專利名稱：水下螺栓緊固狀態(tài)監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于監(jiān)測裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種水下螺栓緊固狀態(tài)監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
伴隨著我國海上石油行業(yè)的迅速發(fā)展，越來越多的近海油氣田被探明、開發(fā)。而井口平臺加帶單點的FPSO全海式開發(fā)模式也越來越多被使用。在這種開發(fā)模式中單點系泊系統(tǒng)的作用極為重要；單點系泊系統(tǒng)是由YOKE、系泊塔、跨接軟管、和柱基等主要構(gòu)件組成的。它將FPSO系泊在指定位置，允許其在風(fēng)、浪、流作用下圍繞著單點旋轉(zhuǎn)。并由軟管、海底管線、電纜建立起FPSO與井口平臺之間井液、注水和電力傳輸?shù)臉蛄?。以我國渤海曹妃?1油田為例，曹妃甸11油田FPSO海洋石油112的系泊系統(tǒng)選用的是挪威APL公司研發(fā)的SYS型水下浮筒軟鋼臂單點系泊裝置，該單點系泊裝置的結(jié)構(gòu)特點是外塔筒嵌套在內(nèi)塔筒外側(cè)旋轉(zhuǎn)，外塔筒的全部重量由水下的轉(zhuǎn)盤軸承負載，由于轉(zhuǎn)盤軸承負載了外塔筒的全部重量和各方面的受力，使得轉(zhuǎn)盤軸承上的固定螺栓長期受到不規(guī)則的動態(tài)載荷，從而導(dǎo)致了部分固定螺栓產(chǎn)生疲勞受損、甚至斷裂的現(xiàn)象，這樣對整個單點設(shè)備的安全運行產(chǎn)生極大的安全隱患。為避免因水下軸承固定螺栓斷裂產(chǎn)生的安全隱患，必須對此部分螺栓的緊固狀態(tài)進行有效監(jiān)控。但若要進行有效的監(jiān)控就必須面對以下幾個難點1、被監(jiān)測物位于水下，監(jiān)測設(shè)備必須具備防水能力；2、海水對監(jiān)測設(shè)備的腐蝕，要求監(jiān)測設(shè)備具有耐腐蝕性；3、被監(jiān)測物一般均位于水下幾十米深處，監(jiān)測設(shè)備必須具備抗壓能力。4、監(jiān)測信號傳輸若使用有線傳輸時，如何解決單點外塔筒在360°旋轉(zhuǎn)時信號傳遞管線不被纏繞。目前有兩種可能的監(jiān)測方式最常見的是由潛水員在水下進行定期的巡檢，其缺點是成本高，并且受天氣、環(huán)境狀況的制約較大，且難以避免突發(fā)性事件的發(fā)生；另一種是在螺栓的安裝位置安裝監(jiān)控攝像頭，將視頻信號引入中控室進行監(jiān)視，其缺點是監(jiān)控視頻清晰程度受水質(zhì)的制約較大，螺栓松脫不明顯時不能看清，并且對監(jiān)視人員過于依賴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種水下螺栓緊固狀態(tài)監(jiān)測裝置和使用該裝置的監(jiān)測方法，該裝置和方法可以實現(xiàn)對水下螺栓緊固狀態(tài)的自動監(jiān)控和預(yù)測報警。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種水下螺栓緊固狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是包括氣源裝置和壓縮空氣傳輸裝置，所述壓縮空氣傳輸裝置和水下壓力傳感器相連；所述壓縮空氣傳輸裝置包括與氣包相連的系統(tǒng)分路支管、系統(tǒng)分路支管上的支路閥門、系統(tǒng)分路支管上支路閥門下游的壓力變送器和與水下壓力傳感器相連的支路輸氣軟管，所述壓力變送器與監(jiān)控設(shè)備或者中央控制系統(tǒng)相連；
所述水下壓力傳感器包括兩片呈環(huán)柱體的鋼制圓盤，分別為第一圓盤和第二圓盤，其中第一圓盤上部開沉孔，內(nèi)設(shè)有螺紋，通過管接頭與支路輸氣軟管進行連接，在開孔底部再開有一個貫通第一圓盤的內(nèi)孔，所述第一圓盤和第二圓盤之間設(shè)有兩道密封圈，第一圓盤和第二圓盤均穿在水下螺栓上并被螺栓緊固，兩道密封圈和第一圓盤、第二圓盤之間形成與內(nèi)孔連通的密閉腔室。優(yōu)選的，所述氣源裝置包括壓縮空氣源相連的氣源總管，氣源總管的下游設(shè)有壓力總表，壓力總表下游設(shè)有總閥，總閥下游設(shè)有氣包，氣包與壓縮空氣傳輸裝置相連。一種使用上述裝置監(jiān)測水下螺栓緊固狀態(tài)的方法，其特征在于通過監(jiān)測穿在螺栓上并被螺栓緊固的兩片圓盤和圓盤兩道環(huán)形之間所形成的腔室中的氣壓變化，來監(jiān)測螺栓的緊固狀態(tài)。
優(yōu)選的，監(jiān)測氣壓變化是通過設(shè)置在壓縮空氣傳輸裝置的壓力傳送裝置監(jiān)測壓縮空氣傳輸裝置中的氣壓變化來實現(xiàn)的，并將監(jiān)測信號傳輸給監(jiān)控設(shè)備或者中央控制系統(tǒng)。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案后1、實現(xiàn)了自動監(jiān)測水下螺栓緊固狀態(tài)，提前進行預(yù)測報警，從而減少了監(jiān)控判斷時人為因素的影響及對人員素質(zhì)等因素的依賴，并節(jié)省了人力成本。2、相比較現(xiàn)有其他的監(jiān)測手段具有一次投資長期收益的經(jīng)濟效益。3、本發(fā)明對系統(tǒng)相關(guān)制作材料的高要求，以及設(shè)計和加工制造的高精度使得本發(fā)明具有較高的穩(wěn)定性及可靠性，同時解決了水下螺栓監(jiān)控通常會遇到的防水、耐腐蝕和耐壓這三個難題，用戶可以放心的使用。4、本發(fā)明水下監(jiān)測信號使用輸氣管線對系統(tǒng)監(jiān)測壓力進行傳遞，在本發(fā)明實施例中針對水下旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，輸氣管線沿單點內(nèi)塔筒內(nèi)部已有管線內(nèi)部穿入水下，再與水下壓力傳感器相連，避免了單點外塔筒在360°旋轉(zhuǎn)時信號傳遞管線與水下結(jié)構(gòu)纏繞的事件發(fā)生。5、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，并對系統(tǒng)輔助儀器、設(shè)備均無特殊要求、且測試設(shè)備較少，其制造成本較低、安裝使用及日常維護等方便。6、本發(fā)明可用于海洋工程、船舶、水利和其他包含水下設(shè)備或結(jié)構(gòu)需用螺栓緊固的生產(chǎn)和科研領(lǐng)域，故具有廣泛的應(yīng)用前景。


圖I是本發(fā)明系統(tǒng)組成示意圖；圖2是本發(fā)明裝有水下壓力傳感器的螺栓側(cè)面剖視圖；圖3是圖2的俯視圖。圖中1、閥組；2、支路輸氣軟管；3、水下壓力傳感器；4、螺栓；5、固定部件；6、第一圓盤；7、第二圓盤；8、環(huán)形通槽；9、內(nèi)孔；10、O型密封圈；11、管接頭；12、沉孔；13、氣源總管；14、系統(tǒng)總閥；15、壓力總表；16、氣包；17、分路支管；18、支路閥門；19、壓力變送器；20、氣源；21、中央控制系統(tǒng)。
具體實施例方式為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下請參閱圖I至圖3，一種水下螺栓緊固狀態(tài)監(jiān)測裝置，包括氣源裝置和壓縮空氣傳輸裝置，壓縮空氣傳輸裝置和水下壓力傳感器相連；
氣源裝置包括壓縮空氣源相連的氣源總管13，氣源總管的下游設(shè)有壓力總表，壓力總表15下游設(shè)有總閥14，總閥下游設(shè)有氣包16，氣包與壓縮空氣傳輸裝置相連。壓縮空氣傳輸裝置包括與氣包相連的系統(tǒng)分路支管17、系統(tǒng)分路支管上的支路閥門18、系統(tǒng)分路支管上支路閥門下游的壓力變送器19和與水下壓力傳感器2相連的支路輸氣軟管，壓力變送器與監(jiān)控設(shè)備或者中央控制系統(tǒng)相連；氣源裝置和壓縮空氣傳輸裝置共同構(gòu)成控制閥組I。干燥壓縮空氣從氣包進入各分路支管17，通過支路輸氣軟管2傳輸?shù)剿聣毫鞲衅?中，關(guān)閉支路閥門18后，單獨一支路形成閉合氣密管路，每一支路閉合氣密管路中的壓力值由支路上連接的壓力變送器19采集數(shù)據(jù)并傳輸給計算機監(jiān)控設(shè)備或者中央控制系統(tǒng)21。水下壓力傳感器3包括兩片呈環(huán)柱體的鋼制圓盤，分別為第一圓盤6和第二圓盤7，其中第一圓盤上部開沉孔12，內(nèi)設(shè)有螺紋，通過管接頭11與支路輸氣軟管進行連接，在開孔底部再開有一個貫通第一圓盤的內(nèi)孔9，第一圓盤和第二圓盤之間設(shè)有兩道密封圈，第 一圓盤和第二圓盤均穿在水下螺栓上并被螺栓緊固，兩道密封圈和第一圓盤、第二圓盤之間形成與內(nèi)孔連通的密閉腔室。在第一圓盤的底面，圍繞貫通內(nèi)孔的兩側(cè)一定距離開兩道環(huán)形通槽8，用于放置O型密封圈10。上述實施例中，控制閥組I及氣包16、分路支管17采用耐腐蝕、耐壓性能好的鋼制管材制成。本發(fā)明的動作原理為本發(fā)明的工作原理是當(dāng)采用裝有本發(fā)明水下壓力傳感器的螺栓4將水下壓力傳感器3壓在固定部件5上時，首先應(yīng)通過擰緊螺栓4的方式施加一預(yù)緊力，使得水下壓力傳感器3牢牢固定在需監(jiān)控螺栓4上。在壓緊兩片呈環(huán)柱體的第一圓盤6、第二圓盤7后，呈環(huán)柱體的鋼制圓盤表面兩道O型圈10之間形成氣密空間，構(gòu)成以密閉腔室。確認水下壓力傳感器3安裝完畢后，水上控制閥組I連接氣源20，并打開系統(tǒng)總閥14，使得氣包16中充滿干燥壓縮空氣；再打開支路閥門18，連通整個支路，壓縮空氣通過支路輸氣軟管2得以進入水下壓力傳感器3中由兩道O型圈10形成的氣密空間中。待整個系統(tǒng)壓力穩(wěn)定后，依次關(guān)閉支路閥門18及系統(tǒng)總閥14，使得系統(tǒng)支路形成壓力不變的穩(wěn)定靜態(tài)氣密系統(tǒng)。位于支路上的壓力變送器19將支路管路系統(tǒng)中壓力值轉(zhuǎn)化為信號傳送給計算機監(jiān)控設(shè)備或者中央控制系統(tǒng)21。當(dāng)螺栓4松動至一定程度，即施加給水下壓力傳感器的壓力降低至一定程度時，水下壓力傳感器3內(nèi)由兩道O型圈10形成的密封空間無法達到密封效果，整個支路開始泄壓，從而產(chǎn)生相應(yīng)的支路系統(tǒng)壓力值，該壓力值由支路壓力變送器19采集并傳送給計算機監(jiān)控設(shè)備或中央控制系統(tǒng)21，從而能夠為在計算機監(jiān)控設(shè)備中設(shè)置報警或其他保護措施提供相應(yīng)的依據(jù)。使用本發(fā)明時，包括以下步驟I)潛水員將裝有本發(fā)明水下壓力傳感器的螺栓旋設(shè)在被緊固件上，按螺栓安裝要求施加預(yù)緊力； 2)潛水員將支路輸氣軟管由水面弓I致水下，并沿水下已有管路或設(shè)備水下外部結(jié)構(gòu)使用管卡進行固定，最后將支路輸氣軟管連接到水下傳感器上；3)水上安裝人員將控制閥組氣源總管連接到氣源上，并打開系統(tǒng)總閥12及支路閥門10 ；4)打開氣源，待氣包壓力穩(wěn)定后關(guān)閉系統(tǒng)總閥12及支路閥門10，并斷開氣源；5)讀取并記錄水下壓力傳感器在系統(tǒng)壓力穩(wěn)定后在計算機監(jiān)控設(shè)備或中央控制系統(tǒng)上顯示的初始數(shù)據(jù)信號值；6)系統(tǒng)保壓30分鐘，在保壓時間內(nèi)記錄計算機監(jiān)控設(shè)備或中央控制系統(tǒng)上顯示的數(shù)據(jù)信號值；7)根據(jù)步驟5)飛)所獲得的數(shù)據(jù)信號值，確定一數(shù)據(jù)信號值作為采取報警措施所對應(yīng)的報警閥值，并預(yù)設(shè)在計算機監(jiān)控設(shè)備或中央控制系統(tǒng)中；8)在日常監(jiān)測過程中，計算機監(jiān)控設(shè)備或中央控制系統(tǒng)定期采集新的數(shù)據(jù)信號值，并將其與預(yù)設(shè)的報警閥值進行比較如果數(shù)據(jù)信號值小于報警閥值，計算機監(jiān)控設(shè)備或中央控制系統(tǒng)發(fā)出警報。 上述實施例中，確定報警閥值的方式，包括以下兩種I)將氣源壓力值與水下傳感器所處位置水深水壓值的差值作為采取報警措施所對應(yīng)的報警閥值；2)將氣源壓力值的O. 8^0. 9倍作為采取報警措施所對應(yīng)的報警閥值。其中第二種報警閥值容易導(dǎo)致誤報。上述實施例中，當(dāng)使用螺栓緊固水下設(shè)備或結(jié)構(gòu)時，最好使用專用的扭矩扳手按原有的設(shè)備要求預(yù)緊力擰緊螺栓。上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化的，如連接可以是螺栓或螺母的配合使用，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上的等同變換和改進，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種水下螺栓緊固狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是包括氣源裝置和壓縮空氣傳輸裝置，所述壓縮空氣傳輸裝置和水下壓力傳感器相連； 所述壓縮空氣傳輸裝置包括與氣包相連的系統(tǒng)分路支管、系統(tǒng)分路支管上的支路閥門、系統(tǒng)分路支管上支路閥門下游的壓力變送器和與水下壓力傳感器相連的支路輸氣軟管，所述壓力變送器與監(jiān)控設(shè)備或者中央控制系統(tǒng)相連； 所述水下壓力傳感器包括兩片呈環(huán)柱體的鋼制圓盤，分別為第一圓盤和第二圓盤，其中第一圓盤上部開沉孔，內(nèi)設(shè)有螺紋，通過管接頭與支路輸氣軟管進行連接，在開孔底部再開有一個貫通第一圓盤的內(nèi)孔，所述第一圓盤和第二圓盤之間設(shè)有兩道密封圈，第一圓盤和第二圓盤均穿在水下螺栓上并被螺栓緊固，兩道密封圈和第一圓盤、第二圓盤之間形成與內(nèi)孔連通的密閉腔室。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水下螺栓緊固狀態(tài)監(jiān)測裝置，其特征是所述氣源裝置包括與壓縮空氣源相連的氣源總管，氣源總管的下游設(shè)有壓力總表，壓力總表下游設(shè)有總閥，總閥下游設(shè)有氣包，氣包與壓縮空氣傳輸裝置相連。
3.一種使用權(quán)利要求I所述裝置監(jiān)測水下螺栓緊固狀態(tài)的方法，其特征在于通過監(jiān)測穿在螺栓上并被螺栓緊固的兩片圓盤和圓盤兩道環(huán)形之間所形成的腔室中的氣壓變化，來監(jiān)測螺栓的緊固狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)測水下螺栓緊固狀態(tài)的方法，其特征是監(jiān)測氣壓變化是通過設(shè)置在壓縮空氣傳輸裝置的壓力傳送裝置監(jiān)測壓縮空氣傳輸裝置中的氣壓變化來實現(xiàn)的，并將監(jiān)測信號傳輸給監(jiān)控設(shè)備或者中央控制系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種水下螺栓緊固狀態(tài)監(jiān)測裝置及監(jiān)測方法，其特征是包括氣源裝置和壓縮空氣傳輸裝置，所述壓縮空氣傳輸裝置和水下壓力傳感器相連；該裝置和方法是通過監(jiān)測穿在螺栓上并被螺栓緊固的兩片圓盤和圓盤兩道環(huán)形之間所形成的腔室中的氣壓變化，來監(jiān)測螺栓的緊固狀態(tài)。優(yōu)點是本發(fā)明實現(xiàn)了自動監(jiān)測水下螺栓緊固狀態(tài)，提前進行預(yù)測報警，從而減少了監(jiān)控判斷時人為因素的影響及對人員素質(zhì)等因素的依賴，并節(jié)省了人力成本；本裝置結(jié)構(gòu)簡單，對系統(tǒng)輔助儀器、設(shè)備均無特殊要求、且測試設(shè)備較少，其制造成本較低、安裝使用及日常維護極為方便。
文檔編號G01L7/00GK102879146SQ20121037204
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者李峰 申請人:天津遠捷海洋工程有限公司