用於鋪管船作業施工的焊接接頭快速冷卻噴淋裝置的製作方法

2023-04-22 23:42:51

專利名稱：用於鋪管船作業施工的焊接接頭快速冷卻噴淋裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬海洋工程建造安裝技術領域，涉及一種焊接冷卻的設備，特別是海 上鋪管船作業施工過程中，用於焊接接頭快速冷卻的噴淋裝置。
背景技術：
隨著海洋石油、天然氣勘探開發，原油、天然氣和水的集輸問題成為海上油氣田開 發研究的重要課題之一。但無論選用何種集輸形式，海底管道均是其重要的組成部分，海底 管道鋪設施工是急需解決的關鍵技術。到目前為止，我國海洋石油、天然氣勘探開發中，鋪設的海底管道大多數是採用鋪 管船進行鋪設的，鋪設的管道主要有兩種類型一種是平臺之間的海底管道，它是通過管道 將井口平臺的與原油和天然氣輸送到集輸平臺或浮式生產系統；另一種是由海底管道將平 臺或單點系泊裝置的原油和天然氣直接輸送到陸地的煉油廠或油氣處理廠。鋪管船鋪設海底管道與其它方法具有抗風浪能力強、廣泛的適用性、機動靈活和 作業效率高等優點。海底管道鋪設過程中，一般以鋪管船為核心，其它如起重船、挖溝船、 運管駁船、潛水作業船、供應船、調查船等組成施工船隊作為輔助。鋪管船上裝備各種鋪管 專用設備，例如張緊器、管道收/放絞車、管段傳送裝置、對中裝置、支撐滾輪、舷吊、託管 架和定位設備等，在船甲板上設有一條鋪管流水作業線，在作業線上完成管段對中、焊接、 無損檢測、陽極安裝、節點防腐塗層和節點澆注馬蹄脂等工序，每接好一根管段，利用錨絞 車向前移船(對於動力定位的鋪管船，向前航行一根管段長度)下放管道。海上鋪管船施工作業存在如下特點①施工投資大。在一般海域中鋪設一條中等 口徑的海洋管道需要一支由鋪管船、挖溝船和10餘只輔助作業的拖船組成龐大的專業船 隊。此外，還需要供應材料、設備和燃料的船隻等。租用專業船隊的費用是海洋管道施工中 的主要費用，由於這一費用高昂，致使海洋管道施工費用比陸上同類管道要高2 5倍。② 施工質量要求高。不論是在施工期間或投產以後，海洋管道若發生事故，其維修難度比陸上 管道大得多。③施工環境多變。海況變化劇烈而迅速，如風浪過大，施工船隊難以保持穩 定。在這種情況下，往往須將施工管道下放到海底，待風浪過後再恢復施工。④施工組織復 雜。海洋管道施工中，管道的預製、船隊的配件、燃料和淡水的供應等，都需要依靠岸上的基 地；船隊位置和移動方向的確定，也是依靠岸上的基地電臺給予緊密配合，故海底管道施工 具有海陸聯合組織施工的特點。有關統計顯示，從2007 2011年，國內將有至少2000公 裡的海底管道需要鋪設。因此海洋鋪管船作業施工的需求量將會急劇增加，在我國的海洋 資源開發中發揮巨大的作用。鋪管船鋪設海底管道施工過程中，須採用AUT(自動超聲檢測)對焊縫質量進行快 速無損檢測。一般而言，AUT探頭的適用工作溫度範圍為0 50°C，而剛剛完成焊接的焊縫 邊緣仍具有很高的溫度，此時無法直接進行檢測。若等待焊縫自然冷卻後再施工作業，無疑 將增加船隊的等待時間，延長施工作業周期，導致海洋投資加大。因此，為保證施工效率、縮 短施工周期，減少船隊等待時間，需對焊縫進行快速冷卻降溫。迄今為止，國內外均採用噴淋工藝對焊接接頭進行冷卻處理，即通過設計合理的噴淋裝置，利用冷水噴淋，使焊接接頭 得到快速冷卻，從而保證後續探傷環節的順利進行。但是，目前國內外所採用的噴淋裝置一 般存在人工操作隨機、盲目、無規律的缺陷，由此導致高溫狀態下，採用冷水噴淋對焊縫組 織進行淬火處理時，極易影響焊縫處金相組織及接頭性能。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種可用於海上鋪管船作業施工的焊接接頭快速冷 卻噴淋裝置，該裝置中噴淋流量、噴淋速度以及噴淋範圍可調，且可根據施工要求實現人工 實時幹預，有效縮短焊縫冷卻速度，提高施工效率。通過噴淋試驗，優化確定噴淋頭的出水 流量、壓力與範圍等工藝參數，從而可控制焊縫噴淋冷卻速度，使焊縫組織合理，進而保證 接頭性能達到規範的要求。本實用新型的技術方案是用於鋪管船作業施工的焊接接頭快速冷卻噴淋裝置， 主要包括有噴淋頭、出水閥、流量計、出水管、水箱、上水管、水槽、支架和水泵組成。水箱和 水槽是焊接的盛水容器，水箱固定在支架的頂部。水箱的進水口上連接有上水管，上水管連 接水泵，水泵通過管線連接有閥門並與水槽的出水口連接。其特徵在於在水箱的底部有出 水口，出水口連接有閥門，並通過閥門連接有出水管。在出水管的另一端連接有出水閥，出 水閥連接噴淋頭。噴淋頭由噴淋管和手柄組成，手柄有中心孔，手柄與出水閥連接。噴淋管 為圓筒形，在噴淋管有上有噴嘴，噴嘴的數量在100 1000個之間，噴嘴並排成行。噴嘴的 總截面面積與噴淋管內腔截面面積之比為0. 5 1. 0。為了及時了解噴淋頭出水量，在出水管上連接有流量計。為了能調節支架的高度，提高噴淋頭處的水壓，由此控制水箱出水口的出口速度 與壓力，在支架的每個支架腿上有支架高度調節器。各支架腿可自由伸縮調節高度，並適於 鋪管船上不同工位焊縫的冷卻噴淋。用於鋪管船作業施工的焊接接頭快速冷卻噴淋裝置的工作原理參閱圖1。冷卻水儲存於水槽9中，利用安裝在上水管8上的水泵15將冷卻水輸 入支架10上的水箱6中(也可不用水箱6，將水槽9直接與水泵15和出水口 5相連)，試 驗過程中通過調節出水閥2控制噴淋頭1的出水流量、壓力，安裝在出水管4上的流量計3 可直接讀出冷卻水的流量大小，根據不同流量情況下對應的焊縫組織和性能，確定最佳的 噴淋工藝參數。噴淋頭1上固定有許多噴嘴12，噴嘴噴流到管材焊接接頭焊縫上。噴淋頭 1上噴嘴12的排列形式、尺寸與數量須根據試驗需要優化確定，這樣可使設備的噴淋性能 在不同焊接工藝參數條件下均達到最佳狀態，以有效縮短焊縫冷卻速度，提高施工效率。

圖1是本實用新型用於鋪管船作業施工的焊接接頭快速冷卻噴淋裝置整體結構 示意圖。圖2是噴淋頭和出水閥的外形結構示意圖圖3是支架10結構示意圖。圖中，1.噴淋頭，2.出水閥，3.流量計，4.出水管，5.出水口，6.水箱，7.進水口， 8.上水管，9.水槽，10.支架，11.託板，12.噴嘴，13.支架高度調節器，14.支架杆，15.水泵，16.進水閥。
具體實施方式
實施例1 以一個用於鋪管船作業施工的焊接接頭快速冷卻噴淋裝置為例，對本 實用新型作進一步的詳細說明。參閱圖1。用於鋪管船作業施工的焊接接頭快速冷卻噴淋裝置，主要包括有噴淋頭 1、出水閥2、流量計3、出水管4、水箱6、上水管8、水槽9、支架10和水泵15組成。水箱6和水槽9是焊接的長方形水罐，水箱6固定在支架10的頂部，在水箱6與 支架10之間有一個託板11，水箱6更平穩。水箱6的進水口 7上連接有一個上水管8，上水管8是軟管。上水管8連接水泵 15，水泵15通過管線連接有閥門16並與水槽9的出水口連接。在水箱6的底部有一個出水口 5，出水5連接有一個手動閥門16，並通過手動閥門 16連接一個出水管4。在出水管4上連接有一個流量計3。在出水管4的另一端連接有出 水閥2，出水閥2連接一個噴淋頭1。噴淋頭1由噴淋管和手柄組成，手柄有中心孔，手柄與 出水閥2連接。噴淋管為圓筒形，在噴淋管固定有上有五排噴嘴12，每排有60個噴嘴12， 噴嘴12之間的間距和行距為2毫米。噴嘴12的總截面面積與噴淋管內腔截面面積之比為 0. 7。支架10是一個4條支架腿14的方形支架。在支架10的每個支架腿14上有一個 支架高度調節器13。結構與為套管式支架高度調節器13。使得各支架腿14可自由伸縮調 節高度。實施例2 與實施例1不同點是出水閥2連接的噴淋頭1是採用串聯方式連接有 兩個噴淋頭1或串聯3個噴淋頭1。實施例3 與實施例1不同點是出水閥2連接的噴淋頭1是採用並聯方式連接有 兩個噴淋頭1。根據不同流量情況下對應的焊縫組織和性能，確定最佳的噴淋工藝參數。噴淋頭 1與出水管4連接，噴淋頭的長度、直徑可根據鋪管船施工作業過程中的實際需要調整。多 個噴淋頭串聯使用時，為了實現各個噴淋頭的單獨控制與調節，在每個噴淋頭1的前部安 裝一個出水閥2進行出水控制；多個噴淋頭串聯使用時，實現多個焊接工位焊接接頭焊縫 的冷卻噴淋，進一步提高施工效率。另外，多個噴淋頭串聯使用時，供水管線也可發生相應 變化與調整。綜上所述，本實用新型在施工現場操作簡便，效率極高，且冷卻速度快、時間短、能 耗低，適合現場推廣應用。目前，該噴淋裝置已成功應用於河北冀東油田NP1-29海底管道 施工工程，並獲得了良好的噴淋效果。
權利要求一種用於鋪管船作業施工的焊接接頭快速冷卻噴淋裝置，主要包括有噴淋頭(1)、出水閥(2)、流量計(3)、出水管(4)、水箱(6)、上水管(8)、水槽(9)、支架(10)和水泵(15)組成，水箱(6)和水槽(9)是焊接的水容器，水箱(6)固定在支架(10)的頂部，水箱(6)的進水口(7)上連接有上水管(8)，上水管(8)連接水泵(15)，水泵(15)通過管線連接有閥門(16)並與水槽(9)的出水口連接，其特徵在於在水箱(6)的底部有出水口(5)，出水口(5)連接有閥門(16)，並通過閥門(16)連接有出水管(4)，在出水管(4)的另一端連接有出水閥(2)，出水閥(2)連接噴淋頭(1)，噴淋頭(1)由噴淋管和手柄組成，手柄有中心孔，手柄與出水閥(2)連接，噴淋管為圓筒形，在噴淋管固定有上有噴嘴(12)，噴嘴(12)的數量在100～1000個之間，噴嘴(12)並排成行，噴嘴(12)的總截面面積與噴淋管內腔截面面積之比為0.5～1.0。
2.根據權利要求1所述的一種用於鋪管船作業施工的焊接接頭快速冷卻噴淋裝置，其 特徵在於在出水管(4)上連接有流量計(3)。
3.根據權利要求1所述的一種用於鋪管船作業施工的焊接接頭快速冷卻噴淋裝置，其 特徵在於在支架(10)的每個支架腿(14)上有支架高度調節器(13)。
4.根據權利要求1、2、或3所述的一種用於鋪管船作業施工的焊接接頭快速冷卻噴淋 裝置，其特徵在於出水閥(2)連接的噴淋頭(1)是採用串聯方式連接有兩個噴淋頭(1)或 3個噴淋頭(1)。
5.根據權利要求1、2、或3所述的一種用於鋪管船作業施工的焊接接頭快速冷卻噴淋 裝置，其特徵在於出水閥(2)連接的噴淋頭(1)是採用並聯方式連接有兩個噴淋頭(1)。
專利摘要本實用新型為一種可用於海上鋪管船作業施工的焊接接頭快速冷卻噴淋裝置，該裝置中噴淋流量、噴淋速度以及噴淋範圍可調，且可根據施工要求實現人工實時幹預，有效縮短焊縫冷卻速度，提高施工效率。裝置主要包括噴流頭，出水閥，流量計，水箱，水槽，支架及託板等，其特徵在於冷卻水儲存於水槽中，利用固定安裝在水槽附件的水泵將冷卻水輸入支架上的水箱中(也可不用水箱，將水槽直接與水泵和出水口相連)，試驗過程中通過調節水閥控制噴淋頭的出水流量、出水範圍，安裝在出水管上的流量計可直接讀出冷卻水的流量大小，根據不同流量情況下對應的焊縫組織和性能，確定最佳的噴淋工藝參數。
文檔編號B23K37/00GK201596864SQ20092027828
公開日2010年10月6日 申請日期2009年12月29日 優先權日2009年12月29日
發明者關幼耕, 張瀟, 李春潤, 牛虎理, 王志堅, 胡豔華, 鄭理 申請人:中國石油天然氣集團公司;中國石油集團工程技術研究院