 船用法兰水下回接的施工方法及结构设计
随着陆上石油逐渐枯竭，海上油气的开采将会越来越重要。在全球海上油气资源中大约有44%储存在300m以下的深水海域。同时，由于开采技术的不断提高，海洋石油的开发也将不断向高、深、难的方向发展。海洋石油发展的趋势将是走向深水。
中国海洋石油总公司正在建造3000m深水铺管船，船用法兰在十一五期间要形成3000m海底管道铺设能力。其中，水下回接是深海管道铺设重要组成部分。
水下回接技术是将新开发的生产管道并入己建的管网，充分利用己建设施，使边际小油田开发变得经济有效，国标法兰其主要包括：管道与平台的连接、管道与管网的连接、管道与立管的连接、管道间的连接等。深海管道法兰连接机具正是一种水下回接的特种机具。
国外一些大公司己经掌握了该项技术，但在国内，国标船用法兰连接机具的研制还是空白。研制用于海底管道铺设作业，可以适应深海环境、提供高质量连接、高自动化作业水平的法兰连接机具，具有重大现实意义。
目前，水下回接的施工方法主要有机械连接和水下焊接。其中，机械连接方式更适合深水管道回接。机械连接又细分为卡钳式连接、法兰式连接和卡爪式连接。深海管道法兰连接机具属于法兰式连接，可以实现深水管道自动化法兰连接。机具海底作业时，需要克服高静压、腐蚀等复杂海底环境影响，具有较大的设计难度。文献设计了一种分体三瓣式的国标船用法兰连接机具，采用特制螺栓，但作业前需要螺栓库和螺母库预先对接；结构为析架整体式，其系统智能，但结构复杂。本文设计的机具采用整体三瓣式结构，拉伸预紧方式拧紧螺栓。
深海管道法兰连接机具结构设计
深海管道船用法兰连接机具是一种用于海底管道法兰螺栓连接的机具，其主要组成虚线框内为机具本体：析架式外框架联结各个部件，并保证各部件安装后与管道、法兰的相对位置精度；内框架搭载螺栓库和螺母库，其可以绕管道周向转动，确保螺栓与法兰孔实现对准；水下摄像机监测机具作业状态，反馈管道、法兰和机具的位置信息；卡爪机构将整个机具定位于海底管道；ROV接口平台实现动力液压源、信号源连接；三瓣式螺栓库用于存放螺栓并向法兰孔插入螺栓，安装在管道的活动法兰一侧，具有拉伸预紧螺栓的功能；螺母库用于存放螺母，安装在管道的固定法兰一侧，也采用三瓣式结构，拧入固定国标法兰一侧的螺母。操控面板与上位机PC可以发出控制指令，下位机PLC控制系统控制液压阀动作，实现机具各部分作业。
深海管道碳钢船用法兰连接机具三维模型，工作原理是：机具通过卡爪机构定位到管道上，螺栓库与螺母库随内框架转动。螺栓库携带的螺栓部分插入旋转法兰孔，带动旋转法兰转动，调整旋转法兰与固定法兰使其对正。法兰孔对正之后，螺栓库插入螺栓，另一侧的螺母库拧入螺母。其中，螺栓库周向均布16个结构相同、采用拉伸螺栓预紧方式的拉伸拧紧机构，每个都具有拉伸螺栓拧入螺母的功能，这样国标船用法兰两侧螺母拧入到施加预紧力的螺栓，最终实现管道的法兰螺栓连接。
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