專利名稱：一種探頭安裝設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于探頭在加工管道、儲存罐等中的裝配和拆卸 的設(shè)備，如在權(quán)利要求1的引言部分中所陳述的那樣。
背景技術(shù)：
對于探頭在加工管道、儲存罐等中的裝配和拆卸存在著幾種建 議。這種探頭用于測量諸如油、氣和加工工業(yè)系統(tǒng)內(nèi)的腐蝕狀態(tài)、 壓力和溫度等。通過接頭，探頭可以裝配在管子中以通過設(shè)備中的 孔接觸加工介質(zhì)。
探頭的裝配和拆卸優(yōu)選在正常操作狀態(tài)下進行，這意味著在要更 換或檢查探頭時系統(tǒng)沒有被關(guān)閉。與加工管道相連，這意味著維持 正常的操作壓力且不需要將流體/氣體排出。這也就意味著大致降低 了維護費用。
現(xiàn)有技術(shù)中的液壓和/或機械取回器的缺點在于在對探頭進行裝 配和拆卸時存在泄漏的風險。這可能對環(huán)境有害。
在近海石油工業(yè)中，加工管道和運輸管道都是放置在海底。需要 對這種管道的狀態(tài)進行監(jiān)視，且不得不對探頭進行裝配和拆卸以進
行維護和升級。由于各種優(yōu)勢，使用遠程操作工具(ROVs)來進行 這種操作是令人滿意的。海底的深度使得使用潛水員是危險甚至不 可能的，而使用ROV則更為經(jīng)濟。這種作業(yè)的安全性必須很高，因 為泄漏可能會導致巨大的經(jīng)濟和環(huán)境后果。
現(xiàn)有技術(shù)大部分是基于機械操作的，諸如在取回器與探頭之間以 及在接入管與取回器之間采用螺紋連接，以及釆用機械操作的把手 來打開和關(guān)閉閥門，而這樣的機械操作是難以通過ROV來完成的。
已經(jīng)做了一些努力來減少操作次數(shù)和用更簡單的機械裝置來代替一些螺紋連接。美國專利說明書3,589,388 ( Haneline 1971)示出
了一種將噴射器噴嘴從高壓環(huán)境中收回的壓力操作取回器。這種結(jié) 構(gòu)包括球閥，其在打開狀態(tài)下具有用于引入噴射器噴嘴的開口。此 外，它包括部分中空或管狀的連接設(shè)備，其帶有用于限定多個指狀 物的兩個或三個凹槽。徑向凸出的舌片設(shè)置在各指狀物上，用于容 納在噴射器的注射針后面的開口中。這些指狀物是柔性的以與開口
連接。由于這種連接，可以通過取回器將探頭拉出。
這種取回器系統(tǒng)中的缺點在于需要螺桿徑向連接到接入管以緊
固噴射器的注射針。在螺桿被擰緊時，可以僅僅將連接器設(shè)備從開 口中拉出，而不會將噴射器的注射針拉出。
美國專利說明書4，275，592( Atwood等1981 )示出了一種取回器， 其利用帶有唇緣的指狀物來拉動探頭。其中示出了多種螺紋連接。 但這種取回器不適合于用來更換海底管道中的探頭。
美國專利說明書4,002,059 (Jeffers等1977)示出了一種用于帶 有腐蝕試樣的探頭在加工管道中裝配和拆卸的取回器。在操作過程 中，通過探頭上的彈簧加載鎖緊裝置將探頭鎖緊在接入管上的凹槽 內(nèi)。取回器可通過包括抓鉤裝置和桿狀主體的金屬線被放下至探頭 上方。在取回器被放下至探頭上方時，將桿狀主體放下穿過探頭上 部的開口以釋放彈簧加載鎖緊裝置。抓鉤裝置包括在將探頭從接入
管中提起之前抓住探頭頂部處的環(huán)形凹槽的臂。
這種取回器的缺點在于對于探頭的裝配需要使用兩種不同的工
具。另外，需要使用配重塊和金屬絲來放下和拉出探頭。這種結(jié)構(gòu) 也不適于ROV操作。
從挪威專利說明書317390 (CorrOcean 2004)中可以了解到一 種用于將探頭裝配在加工管道或加工罐中的設(shè)備，該設(shè)備不能用于 由ROV進行遠程操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種裝配和拆卸探頭的設(shè)備，其適于與ROV —起使用。該設(shè)備應(yīng)該能夠在不停止操作的情況下移除和/ 或安裝探頭。該設(shè)備應(yīng)當包括以安全和簡單的方式操作用于將探頭 鎖緊到接入管的鎖緊裝置的裝置。
探頭與接入管之間的可靠密封也很重要。此外，本發(fā)明的一個目 的在于提供一種適于與這種設(shè)備一起使用的探頭。
本發(fā)明在權(quán)利要求1中得到陳述。權(quán)利要求10陳述了適于與這 種設(shè)備一起使用的探頭。在權(quán)利要求2-8和11-13中描述了特別有 利的實施例。下面參考兩個實施例對本發(fā)明進行進一步描述。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例的實例進行描述，其中 圖1示出了通過加工管道、接入管和處于正常操作下的探頭的橫 截面；
圖2示出了與用于鎖緊和釋放探頭的操作裝置接合的ROV工具 的實施例的橫截面；
圖3示出了在探頭處于操作模式的情況下，安裝在接入管上的探 頭裝配和拆卸設(shè)備的實施例的軸向截面；
圖4示出了在探頭被拉出的情況下，對應(yīng)于圖3的軸向截面；
圖5示出了圖3的放大截面，其中帶有抓住用于拉出和插入工具 的ROV工具的夾緊卡爪，且卡爪處于松開模式；
圖6示出了探頭保持器的另一個實施例的軸向視圖，該保持器用 于插入和鎖緊到一體地結(jié)合在管道或使用探頭的其他結(jié)構(gòu)上的凸 緣，同時
圖7示出了如圖6所示的探頭保持器中的用于裝配和更換探頭的 液壓系統(tǒng)的軸向截面。
具體實施例方式
圖l示出了帶有接入管12的加工管道10,其中探頭14裝配在 接入管12中以測量加工狀態(tài)。接入管具有圓形內(nèi)孔，其帶有朝向加工管道10的圓錐形錐體16。接入管12還包括外凸緣18以緊固引導 保護軍20,以及用于接收和緊固取回器的接收凸緣22。凹槽24沿徑 向設(shè)置在接入管12上。
探頭14在其內(nèi)端上包括設(shè)置在加工管道10內(nèi)部的傳感器裝置 15,該傳感器裝置配有用于測量管道狀態(tài)的傳感器。這被視為是公 知的，且不再進一步描述。探頭14還包括承載傳感器裝置15的中央 管狀芯17,其具有兩個外部密封元件以防止探頭14與接入管10之 間的泄漏第一、波紋管狀的金屬對金屬的密封件19和第二、具有 中間支撐環(huán)23的雙重聚合體密封件21。金屬對金屬的密封件19設(shè) 置在接入管12的錐體16的內(nèi)部。
管狀芯17容納從傳感器裝置15到管狀殼體24的電纜，其中管 狀殼體容納有印刷電路卡。管狀殼體24連接到用于ROV的接收器 25且具有用于通向中央監(jiān)視單元(未示出)的電纜27的聯(lián)接器26。 管狀殼體24通過螺母28連接到管狀芯17,螺母可以在將探頭14移 離加工管道IO之后在進行人工修理時被松開。
在密封結(jié)構(gòu)的外部，套管29設(shè)置在管狀芯上，該套管具有如圖 2所示的用于通過使用夾緊工具進行夾緊的外凸緣30。套管29的內(nèi) 端具有外軸環(huán)31，其在內(nèi)部位置上時處于一系列環(huán)形的夾緊卡爪32 的范圍內(nèi)，以允許夾緊卡爪徑向向內(nèi)移動。在套管29的外部位置上， 夾緊卡爪被向外擠壓成與接入管12上的環(huán)形凹槽33接合。這樣可以 鎖緊探頭14。
套管29在帶有外部夾緊凸緣35的外部引導套管34中^皮引導。 引導套管34具有用于夾緊卡爪32的一系列徑向開口 ，且與密封裝置 接合。
在夾緊卡爪32相對于接入管松開的情況下，探頭可以和密封裝 置一起拉出。引導套管上的夾緊凸緣35對應(yīng)于要由ROV工具操作 的外部夾緊凸緣30。示出了套管29的外部位置，其中"O"表示打開 位置，"L"表示鎖緊位置。
可以在拉出探頭14之前將聯(lián)接器26從殼體上松開，并在重新裝配探頭時將其重新接上。
鎖緊套管29優(yōu)選為彈簧加載的，鎖緊彈簧將鎖緊套管壓向鎖緊 位置。因此，夾緊卡爪32被徑向壓入凹槽33中。
在圖2中示出了夾緊工具36的活動端。夾緊工具36包括管狀夾 緊部分37。夾緊部分37具有一系列夾緊指狀物38，其提供內(nèi)部環(huán)形 凹槽39以在夾緊凸緣30和引導套管34上的夾緊凸緣35相接時與它 們相配合。因此，夾緊部分37可以面向自由位置移動外部夾緊凸緣 29,并由此將探頭14從加工管道中拉出，如圖4所示。對應(yīng)圖5的 致動元件， 一致動元件設(shè)置在管狀夾緊部分37的外部。
在圖3和4中，示出了圍住夾緊工具36的取回器40。取回器40 包括兩個閥套50、 51,取回管41和夾緊工具36。
閥套50、 51各自包括用于聯(lián)接至凸緣的液壓操作聯(lián)接裝置42、 43，球閥44、 45,內(nèi)部夾緊工具36和各閥套外端上的內(nèi)螺紋部分46、 47。聯(lián)接裝置42、 43包括液壓操作的、套管狀的致動器48、 49,其 通過在取回器的縱向方向上的面向和遠離接入管12的運動，分別將 多個夾緊卡爪52、 53移至鎖緊和打開位置。取回器40還包括用于將 液壓介質(zhì)受控地供給到致動器48、 49的導管。
球閥50、 51可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)計，在將探頭14從接入管 12中拉出時具有關(guān)閉通向加工管道10的開口的用途。優(yōu)選地通過球 閥轉(zhuǎn)動桿上的夾緊元件54、 55，由ROV液壓控制各球閥的打開和關(guān) 閉。在球閥50、 51處于打開位置時，閥套提供圓柱形空間以讓內(nèi)部 工具36沿著取回器40的縱向軸線前后滑動。
內(nèi)部閥致動器在液壓控制下沿著取回器40的縱向方向前后滑動 一段距離。其目的將在下面進行描述。
圖5示出了帶有用于鎖緊和松開夾緊卡爪52的致動器48的聯(lián)接 裝置42的松開位置。相應(yīng)地對聯(lián)接裝置43進行設(shè)計。
下面將描述取回器40的連接和使用。取回器包括通過聯(lián)接裝置 42與接入工具12的凸緣22聯(lián)接的第 一 內(nèi)閥套50。聯(lián)接元件56與第 一閥套50的內(nèi)螺紋部分46接合，其中該聯(lián)接元件包括與接入管12上的接收凸緣22相同的接收凸緣且在相對端上帶有螺紋部分。因此， 第二閥套51上的聯(lián)接裝置43能夠連接到該聯(lián)接元件的接收凸緣。此 外，取回管41的外螺紋與第二閥套51的內(nèi)螺紋部分47接合。因此， 閥套50、 51和取回管41裝配成一個單元，從而在探頭14的裝配和 拆卸過程中不必進行螺紋連接操作。下面將描述取回器在卸下探頭中的使用。首先，用ROV將探頭 14的外端上的聯(lián)接器26移走。然后沿著引導保護軍20面向接入管 12上的接收凸緣22移動取回器40。通過操作聯(lián)接裝置42上的致動 器48，將內(nèi)閥套50鎖緊到接收凸緣22，以使鎖緊裝置52接合凸緣 22。密封元件提供密封聯(lián)接。在此操作階段，球閥50、 51都優(yōu)選地 處于關(guān)閉狀態(tài)。然后將球閥打開且將內(nèi)部工具36移向探頭14直至柔 性夾緊指狀物的鉤抓住凸緣30。然后移動內(nèi)部致動器直至覆蓋夾緊指狀物38,以抑制其徑向向 外的運動，并因此抑制凸緣30的徑向向外運動。取回管41的壓力增 大至大于加工管道10的壓力，以避免探頭14失控噴出和可能對設(shè)備 造成的損傷，通過將內(nèi)部工具36移入管中，夾緊指狀物38將凸緣 30壓向探頭的凸緣35。這使得鎖緊套管29不被壓入管中，且夾緊卡 爪38不再被壓入接收管12的凹槽33內(nèi)。將內(nèi)部致動器拉出，且夾 緊指狀物將凸緣30和35夾緊。此時探頭14處于打開位置。通過將 接收管41的壓力逐漸地減小至小于加工管道IO的壓力，探頭14移 入加工管41中。在外閥套50的球閥44關(guān)閉之前，將外閥套51的球閥45關(guān)閉， 且加工流體涌回到加工管中。通過將致動器43松開直至鎖緊裝置53 松開對相接的凸緣的夾緊，將外閥套51、帶有內(nèi)部工具36的接收管 41以及4笨頭14從內(nèi)閥套50上木>開。裝配帶有新探頭或罩的新取回管和新閥套，且探頭的裝配大體上 與上述過程相反。還有 一 些細節(jié)沒有描述和示出，例如液壓操作系統(tǒng)的設(shè)備和連 接。對于安全性而言非常必要和重要的壓力平衡也沒有進行詳細地描述。這些對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言應(yīng)該是顯而易見的。所描述的本發(fā)明的實施例具有替換方案，可以認識到，可在設(shè)計 成內(nèi)軸環(huán)的操作元件的操作下將夾緊指狀物的鉤沿徑向向外導引。 此外，用于鎖緊夾緊指狀物的內(nèi)部致動器不必是閥套的一部分，因 為它可以設(shè)置在內(nèi)部工具上。圖6示出了探頭保持器，其用于裝配在例如管子或歧管上的標準 凸緣上。探頭保持器61在其內(nèi)端上具有探頭62,且在外端上具有帶 軸向指狀物63A的連接套管63。探頭保持器的中央主體部分64配有 朝向?qū)⒁o固在其上的凸緣的圓錐形部分65，和外部鎖緊裝置，該 裝置帶有穿過主體部分64的外部套管67上的開口凸出的一系列夾 緊卡爪66，通過鎖緊套管68的運動向外擠壓或松開卡爪，其中鎖緊 套管帶有用于夾緊卡爪66的圓周凹槽69和凸頸70，凸頸上帶有用 于通過合適的遠程控制裝置進行操縱的末端凸緣71。鎖緊套管68可 以在伸出以承載連接套管63的芯72上移動。圓錐表面上具有兩個臺階，每個臺階分別具有雙重密封裝置73、 74,清潔環(huán)和密封環(huán)，它們可以采用合適的現(xiàn)有技術(shù)。探頭保持器 61具有內(nèi)孔75，用于插入和拉出探頭保持器61。圖7示出了為更換探頭和將探頭連接到外部測量和記錄系統(tǒng)所 必須的元件的組件。引導結(jié)構(gòu)76裝配在凸緣77上，用于將部件引導至與探頭保持器 連接。凸緣77具有用于與夾緊卡爪66 (圖6)相配合的內(nèi)部圓周凹在探頭保持器61上，閘門結(jié)構(gòu)78用于引導兩個閘門閥79，該 閘門閥^沒計為打開時可讓4采頭通過的球閥80。在閘門閥79、 80上方， 單元81用于操作這些閥。配有夾緊把手82，用于由ROV操作該閘 門結(jié)構(gòu)。閘門結(jié)構(gòu)78具有夾緊鉤83，用于抓住凸緣77和抵靠凸緣 密封的合適密封元件。在用于操作閥的單元81的外端，聯(lián)接殼體84用于液壓軟管85 的連接?？梢赃h程控制閘門閥79、 80。在閘門結(jié)構(gòu)78上的開口的外端，同心地設(shè)置有凸緣86和引導結(jié) 構(gòu)87。凸緣86和引導結(jié)構(gòu)87與圓柱體88相配合，圓柱體帶有活塞 89和活塞桿90，其中活塞桿帶有用于移動探頭保持器61的探頭夾具 91。圓柱體88在其外端上具有與液壓軟管93連接的控制單元92。 圓柱體88具有夾緊和密封裝置93，其可以通過遠程控制可移動地和 密封地緊固到緊固凸緣86。夾緊把手94連接到聯(lián)接殼體84,且兩個夾緊把手95、 96分別 連接到圓柱體88和其控制單元92，這些都用于ROV操作。在更換探頭62時，首先通過ROV將可拆卸地連接到凸緣77的 連接單元(未示出)移走。然后在閘門閥79、 80處于關(guān)閉狀態(tài)的情 況下將閘門結(jié)構(gòu)78附接并緊固到凸緣77。然后將用于操作探頭的圓 柱體88附接到凸緣86。圓柱體88將提供允許將閘門閥79和80打 開的閉合系統(tǒng)。通過閘門閥79、 80，探頭夾具91可被移入與末端凸 緣71接合，探頭保持器61的鎖緊被松開，且該固定器和探頭62 — 起被拉入圓柱體88。然后可以將閘門閥89、 90關(guān)閉，將圓柱體從閘 門結(jié)構(gòu)78中松開以將用過的探頭62更換成新的探頭。以相反的順序 完成剩下的更換操作。
權(quán)利要求
1.一種用于將設(shè)置在接入管(12)內(nèi)的探頭(14)裝配和拆卸到加工管道和/或儲存罐(10)上的設(shè)備，包括至少一個帶有球閥(44，45)的閥套(50，51)，球閥帶有用于在裝配和拆卸過程中操縱探頭(14)的開口；和用于引入內(nèi)部工具(36)的取回管(41)，其中閥套(50)連接到接入管(12)，內(nèi)部工具(36)設(shè)置用來保持可釋放的探頭的外部(30，35)并操作其鎖緊裝置，所述鎖緊裝置在其鎖緊位置上將探頭鎖緊到接入管(11)且在打開位置上允許探頭在接入管(12)中縱向移動，其特征在于探頭(14；62)通過一系列環(huán)形的夾緊裝置(32；66)可釋放地連接到接入管(12；61)，所述夾緊裝置可在內(nèi)部鎖緊位置和徑向外部松開位置之間移動。
2. 如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于通過可軸向移動的 套管(29)上的滾珠(31)操作夾緊裝置(32)。
3. 如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于通過液壓操作的外 部裝置(36)移動可軸向移動的套管(29)。
4. 如權(quán)利要求1 - 3之一所述的設(shè)備，其特征在于通過探頭(14 ) 中的管狀芯(17)，夾緊裝置(32)設(shè)置在與一密封裝置接合的引導 套管(34)中的孔內(nèi)。
5. 如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于密封裝置包括金屬 波紋管密封件(19)。
6. 如權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于另一個環(huán)形密封件 (21)優(yōu)選由聚合材料或復合材料制成，且軸向設(shè)置在波紋管密封件 (19)的外部。
7. 如權(quán)利要求l-6之一所述的設(shè)備，其特征在于用于通過可 軸向移動的套管(29)來操縱一系列環(huán)形的夾緊裝置(32)的內(nèi)部工 具(36)包括一系列夾緊指狀物(38)，每個指狀物在其末端處具有 鉤，其中在內(nèi)部工具(88)的運動過程中至少一個夾緊指狀物(110)能夠抓住和操作探頭(14)上的操縱裝置(30， 35)。
8，如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于所述內(nèi)部工具(36) 連接到優(yōu)選為液壓操作的致動器，以分別地限制、允許夾緊指狀物 (38)的撓性徑向運動。
9. 用在如權(quán)利要求1所述的設(shè)備上的探頭，其特征在于所述 探頭包括承載波紋管密封裝置(19)的管狀芯(17)，且其具有用于 與所述設(shè)備的夾緊裝置接合的外表面。
10. 如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其特征在于所述設(shè)備包括可以 在測量地點可釋放地與連接凸緣(77)連接的探頭保持器(61)。
11. 如權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其特征在于探頭保持器(61) 具有圓錐形內(nèi)端(65)，所述內(nèi)端成臺階狀以用于至少一個密封元 件(66， 67)。
12. 如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于各套密封元件包 括清潔環(huán)(66)和密封環(huán)(67)。
13. 如權(quán)利要求10-12之一所述的設(shè)備，其特征在于探頭保 持器(61)具有可徑向移動的夾緊元件(66)，所述夾緊元件通過帶 有用于夾緊的外凸緣的致動套管(68)可相對于環(huán)繞凸緣在鎖緊和 松開位置之間軸向移動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將設(shè)置在接入管(12)內(nèi)的探頭(14)裝配和拆卸到加工管道和/或儲存罐(10)上的設(shè)備，其包括至少一個帶有球閥(44，45)的閥套(50，51)，球閥帶有用于在裝配和拆卸過程中操縱探頭(14)的開口。該設(shè)備包括用于引入內(nèi)部工具(36)的取回管(41)。閥套(50)連接到接入管(12)，且內(nèi)部工具(36)用于固定該可拆卸的探頭的外部(30，35)和操作其鎖緊裝置，該鎖緊裝置在其鎖緊位置上將探頭鎖緊到接入管(12)且在打開位置上允許在接入管(12)中縱向移動探頭。探頭(14)通過一系列環(huán)形的夾緊裝置(32)可拆卸地連接到接入管(12)，該夾緊裝置可在內(nèi)部鎖緊位置和徑向外部松開位置之間移動。
文檔編號G01FGK101263375SQ200680020995
公開日2008年9月10日 申請日期2006年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月2日
發(fā)明者N·A·布羅滕 申請人:羅克薩爾公司