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一种水下清管器发射装置的设计与分析 海底管道通常作为海洋气资源的运输通道，在开发海洋气田中发挥着重要作用。常年处于深水低温环境下的管道, 特别是长距离管道, 会出现结蜡和水合物凝结的现象, 且输送介质中有沙子等杂质沉积, 降低了管道的流通性。为了提高生产效率, 延长管道使用寿命, 必须定期对管道进行清管。传统的海洋清管一般利用平台清管器发射装置进行清管器发射, 该发射装置与陆上清管器发射装置的原理相似, 技术成熟, 但是清管器回收缺陷是该发射方式的弊端。经常使用的清管器回收方式有两种:一种是搭建清管回路, 清管器通过清管回路重新返回到平台, 利用清管器接收装置进行回收, 该方式花费巨大, 特别是对于深水边际油田开发, 适用性不强;另一种是在海底管道的另一端安装鼠笼进行清管器回收, 其缺点是清管时油气管道需要停止输送作业, 对于附着物较厚的海底管道需要进行多次清管, 可能需要对清管回收装置进行多次操作, 增加了操作费用。为此, 研制了一种新型的深水清管器发射装置, 用于解决深水海底管道的清管问题。 1 海底管道采用清管器 深水清管器发射装置是一种新型的清管器发射装置, 与传统清管器发射装置不同, 该装置能够从海底管道末端发射清管器, 发射后清管器能够顺着油气介质返回作业平台, 清管过程无需搭建清管回路, 也不需停输作业, 不影响正常生产, 降低了清管作业成本。 1.1 保护框架和阀门控制系统 水下清管器发射装置由发射主体结构、上部开合机构、连接器、保护框架和阀门控制系统组成 (图1) 。整个装置高8.5 m, 长3 m, 宽2.5 m, 用于 uf066304.8 管道的清洗作业, 设计作业水深为1 500 m。 1.2 水下清管器与阀门的连接 清管器发射主体结构是整个发射装置的核心部分, 用于清管器的存放和发射。其结构包括清管器储球筒、活塞板、活塞缸和主舱体 (图2) 。清管器储球筒用于存放清管器, 储球筒每次容纳8 个清管器;活塞缸对称分布于主舱体两侧, 用于驱动活塞板进行清管器的分离和隔离, 活塞缸的动作通过控制液压管道实现;主舱体用于各个部分的安装, 舱体内部设有3 条通道与各阀门相连接, 以完成不同操作 (图3) 。 上部开合机构用于水下清管器的装填操作, 采用三瓣式夹紧连接器进行上部端盖和储球通上部的连接, 其结构主要包括双螺纹螺杆、上部端盖、夹紧连接器和密封圈 (图4) ;利用顺时针或逆时针旋转螺杆打开或关闭夹紧连接器, 操作上部端盖的打开和关闭;上部端盖和管筒之间装有密封圈, 保证两者之间的密封可靠。 连接器用于水下清管器发射装置和水下管道接口的快速连接安装, 采用标准的 uf066304.8 水下管道卡爪连接器, 利用法兰和发射主体结构进行连接。主要结构包括上部法兰、卡爪、驱动块、对中喇叭口、导向杆、连接液压缸和卡爪连接法兰 (图5) 。 保护框架由不锈钢材料焊接而成, 主要用于防止发射装置在水下发生碰撞损坏。 阀门控制装置由水下阀门组成, 用于控制清管器的发射和清洗等操作。主要由上部清洗阀门、甲醇控制阀门、发射阀门、压力平衡阀门和下部清洗阀门组成。甲醇控制阀门和清洗阀门选用水下手动控制阀, 可使用水下机器人 (ROV) 在水下操作, 发射阀门和压力平衡阀门选用液力控制阀, 这两个液力阀门可通过液力管道在平台上直接对其进行操作。 2 劳动原则和特点 2.1 水下发射装置的安装过程 深水水下清管器的发射过程十分复杂 (图6) , 大致分为以下4 个过程:水下发射装置的安装、清管器的发射、清管器的装填及发射装置的清洗。 2.1.1 确保连接器和水下管道接口正常运行 发射装置在水面完成组装后, 使用吊机下放到水下管汇的安装接口上方, 连接器下部的喇叭口和水下管道接口进行安装对中, 保证连接器和水下管道接口处于同一条中心线上, 完成对中操作后, 液压缸驱动滑块下移挤压卡爪, 迫使卡爪向圆心收缩, 抱紧水下管道法兰结构, 完成连接操作。连接器安装完成后, 在水下采油树和清管器发射装置之间建立一条液力管道, 该管道内部包含液压动力管道和甲醇供给管道, 液压动力管道用于阀门的操作, 甲醇供给管道提供清管器发射时的动力。 2.1.2 控制液压缸上下压力 清管器发射装置安装完成后, 可进行清管器的发射操作, 一次允许发射一个清管器, 主要通过活塞板的开合完成。具体操作:首先打开压力平衡阀, 平衡清管器上下压力;其次打开控制液压缸的阀门, 活塞板向两边运动, 打开主要通道, 前面清管器依靠重力进入活塞板下面, 由于下部管道直径稍小于清管器直径, 因此清管器停留在活塞板下面;然后活塞板重新闭合, 前面清管器和后面清管器分离;最后关闭压力平衡阀, 打开发射阀门, 甲醇溶液进入清管器后部推动清管器进入管道, 对管道进行清洗。 2.1.