)。

圖1 老式機(jī)械法蘭測(cè)量?jī)x

圖2 工作現(xiàn)場(chǎng)

老式膨脹彎測(cè)量設(shè)備重量有40 kg左右，在陸地上需要2個(gè)人抬，在水下一般只有一位潛水員操作，要完成拆卸螺栓、安裝固定、調(diào)平、上緊螺栓等一系列工作。僅調(diào)平一項(xiàng)工作，都要花費(fèi)0.5 h左右，如果遇到水下能見度低的情況，更是一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)。

另外，以前的測(cè)量設(shè)備精度不高，有時(shí)第一次測(cè)量不準(zhǔn)確，安裝時(shí)還需要返工。

2 研發(fā)新式法蘭測(cè)量?jī)x的想法

經(jīng)過反復(fù)論證，先后設(shè)計(jì)了3種法蘭測(cè)量?jī)x（表1、圖3）。

表1 新設(shè)計(jì)的3種法蘭測(cè)量?jī)x

圖3 3種法蘭測(cè)量?jī)x

經(jīng)過綜合考慮預(yù)制難度、原理成熟性、使用方便性等因素，最后決定采用第二種作為第二代法蘭測(cè)量?jī)x（圖4）。其優(yōu)點(diǎn)主要有2個(gè)：①重量比原來(lái)減輕了62.5%；②精度比原來(lái)提高了1倍。

3 新設(shè)備數(shù)顯示法蘭測(cè)量?jī)x（圖5）

圖4 第二代法蘭測(cè)量?jī)x

數(shù)顯式法蘭測(cè)量系統(tǒng)主要由拉繩測(cè)量裝置、檢測(cè)控制系統(tǒng)與監(jiān)控軟件組成。主體結(jié)構(gòu)主要分為機(jī)械部分和控制部分。采用2個(gè)磁耦合傳感器來(lái)測(cè)取擺桿的水平轉(zhuǎn)角以及豎直仰角，數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄及顯示，其作用范圍為50 m。該系統(tǒng)方案適合兩海管法蘭連接作業(yè)的相對(duì)位姿參數(shù)的高精度測(cè)量。數(shù)顯示法蘭測(cè)量?jī)x主要技術(shù)指標(biāo)：工作水深50 m，測(cè)量精度0.008°，測(cè)量角度0°～120°，適用海底管道法蘭或其他水下被測(cè)物。

該設(shè)備同樣也適用于深海管道及水下其他兩硬質(zhì)管道間位姿參數(shù)的測(cè)量。研制數(shù)顯式法蘭位姿精確測(cè)量設(shè)備的目的在于測(cè)量水下兩管道的相對(duì)位姿（包括相對(duì)距離和相對(duì)角度），為連接管道時(shí)的陸上預(yù)制膨脹彎提供連接參數(shù)，確保最終實(shí)現(xiàn)海底管道的鋪設(shè)并提高潛水員水下作業(yè)效率。

當(dāng)測(cè)量鋼絲繩張緊后，通過測(cè)量?jī)x的拉手，帶動(dòng)測(cè)量?jī)x的轉(zhuǎn)動(dòng)主體，繞主軸與水平軸旋轉(zhuǎn)一定角度。該角度通過2個(gè)傳感器讀出，即是測(cè)量?jī)x伸出臂的水平擺角及垂直俯仰角。

圖6為測(cè)量?jī)x總裝的爆炸圖，包括測(cè)量主體組件、水密電纜、控制器組件、基座組件。測(cè)量主體組件內(nèi)有2個(gè)磁耦合傳感器，控制器組件里安裝有正交傾角傳感器和主控電路?；M件用于測(cè)量?jī)x與海管法蘭的連接。

為了提高膨脹彎的計(jì)算效率，還開發(fā)了專門用于處理法蘭測(cè)量?jī)x數(shù)據(jù)的應(yīng)用軟件，大大縮短了海上的工期（圖7）。新設(shè)備數(shù)顯式法蘭測(cè)量?jī)x和老式機(jī)械法蘭測(cè)量?jī)x的比見表2。

4 結(jié)語(yǔ)

圖6 測(cè)量?jī)x總裝的爆炸圖

圖7 應(yīng)用軟件界面

表2 新設(shè)備數(shù)顯式法蘭測(cè)量?jī)x和老式機(jī)械法蘭測(cè)量?jī)x的對(duì)比

圖5 新數(shù)顯示法蘭測(cè)量?jī)x

在總結(jié)原有海洋工程膨脹彎測(cè)量設(shè)備機(jī)械式法蘭測(cè)量?jī)x的基礎(chǔ)上，簡(jiǎn)述了機(jī)械式法蘭測(cè)量?jī)x在設(shè)計(jì)、制作及使用上的不足，提出研發(fā)新式法蘭測(cè)量?jī)x的思路及想法，總結(jié)幾種新設(shè)計(jì)思路，重點(diǎn)介紹新設(shè)備數(shù)顯示法蘭測(cè)量?jī)x，對(duì)比老式機(jī)械法蘭測(cè)量?jī)x的優(yōu)缺點(diǎn)，顯出數(shù)顯示法蘭測(cè)量?jī)x的推廣應(yīng)用價(jià)值。此技術(shù)在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先地位。