CN111413130B - 一种深海作业平台压载水吹除试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深海作业平台压载水吹除试验装置及试验方法，包括气源系统；通过吹除管路系统与气源系统连接的压载水系统；以及与压载水系统连接的背压保持系统，背压保持系统通过管路与气源系统连接；吹除管路系统包括并联连接的正常吹除管路和应急吹除管路；压载水系统包括压载水舱，背压保持系统的结构包括背压水舱，压载水舱顶部气体入口与吹除管路系统的出口连接，底部液体出口通过排水管与背压水舱底部液体入口连接，背压水舱顶部气体出口通过抽气管与气源系统连接。本发明能够在设计阶段能够在陆上条件下验证深海作业平台压载水吹除系统设计的合理性、可靠性，避免了以往只能航行试验阶段开展试验的弊端，减少工期拖延。

Description

一种深海作业平台压载水吹除试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及深海作业平台压载水吹除试验技术领域，尤其是一种深海作业平台压载水吹除试验装置及试验方法。

背景技术

随着国家建设海洋强国战略目标的持续推进，我国正加大对1000米以深深海作业平台的研发与投入，以支撑深入开展海洋前沿科学与技术研究。

压载水吹除系统是关系到深海作业平台安全性的重要系统之一，其主要功能是：一、正常吹除。当平台需要上浮时，在近水面采用减压后的高压气吹除压载水，使平台从水下缓慢上浮至水面；二、应急吹除。在平台受到海水断崖、冷泉影响、管路破损等情况损失或丧失浮力，无法正常操纵，无法保持深度时，为挽救平台，防止其下潜到极限深度，采用高压气快速吹除压载水舱，提供相应的正浮力，使平台快速从水下状态上浮到水面状态。

目前压载水系统缺乏陆上的试验手段，多在航行试验时对系统的性能指标进行测试。因此，若系统设计存在缺陷，需要进行重新设计、制造，由此会带来严重的工期拖延和经费浪费，造成质量事故。

深海作业平台缺少母型产品，对压载水吹除系统设计的合理性缺乏数据、案例的支撑，因此在陆上开展应急吹除试验就尤为必要。为了在设计阶段能够在陆上条件下验证系统设计的合理性、可靠性，本发明提出了一种深海作业平台压载水吹除试验装置。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种深海作业平台压载水吹除试验装置及试验方法，能够通过背压水箱建立吹除背压，开展正常吹除及应急吹除陆上试验，采集相关试验数据，化解系统设计的风险。

本发明所采用的技术方案如下：

一种深海作业平台压载水吹除试验装置，包括：

气源系统；

通过吹除管路系统与所述气源系统连接的压载水系统；以及，

与所述压载水系统连接的背压保持系统，所述背压保持系统通过管路与所述气源系统连接；

所述吹除管路系统包括并联连接的正常吹除管路和应急吹除管路，正常吹除管路和应急吹除管路上都设有阀门、流量计、压力变送器、温度变送器；

压载水系统的结构包括压载水舱，背压保持系统的结构包括背压水舱，压载水舱顶部气体入口与吹除管路系统的出口连接，压载水舱底部液体出口通过排水管与背压水舱底部液体入口连接，背压水舱顶部气体出口通过抽气管与气源系统连接。

其进一步技术方案在于：

气源系统的结构包括空压机，其总输出管路，总输出管路输出端连接两并联连接的支管，分别为所述抽气管和气瓶送气管，所述气瓶送气管上并联连接有多个气瓶。

总输出管路上设有截止阀一，每个气瓶的顶部进气口设有截止阀二，所述抽气管上设有截止阀三。

正常吹除管路的进气端从抽气管上引出，正常吹除管路上沿气流流向依次设有：截止阀四、流量计一、电磁阀一、压力变送器一、减压阀、压力变送器二、温度变送器一和单向阀一；

应急吹除管路的进气端从气瓶送气管上引出，应急吹除管路上沿气流流向依次设有：截止阀五、流量计二、电磁阀二、压力变送器三、温度变送器二和单向阀二；

正常吹除管路和应急吹除管路的出气端同时通过一根总出气管与压载水舱顶部气体入口连接。

位于电磁阀一、电磁阀二上游的管路上，分别设有空气滤器一和空气滤器二。

背压水舱的容积远大于压载水舱的容积；

优选地，背压水舱与压载水舱的容积比大于等于10。

气瓶送气管的末端设有压力变送器六。

压载水舱顶部设有压力变送器四、液位计和截止阀六；排水管上设有流量计三和截止阀七，压载水舱底部还设有排水口，其上设有截止阀八。

位于靠近背压水舱顶部的抽气管上，设有截止阀九，背压水舱顶部还设有压力变送器五，侧面上部设有注水口，其上设有截止阀十。

一种利用如权利要求1所述的深海作业平台压载水吹除试验装置的试验方法，包括以下流程：

a)试验前：

a1)气源补气：所有阀门处于关闭状态，打开截止阀一和各截止阀二，启动空压机，给各气瓶充气，待充气压力达到试验要求设定值时，关闭各截止阀二，关闭空压机；

a2)背压设置：打开截止阀七、截止阀十，从注水口为背压水舱、压载水舱注水，待压载水舱注满水后，关闭截止阀十，打开截止阀三，打开空压机及截止阀一，待背压水舱内压力达到设定值时，关闭截止阀一、截止阀三，关闭空压机；

b)开展试验：

b1)正常吹除试验：打开截止阀四、电磁阀一，高压气体经截止阀四、电磁阀一、减压阀、单向阀一进入压载水舱，压载水舱内的水经截止阀七进入背压水舱；记录该吹除过程中流量计一，压力变送器一、压力变送器二、压力变送器四、温度变送器一和液位计的测量数据；

b2)应急吹除试验：打开截止阀五、电磁阀二，高压气体经截止阀五、电磁阀二、单向阀二进入压载水舱，压载水舱内的水经截止阀七进入背压水舱；记录该吹除过程中流量计二、压力变送器三、压力变送器四、温度变送器二和液位计的测量数据；

c)试验后：试验完成后，打开截止阀八，将压载水舱内的水全部排出，关闭所有阀门。

本发明的有益效果如下：

本发明通过背压水箱建立吹除背压，开展正常吹除及应急吹除陆上试验。该试验装置满足了在设计阶段、在陆上条件下，验证深海作业平台压载水吹除系统设计的合理性、可靠性的要求，避免了以往只能航行试验阶段开展试验的弊端，从而减少工期拖延和经费浪费。

本发明采用压缩空气对背压水舱进行加压，以产生压载水舱的背压环境。由于背压水舱容积远大于压载水舱，因此在吹除过程中，产生的背压可近似认为不变，由此来模拟压载水吹除系统的实际使用工况，确保模拟试验工况的准确性。

附图说明

图1为本发明试验装置的连接结构原理图。

其中：1、空压机；2、气瓶；4、截止阀二；6、压力变送器六；7、压力变送器一；8、压力变送器二；9、压力变送器三；10、压力变送器四；11、压力变送器五；12、截止阀一；13、截止阀三；14、截止阀四；15、截止阀五；16、截止阀六；17、截止阀八；18、截止阀七；19、截止阀九；20、截止阀十；21、流量计一；22、流量计二；23、流量计三；24、空气滤器一；25、空气滤器二；26、电磁阀一；27、电磁阀二；28、减压阀；29、单向阀一；30、单向阀二；31、温度变送器一；32、温度变送器二；33、液位计；34、压载水舱；35、背压水舱；36、正常吹除管路；37、应急吹除管路；38、总输出管路；39、气瓶送气管；40、排水管；41、总出气管；42、抽气管。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本实施例的深海作业平台压载水吹除试验装置，包括：

气源系统；

通过吹除管路系统与气源系统连接的压载水系统；以及，

与压载水系统连接的背压保持系统，背压保持系统通过管路与气源系统连接；

吹除管路系统包括并联连接的正常吹除管路36和应急吹除管路37，正常吹除管路36和应急吹除管路37上都设有阀门、流量计、压力变送器、温度变送器；

压载水系统的结构包括压载水舱34，背压保持系统的结构包括背压水舱35，压载水舱34顶部气体入口与吹除管路系统的出口连接，压载水舱34底部液体出口通过排水管40与背压水舱35底部液体入口连接，背压水舱35顶部气体出口通过抽气管42与气源系统连接。

气源系统的结构包括空压机1，其总输出管路38，总输出管路38输出端连接两并联连接的支管，分别为抽气管42和气瓶送气管39，气瓶送气管39上并联连接有多个气瓶2。

总输出管路38上设有截止阀一12，每个气瓶2的顶部进气口设有截止阀二4，抽气管42上设有截止阀三13。

正常吹除管路36的进气端从抽气管42上引出，正常吹除管路36上沿气流流向依次设有：截止阀四14、流量计一21、电磁阀一26、压力变送器一7、减压阀28、压力变送器二8、温度变送器一31和单向阀一29；

应急吹除管路37的进气端从气瓶送气管39上引出，应急吹除管路37上沿气流流向依次设有：截止阀五15、流量计二22、电磁阀二27、压力变送器三9、温度变送器二32和单向阀二30；

正常吹除管路36和应急吹除管路37的出气端同时通过一根总出气管41与压载水舱34顶部气体入口连接。

位于电磁阀一26、电磁阀二27上游的管路上，分别设有空气滤器一24和空气滤器二25。

背压水舱35的容积远大于压载水舱34的容积，优选地，背压水舱35与压载水舱34的容积比大于等于10。

气瓶送气管39的末端设有压力变送器六6。

压载水舱34顶部设有压力变送器四10、液位计33和截止阀六16；排水管40上设有流量计三23和截止阀七18，压载水舱34底部还设有排水口，其上设有截止阀八17。

位于靠近背压水舱35顶部的抽气管42上，设有截止阀九19，背压水舱35顶部还设有压力变送器五11，侧面上部设有注水口，其上设有截止阀十20。

气源系统和压载水系统是吹除系统的重要组成部分；背压保持系统是吹除试验装置的关键组成部分，用于在陆上建立深海吹除背压，模拟压载水吹除系统的实际使用工况，确保吹除试验能够反映深海环境下的系统实际运行情况；吹除管路系统是吹除试验装置的核心组成部分，用于复现深海作业平台压载水吹除系统的管路配置，是试验的主要测试对象。

本实施例的利用深海作业平台压载水吹除试验装置的试验方法，包括以下流程：

a)试验前：

a1)气源补气：所有阀门处于关闭状态，打开截止阀一12和各截止阀二4，启动空压机1，给各气瓶2充气，待充气压力达到试验要求设定值时，关闭各截止阀二4，关闭空压机1；

a2)背压设置：打开截止阀七18、截止阀十20，从注水口为背压水舱35、压载水舱34注水，待压载水舱34注满水后，关闭截止阀十20，打开截止阀三13，打开空压机1及截止阀一12，待背压水舱35内压力达到设定值时，关闭截止阀一12、截止阀三13，关闭空压机1；

b)开展试验：

b1)正常吹除试验：打开截止阀四14、电磁阀一26，高压气体经截止阀四14、电磁阀一26、减压阀28、单向阀一29进入压载水舱34，压载水舱34内的水经截止阀七18进入背压水舱35；记录该吹除过程中流量计一21，压力变送器一7、压力变送器二8、压力变送器四10、温度变送器一31和液位计33的测量数据；

b2)应急吹除试验：打开截止阀五15、电磁阀二27，高压气体经截止阀五15、电磁阀二27、单向阀二30进入压载水舱34，压载水舱34内的水经截止阀七18进入背压水舱35；记录该吹除过程中流量计二22、压力变送器三9、压力变送器四10、温度变送器二32和液位计33的测量数据；

c)试验后：试验完成后，打开截止阀八17，将压载水舱34内的水全部排出，关闭所有阀门。

本发明的深海作业平台压载水吹除试验装置的设计思路和原理如下：

结合深海作业平台压载水吹除系统的工作原理，采用压缩空气将压载水舱34中的水吹除，以提供相应的正浮力。同时测量吹除过程中管路各点的压力、温度、流量以及压载水舱的液位变化情况，记录试验所得数据以开展后期分析工作。气瓶2的容积和数量、管路和压载水舱34的配置可结合深海作业平台压载水吹除系统的具体设计情况进行设计。

由于压载水吹除系统在工作过程中压载水舱34存在海水背压，因此设置了背压保持系统，采用压缩空气对背压水舱35进行加压，以产生压载水舱的背压环境。由于背压水舱35容积远大于压载水舱34，因此在吹除过程中，产生的背压可近似认为不变，由此来模拟压载水吹除系统的实际使用工况。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种深海作业平台压载水吹除试验装置，其特征在于：包括：

气源系统；

通过吹除管路系统与所述气源系统连接的压载水系统；以及，

与所述压载水系统连接的背压保持系统，所述背压保持系统通过管路与所述气源系统连接；

所述吹除管路系统包括并联连接的正常吹除管路（36）和应急吹除管路（37），正常吹除管路（36）和应急吹除管路（37）上都设有阀门、流量计、压力变送器、温度变送器；

气源系统的结构包括空压机（1）与总输出管路（38），总输出管路（38）输出端连接两并联连接的支管，分别为抽气管（42）和气瓶送气管（39），所述气瓶送气管（39）上并联连接有多个气瓶（2）；

总输出管路（38）上设有截止阀一（12），每个气瓶（2）的顶部进气口设有截止阀二（4），所述抽气管（42）上设有截止阀三（13）；

利用深海作业平台压载水吹除试验装置的试验方法，包括以下流程：

a）试验前：

a1）气源补气：所有阀门处于关闭状态，打开截止阀一（12）和各截止阀二（4），启动空压机（1），给各气瓶（2）充气，待充气压力达到试验要求设定值时，关闭各截止阀二（4），关闭空压机（1）；

a2）背压设置：打开截止阀七（18）、截止阀十（20），从注水口为背压水舱（35）、压载水舱（34）注水，待压载水舱（34）注满水后，关闭截止阀十（20），打开截止阀三（13），打开空压机（1）及截止阀一（12），待背压水舱（35）内压力达到设定值时，关闭截止阀一（12）、截止阀三（13），关闭空压机（1）；

b）开展试验：

b1）正常吹除试验：打开截止阀四（14）、电磁阀一（26），高压气体经截止阀四（14）、电磁阀一（26）、减压阀（28）、单向阀一（29）进入压载水舱（34），压载水舱（34）内的水经截止阀七（18）进入背压水舱（35）；记录吹除过程中流量计一（21）、压力变送器一（7）、压力变送器二（8）、压力变送器四（10）、温度变送器一（31）和液位计（33）的测量数据；

b2）应急吹除试验：打开截止阀五（15）、电磁阀二（27），高压气体经截止阀五（15）、电磁阀二（27）、单向阀二（30）进入压载水舱（34），压载水舱（34）内的水经截止阀七（18）进入背压水舱（35）；记录吹除过程中流量计二（22）、压力变送器三（9）、压力变送器四（10）、温度变送器二（32）和液位计（33）的测量数据；

c）试验后：试验完成后，打开截止阀八（17），将压载水舱（34）内的水全部排出，关闭所有阀门；

压载水系统的结构包括压载水舱（34），背压保持系统的结构包括背压水舱（35），压载水舱（34）顶部气体入口与吹除管路系统的出口连接，压载水舱（34）底部液体出口通过排水管（40）与背压水舱（35）底部液体入口连接，背压水舱（35）顶部气体出口通过抽气管（42）与气源系统连接；正常吹除管路（36）的进气端从抽气管（42）上引出，正常吹除管路（36）上沿气流流向依次设有：截止阀四（14）、流量计一（21）、电磁阀一（26）、压力变送器一（7）、减压阀（28）、压力变送器二（8）、温度变送器一（31）和单向阀一（29）；

应急吹除管路（37）的进气端从气瓶送气管（39）上引出，应急吹除管路（37）上沿气流流向依次设有：截止阀五（15）、流量计二（22）、电磁阀二（27）、压力变送器三（9）、温度变送器二（32）和单向阀二（30）；

正常吹除管路（36）和应急吹除管路（37）的出气端同时通过一根总出气管（41）与压载水舱（34）顶部气体入口连接。

2.如权利要求1所述的深海作业平台压载水吹除试验装置，其特征在于：位于电磁阀一（26）、电磁阀二（27）上游的管路上，分别设有空气滤器一（24）和空气滤器二（25）。

3.如权利要求1所述的深海作业平台压载水吹除试验装置，其特征在于：背压水舱（35）与压载水舱（34）的容积比大于等于10。

4.如权利要求1所述的深海作业平台压载水吹除试验装置，其特征在于：气瓶送气管（39）的末端设有压力变送器六（6）。

5.如权利要求1所述的深海作业平台压载水吹除试验装置，其特征在于：压载水舱（34）顶部设有压力变送器四（10）、液位计（33）和截止阀六（16）；排水管（40）上设有流量计三（23）和截止阀七（18），压载水舱（34）底部还设有排水口，其上设有截止阀八（17）。

6.如权利要求1所述的深海作业平台压载水吹除试验装置，其特征在于：位于靠近背压水舱（35）顶部的抽气管（42）上，设有截止阀九（19），背压水舱（35）顶部还设有压力变送器五（11），侧面上部设有注水口，其上设有截止阀十（20）。

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