海底管道连接器温度压力测试装置设计及实验方法研究

摘要

海底管道连接器是水下井口和采油树系统中用于深水管道连接的核心装备之一，本文根据三种海底管道连接器的工作性能要求，研制出一套新型的能够实现海底管道连接器性能测试功能的装置。海底管道连接器测试装置设计及实验方案的确定对今后管道连接器的系列化研制有着重要意义。
　　通过对国内外海底管道连接器的研制、加工、测试等标准的研究，包括：GB/T22513、ISO13628、API SEPC17D、ISO13679、ISO21329、API Spec6A等，将海底管道连接器温度压力测试具体分为静水压力测试、高压舱测试和温度压力复合测试，进一步对三种测试的测试要求和测试步骤进行了确定。根据测试过程中温度、压力参数参与阶段的不同，设计了九种工作模式，包括四个温度测试工作模式和五个压力测试工作模式。压力测试部分需要完成的任务包括供油、打压、保压、控压和泄压五部分，温度测试部分需要完成的任务包括升温、降温和保温三部分。工作模式的提出使复杂的测试步骤更加条理化。
　　根据海底管道连接器温度压力测试装置课题要求，确定了测试装置的基本功能和关键技术指标，进一步对海底管道连接器温度压力测试装置进行了总体方案设计，包括：海底管道连接器温度压力测试台总体方案设计、液压系统总体方案设计和控制系统总体方案设计。在总体结构设计的基础上对测试装置进行了详细设计，包括：海底管道连接器温度压力测试台保温箱、加热器、制冷机构、液氮储罐和液压元器件等，并对加热阶段和制冷阶段所需的时间进行了理论计算。
　　根据海底管道连接器温度压力测试装置的总体结构方案，利用Siemens NX8.0软件完成了测试装置的三维建模，并利用有限元分析软件对底座的承载能力进行了力学强度分析，进而验证了结构的合理性和可靠性。对海底管道连接器的变温过程进行了仿真计算和有限元分析，通过仿真计算得出了测试样本升温过程、降温过程及换热率时间曲线。通过有限元分析得出了测试样本达到测试温度所需的升温时间与降温时间。
　　根据海底管道连接器温度压力测试装置结构设计对其进行了加工制造，在测试步骤和测试流程的指导下完成了海底管道连接器的静水压力测试、高压舱测试和温度压力复合测试，此外还对卡爪式和卡箍式海底管道连接器进行了500m水深海试试验，根据对测试数据的分析，得出了设计的海底管道连接器测试装置符合课题的要求。

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第1章 绪 论

1.1 概述

1.2 课题来源、目的及意义

1.3 国外海底管道连接器测试装置研究现状

1.4 国内海底管道连接器测试装置研究现状

1.5 论文主要研究内容

第2章 海底管道连接器温度压力测试原理

2.1 引言

2.2 静水压力测试

2.3 高压舱测试

2.4 温度压力复合测试

2.5 测试流程

2.6 本章小结

第3章 海底管道连接器温度压力测试装置总体方案设计

3.1 引言

3.2 海底管道连接器温度压力测试装置课题要求

3.3 海底管道连接器尺寸及材料参数

3.4 海底管道连接器温度压力测试装置总体方案设计

3.5 海底管道连接器温度压力测试液压系统总体方案

3.6 海底管道连接器温度压力测试装置控制系统总体方案设计

3.7 本章小结

第4章 海底管道连接器温度压力测试装置结构设计

4.1 引言

4.2 海底管道连接器温度压力测试装置主要结构设计

4.3 海底管道连接器温度压力测试装置液氮储罐设计

4.4 液压系统元器件的选择

4.5 本章小结

第5章 测试装置静力及变温过程仿真

5.1 引言

5.2 机械结构静力学分析

5.3 变温测试过程分析

5.4 本章小结

第6章 海底管道连接器温度压力测试实验

6.1 引言

6.2 实验目的

6.3 实验过程

6.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录1

附录2