ROV及外接設備接口研究

王杰文， 齊兵兵， 黃佳瀚， 王曉龍， 李麗娜

（1.深圳海油工程水下技術有限公司，廣東 深圳 518067；2.海洋石油工程股份有限公司，天津 300450）

0 引言

目前ROV及外接設備主要由國外公司提供。由于種種原因，各公司提供的ROV及外接設備接口標準不同、形式不同、材料不同，海上施工期間經(jīng)常出現(xiàn)水下作業(yè)設備之間的連接問題。例如在東海某電纜檢測項目中，ROV攜帶TSS350進行電纜檢測。由于TSS350設備外接接口為6針電子接口，而ROV提供的外接電子接口為8針電子接口?，F(xiàn)場找不到6針轉8針的電子接口，無法實現(xiàn)TSS350探測設備和ROV的匹配，嚴重影響施工效率。

文中通過對現(xiàn)有ROV及外接設備接口進行研究，提出國內(nèi)ROV及外接設備接口統(tǒng)一標準化設計建議，以期對未來水下維修設備國產(chǎn)化提供參考和幫助。

1 ROV接口

ROV提供的外接接口通?？煞譃閮深悾弘娮咏涌诤鸵簤航涌凇?/p>

1）電子接口主要連接電力驅動的水下作業(yè)工具，動力較小，只能進行檢測、探測等工作，為搭載設備提供電力傳輸、信號傳輸、信號控制等作用。ROV的電子接口有3針、6針、8針3種。3針接口通常連接具有單一作用的外接工具，比如檢測電位的探頭或者照明用的水下探照燈。6針接口連接具有兩種功能的外接工具。8針接口連接具有兩種功能或三種功能的外接工具。用于兩種功能的外接工具時，其中2針作為備用線路。若線路出現(xiàn)故障，外接設備功能受阻，可立即將該功能轉接至其他備用線路上。一臺ROV只能提供3針和6針，或者3針和8針兩種電子接口。常見電子接口的形式有以下4種：a.接口面成圓形，整體針位排列成不規(guī)則形狀；b.接口面是圓形，針位排列規(guī)則，另外設計一定位功能的針位來保證接口連接的正確性，定位作用的針位明顯大于或小于其他針位，且材質也不同；c.接口面是圓形，針位排列規(guī)則，接口雙方的外殼上帶有明顯導向對應標記，確保連接無誤；d.接口平面是不對稱形狀，但針位排列成規(guī)則。

2）液壓接口主要連接液壓驅動的水下作業(yè)工具，動力較大，能進行水下安裝、拆除、維修、清洗、切割等工作,為搭載設備提供液壓動力。ROV提供的液壓接口大小有1/4 in、1/2 in、3/8 in、3/4 in、1 in 等等。ROV 本體通過液壓接口將液壓油輸送至搭載設備上，通過ROV液壓油路上的閥門來控制搭載設備運行相關功能。為確保液壓油形成完整回路，通常液壓接口都是成對設計的。常見的ROV外接液壓接口有3種形式：a.JIC形式，利用接口公頭一端的外錐形面進行密封；b.NPT形式，NPT利用螺紋錐面進行密封；c.SWAGELOK形式，利用母頭一端的內(nèi)錐形面進行密封。

不同公司生產(chǎn)的ROV提供的電子和液壓外接接口有所不同。因技術壟斷、生產(chǎn)成本等原因，一臺ROV上的電子和液壓接口通常只采用一種形式，但接口大小有多種。例如海油工程購置的ROV外接電子接口為上述第一種形式，線路為3針和8針兩種。液壓接口為JIC形式，大小有 1/4 in、1/2 in、3/4 in。

2 ROV外接工具接口

ROV常用的配套工具有CP探頭、TSS350/440、液壓扭矩扳手、吹泥泵、液壓剪、液壓切割鋸、高壓水槍等。只有外接工具與ROV接口一致，配套使用，才能完成水下作業(yè)任務。

CP探頭用來探測水下結構物上面的陽極電位。工作時由自身電池提供動力，將檢測得到的信號通過電子接口連接至ROV，通過ROV臍帶纜將信號傳輸至甲板。探頭功能簡單，僅需要兩針的電子接口與ROV相連即可實現(xiàn)水下陽極電位檢測作業(yè)。Deepwater Corrosion Services Inc.公司生產(chǎn)的CP探頭為3針電子接口，其中一針起定位作用，兩針作為信號傳輸線路。

TSS440主要用于海管路由調查、安裝后調查和海管年檢。通常安裝于ROV前部，由ROV攜帶入水進行相關作業(yè)。TSS440工作時既需要ROV提供110V電源，同時還需要傳輸檢測信號和控制信號。故TSS440連接的外接電子接口為6針接口，針位排列規(guī)則，接口平面為不對稱形。

ROV用扭矩扳手的生產(chǎn)廠家有Forum Subsea Technologies，OceanWorks International，Inc， UES（Underwater Engineering Services），Oceaneering 等 等 。ForumSubseaTechnologise公司生產(chǎn)的扭矩扳手接口采用ISO13628-8標準，電子接口形式為8針接口，液壓接口為JIC形式。UES生產(chǎn)的ROV扭矩扳手采用API 17H（Hi-Torque），標準，液壓接口類型為1/2 in BSP螺紋接口。Oceaneering生產(chǎn)的ROV扭矩扳手液壓接口形式為1/2 in或3/8 in JIC形式。

吹泥泵需要動力較大，液壓油管直徑比其他設備相比都較大，需要ROV提供的外接接口直徑也較大。根據(jù)吹泥泵功率的大小，采用的油管與接口也不同。常見的接口有3/8in、3/4in、1in。不同廠家生產(chǎn)的吹泥泵采用的液壓油管不一樣，且與ROV連接的接口大小與形式也有所不同。例如VORTEX International Ltd公司生產(chǎn)的4in吹泥泵需要ROV提供的液壓油流量為38 L/min，壓力為20.6MPa。ROV提供液壓動力接口形式為1/2 in JIC，吹泥泵液壓回路與ROV連接接口形式為3/8 in JIC。Tritech生產(chǎn)的吹泥泵可以同時進行吹、吸泥作業(yè)。吹泥泵與ROV連接接口為1 in BSP形式。

ROV液壓剪，可以用于剪斷155 mm以內(nèi)的鋼纜和錨纜。液壓剪根據(jù)可剪斷鋼纜的大小分為115 mm液壓剪、75 mm液壓剪、54 mm液壓剪、38 mm液壓剪等等。不同型號的液壓剪剪切能力不同，需要ROV提供的液壓接口也不一樣。Northfield Hydraulic Services Ltd（NHS）生產(chǎn)的115 mm液壓剪主剪刀油缸接口為3/8 in NPT形式，輔助油缸接口為1/4 in NPT形式。該司生產(chǎn)的38 mm液壓剪與ROV只有兩個接口，均是1/4 in NPT形式。Webtool公司生產(chǎn)的75 mm液壓剪與ROV相連接的4個液壓接口均為1/4 in BSP形式。該公司生產(chǎn)的54 mm液壓剪與ROV只有兩個接口，均是1/4in BSP形式。

Kystdesign公司生產(chǎn)的AC57 92 mm錨鏈切割鋸，有3個功能，共6個液壓接口與ROV連接：1）控制切割鋸片旋轉切割作業(yè)的主油缸與ROV兩個接口形式為1/2 in JIC；2）控制夾緊的油缸與ROV兩個接口形式為 1/4 in JIC；3）控制進刀、退刀的油缸與ROV兩個接口形式為1/4 in JIC。水下切割作業(yè)時，先由夾緊油缸工作抓緊錨鏈，使ROV及切割鋸保持穩(wěn)定，其次打開刀片旋轉閥門，使其旋轉達到工作狀態(tài)，然后打開進刀、退刀閥門，控制旋轉的刀片逐漸切向錨鏈。切割時，刀片必須與切割點錨鏈保持垂直角度，否則容易損毀刀片。

ROV高壓水槍廣泛應用于水下管線、結構物清洗上。Forum Subsea Technologies生產(chǎn)的 0～52 MPa高壓水槍與ROV連接液壓接口形式為3/4 in JIC形式，引流管接口形式為1/4 in JIC形式。

3 國內(nèi)ROV及外接工具接口設計建議

通過對國外ROV及其搭載的水下設備接口研究發(fā)現(xiàn)，功能不同的設備接口采用的標準不同，接口大小、形式不統(tǒng)一。即使是同一種功能的設備，不同生產(chǎn)廠家提供的設備接口也有很大差別。國內(nèi)在研究和設計ROV及其外接工具時，應統(tǒng)籌安排，制定統(tǒng)一的接口標準，減少設備之間的連接問題，提高海上作業(yè)效率。文章在ROV及外接工具接口設計時有以下建議：

ROV及其外接設備的電子接口和液壓接口形式在設計時統(tǒng)一為一種。例如電子接口可采用接口平面不對稱形狀，但針位排列成規(guī)則的形式；液壓接口可采用JIC形式。若要重新設計接口形式，設計時應考慮密封性能、拆裝方便、易于保養(yǎng)、連接后牢固等方面的因素。

將ROV及其外接設備接口大小類型進行縮減。例如將6針電子接口統(tǒng)一為8針接口，所有ROV只提供3針接口和8針接口。外接設備的6針電子接口改為8針接口，其中兩針作為備用線路。將 1/8 in、1/4 in、3/8 in、1/2 in、5/8 in、3/4 in、1 in等等種類繁多的液壓接口縮減為1/4 in，1/2 in兩種液壓接口?；蛘邔⒁簤航涌谠O計為同尺寸公制的接口。

4 結語

國外公司提供的ROV及外接設備接口的不同導致設備在水下作業(yè)時出現(xiàn)各種問題。ROV及外接設備接口統(tǒng)一化，標準化是未來深水水下設備發(fā)展的必然要求，它不僅可以降低經(jīng)濟成本，同時也可減少各設備之間的連接問題。國內(nèi)ROV及外接設備設計研究剛處于起步階段，在設計和生產(chǎn)設備接口時統(tǒng)籌規(guī)劃，盡快制定統(tǒng)一標準，少走彎路，為深水水下設備國產(chǎn)化戰(zhàn)略提供指導和參考。

［1］ 劉鑫，魏延輝，高延濱.ROV運動控制技術綜述［J］.重慶理工大學學報（自然科學版），2014（7）：80-85.

［2］ 金碧霞，方勇.用于水下安保的ROV總體結構設計［J］.機械研究與應用，2014（2）：141-144，147.

［3］ 彭學倫.水下機器人的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.機器人技術與應用，2004（4）：43-47.

［4］ 奚崇德.水下機器人［J］.船艇，1987（12）：17.

［5］ 滕宇浩，張將，劉健.水下機器人多功能作業(yè)工具包［J］.機器人，2002（6）：492-496，507.

［6］ Petroleum and natural gas industries design and operation of subsea production systems Part 8∶Remotely Operated Vehicle（ROV）Interfaces on Subsea Production Systems：ISO13628-8-2002［S］.

［7］ Qualification Procedures for New Technology：DNV-RP-A203-2001［S］.

［8］ 海洋石油工程股份有限公司.ROV作業(yè)規(guī)程（試行版）Q/HS GC011-2009［S］.

［9］ Association of Diving Contractors International.Consensus Standards for Commercial Diving and Underwater Operations（Fifth Edition）［S］.Associationof Diving Contractors International，2004.

［10］ SKAARJC，JURENAJ，WITTINGF.Technical and Commercial Influences ofJumper Connectors with Emphasis on Decision Methodology［C］//Proceedings of the 18th Deep Offshore Technology International（DOT） Conference&Exhibition.Houston，Texas，USA，28-30 November，2006.

［11］ Aker Solutions，Subsea Tie-in，Tools and Connection Systems Catalogue［EB/OL］.［2014-04-29］.Http：//www.akersolutions.Com/en/Global-menu/Products -and -Services/Subsea -technologies-and-services/Subsea-production-systems-andtechnologies/Tie-in-connections-and-tooling/.