专利名称：一种探头安装设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于探头在加工管道、储存罐等中的装配和拆卸 的设备，如在权利要求1的引言部分中所陈述的那样。
背景技术：
对于探头在加工管道、储存罐等中的装配和拆卸存在着几种建 议。这种探头用于测量诸如油、气和加工工业系统内的腐蚀状态、 压力和温度等。通过接头，探头可以装配在管子中以通过设备中的 孔接触加工介质。
探头的装配和拆卸优选在正常操作状态下进行，这意味着在要更 换或检查探头时系统没有被关闭。与加工管道相连，这意味着维持 正常的操作压力且不需要将流体/气体排出。这也就意味着大致降低 了维护费用。
现有技术中的液压和/或机械取回器的缺点在于在对探头进行装 配和拆卸时存在泄漏的风险。这可能对环境有害。
在近海石油工业中，加工管道和运输管道都是放置在海底。需要 对这种管道的状态进行监视，且不得不对探头进行装配和拆卸以进
行维护和升级。由于各种优势，使用远程操作工具(ROVs)来进行 这种操作是令人满意的。海底的深度使得使用潜水员是危险甚至不 可能的，而使用ROV则更为经济。这种作业的安全性必须很高，因 为泄漏可能会导致巨大的经济和环境后果。
现有技术大部分是基于机械操作的，诸如在取回器与探头之间以 及在接入管与取回器之间采用螺紋连接，以及釆用机械操作的把手 来打开和关闭阀门，而这样的机械操作是难以通过ROV来完成的。
已经做了一些努力来减少操作次数和用更简单的机械装置来代替一些螺紋连接。美国专利说明书3,589,388 ( Haneline 1971)示出
了一种将喷射器喷嘴从高压环境中收回的压力操作取回器。这种结 构包括球阀，其在打开状态下具有用于引入喷射器喷嘴的开口。此 外，它包括部分中空或管状的连接设备，其带有用于限定多个指状 物的两个或三个凹槽。径向凸出的舌片设置在各指状物上，用于容 纳在喷射器的注射针后面的开口中。这些指状物是柔性的以与开口
连接。由于这种连接，可以通过取回器将探头拉出。
这种取回器系统中的缺点在于需要螺杆径向连接到接入管以紧
固喷射器的注射针。在螺杆被拧紧时，可以仅仅将连接器设备从开 口中拉出，而不会将喷射器的注射针拉出。
美国专利说明书4，275，592( Atwood等1981 )示出了一种取回器， 其利用带有唇缘的指状物来拉动探头。其中示出了多种螺紋连接。 但这种取回器不适合于用来更换海底管道中的探头。
美国专利说明书4,002,059 (Jeffers等1977)示出了一种用于带 有腐蚀试样的探头在加工管道中装配和拆卸的取回器。在操作过程 中，通过探头上的弹簧加载锁紧装置将探头锁紧在接入管上的凹槽 内。取回器可通过包括抓钩装置和杆状主体的金属线被放下至探头 上方。在取回器被放下至探头上方时，将杆状主体放下穿过探头上 部的开口以释放弹簧加载锁紧装置。抓钩装置包括在将探头从接入
管中提起之前抓住探头顶部处的环形凹槽的臂。
这种取回器的缺点在于对于探头的装配需要使用两种不同的工
具。另外，需要使用配重块和金属丝来放下和拉出探头。这种结构 也不适于ROV操作。
从挪威专利说明书317390 (CorrOcean 2004)中可以了解到一 种用于将探头装配在加工管道或加工罐中的设备，该设备不能用于 由ROV进行远程操作。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种装配和拆卸探头的设备，其适于与ROV —起使用。该设备应该能够在不停止操作的情况下移除和/ 或安装探头。该设备应当包括以安全和简单的方式操作用于将探头 锁紧到接入管的锁紧装置的装置。
探头与接入管之间的可靠密封也很重要。此外，本发明的一个目 的在于提供一种适于与这种设备一起使用的探头。
本发明在权利要求1中得到陈述。权利要求10陈述了适于与这 种设备一起使用的探头。在权利要求2-8和11-13中描述了特别有 利的实施例。下面参考两个实施例对本发明进行进一步描述。
下面结合附图对本发明的实施例的实例进行描述，其中 图1示出了通过加工管道、接入管和处于正常操作下的探头的横 截面；
图2示出了与用于锁紧和释放探头的操作装置接合的ROV工具 的实施例的横截面；
图3示出了在探头处于操作模式的情况下，安装在接入管上的探 头装配和拆卸设备的实施例的轴向截面；
图4示出了在探头被拉出的情况下，对应于图3的轴向截面；
图5示出了图3的放大截面，其中带有抓住用于拉出和插入工具 的ROV工具的夹紧卡爪，且卡爪处于松开模式；
图6示出了探头保持器的另一个实施例的轴向视图，该保持器用 于插入和锁紧到一体地结合在管道或使用探头的其他结构上的凸 缘，同时
图7示出了如图6所示的探头保持器中的用于装配和更换探头的 液压系统的轴向截面。
具体实施例方式
图l示出了带有接入管12的加工管道10,其中探头14装配在 接入管12中以测量加工状态。接入管具有圆形内孔，其带有朝向加工管道10的圆锥形锥体16。接入管12还包括外凸缘18以紧固引导 保护軍20,以及用于接收和紧固取回器的接收凸缘22。凹槽24沿径 向设置在接入管12上。
探头14在其内端上包括设置在加工管道10内部的传感器装置 15,该传感器装置配有用于测量管道状态的传感器。这被视为是公 知的，且不再进一步描述。探头14还包括承载传感器装置15的中央 管状芯17,其具有两个外部密封元件以防止探头14与接入管10之 间的泄漏第一、波紋管状的金属对金属的密封件19和第二、具有 中间支撑环23的双重聚合体密封件21。金属对金属的密封件19设 置在接入管12的锥体16的内部。
管状芯17容纳从传感器装置15到管状壳体24的电缆，其中管 状壳体容纳有印刷电路卡。管状壳体24连接到用于ROV的接收器 25且具有用于通向中央监视单元(未示出)的电缆27的联接器26。 管状壳体24通过螺母28连接到管状芯17,螺母可以在将探头14移 离加工管道IO之后在进行人工修理时被松开。
在密封结构的外部，套管29设置在管状芯上，该套管具有如图 2所示的用于通过使用夹紧工具进行夹紧的外凸缘30。套管29的内 端具有外轴环31，其在内部位置上时处于一系列环形的夹紧卡爪32 的范围内，以允许夹紧卡爪径向向内移动。在套管29的外部位置上， 夹紧卡爪被向外挤压成与接入管12上的环形凹槽33接合。这样可以 锁紧探头14。
套管29在带有外部夹紧凸缘35的外部引导套管34中^皮引导。 引导套管34具有用于夹紧卡爪32的一系列径向开口 ，且与密封装置 接合。
在夹紧卡爪32相对于接入管松开的情况下，探头可以和密封装 置一起拉出。引导套管上的夹紧凸缘35对应于要由ROV工具操作 的外部夹紧凸缘30。示出了套管29的外部位置，其中"O"表示打开 位置，"L"表示锁紧位置。
可以在拉出探头14之前将联接器26从壳体上松开，并在重新装配探头时将其重新接上。
锁紧套管29优选为弹簧加载的，锁紧弹簧将锁紧套管压向锁紧 位置。因此，夹紧卡爪32被径向压入凹槽33中。
在图2中示出了夹紧工具36的活动端。夹紧工具36包括管状夹 紧部分37。夹紧部分37具有一系列夹紧指状物38，其提供内部环形 凹槽39以在夹紧凸缘30和引导套管34上的夹紧凸缘35相接时与它 们相配合。因此，夹紧部分37可以面向自由位置移动外部夹紧凸缘 29,并由此将探头14从加工管道中拉出，如图4所示。对应图5的 致动元件， 一致动元件设置在管状夹紧部分37的外部。
在图3和4中，示出了围住夹紧工具36的取回器40。取回器40 包括两个阀套50、 51,取回管41和夹紧工具36。
阀套50、 51各自包括用于联接至凸缘的液压操作联接装置42、 43，球阀44、 45,内部夹紧工具36和各阀套外端上的内螺紋部分46、 47。联接装置42、 43包括液压操作的、套管状的致动器48、 49,其 通过在取回器的纵向方向上的面向和远离接入管12的运动，分别将 多个夹紧卡爪52、 53移至锁紧和打开位置。取回器40还包括用于将 液压介质受控地供给到致动器48、 49的导管。
球阀50、 51可以采用现有技术中的设计，在将探头14从接入管 12中拉出时具有关闭通向加工管道10的开口的用途。优选地通过球 阀转动杆上的夹紧元件54、 55，由ROV液压控制各球阀的打开和关 闭。在球阀50、 51处于打开位置时，阀套提供圆柱形空间以让内部 工具36沿着取回器40的纵向轴线前后滑动。
内部阀致动器在液压控制下沿着取回器40的纵向方向前后滑动 一段距离。其目的将在下面进行描述。
图5示出了带有用于锁紧和松开夹紧卡爪52的致动器48的联接 装置42的松开位置。相应地对联接装置43进行设计。
下面将描述取回器40的连接和使用。取回器包括通过联接装置 42与接入工具12的凸缘22联接的第 一 内阀套50。联接元件56与第 一阀套50的内螺紋部分46接合，其中该联接元件包括与接入管12上的接收凸缘22相同的接收凸缘且在相对端上带有螺紋部分。因此， 第二阀套51上的联接装置43能够连接到该联接元件的接收凸缘。此 外，取回管41的外螺紋与第二阀套51的内螺紋部分47接合。因此， 阀套50、 51和取回管41装配成一个单元，从而在探头14的装配和 拆卸过程中不必进行螺紋连接操作。下面将描述取回器在卸下探头中的使用。首先，用ROV将探头 14的外端上的联接器26移走。然后沿着引导保护軍20面向接入管 12上的接收凸缘22移动取回器40。通过操作联接装置42上的致动 器48，将内阀套50锁紧到接收凸缘22，以使锁紧装置52接合凸缘 22。密封元件提供密封联接。在此操作阶段，球阀50、 51都优选地 处于关闭状态。然后将球阀打开且将内部工具36移向探头14直至柔 性夹紧指状物的钩抓住凸缘30。然后移动内部致动器直至覆盖夹紧指状物38,以抑制其径向向 外的运动，并因此抑制凸缘30的径向向外运动。取回管41的压力增 大至大于加工管道10的压力，以避免探头14失控喷出和可能对设备 造成的损伤，通过将内部工具36移入管中，夹紧指状物38将凸缘 30压向探头的凸缘35。这使得锁紧套管29不被压入管中，且夹紧卡 爪38不再被压入接收管12的凹槽33内。将内部致动器拉出，且夹 紧指状物将凸缘30和35夹紧。此时探头14处于打开位置。通过将 接收管41的压力逐渐地减小至小于加工管道IO的压力，探头14移 入加工管41中。在外阀套50的球阀44关闭之前，将外阀套51的球阀45关闭， 且加工流体涌回到加工管中。通过将致动器43松开直至锁紧装置53 松开对相接的凸缘的夹紧，将外阀套51、带有内部工具36的接收管 41以及4笨头14从内阀套50上木>开。装配带有新探头或罩的新取回管和新阀套，且探头的装配大体上 与上述过程相反。还有 一 些细节没有描述和示出，例如液压操作系统的设备和连 接。对于安全性而言非常必要和重要的压力平衡也没有进行详细地描述。这些对于本领域技术人员而言应该是显而易见的。所描述的本发明的实施例具有替换方案，可以认识到，可在设计 成内轴环的操作元件的操作下将夹紧指状物的钩沿径向向外导引。 此外，用于锁紧夹紧指状物的内部致动器不必是阀套的一部分，因 为它可以设置在内部工具上。图6示出了探头保持器，其用于装配在例如管子或歧管上的标准 凸缘上。探头保持器61在其内端上具有探头62,且在外端上具有带 轴向指状物63A的连接套管63。探头保持器的中央主体部分64配有 朝向将要紧固在其上的凸缘的圆锥形部分65，和外部锁紧装置，该 装置带有穿过主体部分64的外部套管67上的开口凸出的一系列夹 紧卡爪66，通过锁紧套管68的运动向外挤压或松开卡爪，其中锁紧 套管带有用于夹紧卡爪66的圆周凹槽69和凸颈70，凸颈上带有用 于通过合适的远程控制装置进行操纵的末端凸缘71。锁紧套管68可 以在伸出以承载连接套管63的芯72上移动。圆锥表面上具有两个台阶，每个台阶分别具有双重密封装置73、 74,清洁环和密封环，它们可以采用合适的现有技术。探头保持器 61具有内孔75，用于插入和拉出探头保持器61。图7示出了为更换探头和将探头连接到外部测量和记录系统所 必须的元件的组件。引导结构76装配在凸缘77上，用于将部件引导至与探头保持器 连接。凸缘77具有用于与夹紧卡爪66 (图6)相配合的内部圆周凹在探头保持器61上，闸门结构78用于引导两个闸门阀79，该 闸门阀^没计为打开时可让4采头通过的球阀80。在闸门阀79、 80上方， 单元81用于操作这些阀。配有夹紧把手82，用于由ROV操作该闸 门结构。闸门结构78具有夹紧钩83，用于抓住凸缘77和抵靠凸缘 密封的合适密封元件。在用于操作阀的单元81的外端，联接壳体84用于液压软管85 的连接。可以远程控制闸门阀79、 80。在闸门结构78上的开口的外端，同心地设置有凸缘86和引导结 构87。凸缘86和引导结构87与圆柱体88相配合，圆柱体带有活塞 89和活塞杆90，其中活塞杆带有用于移动探头保持器61的探头夹具 91。圆柱体88在其外端上具有与液压软管93连接的控制单元92。 圆柱体88具有夹紧和密封装置93，其可以通过远程控制可移动地和 密封地紧固到紧固凸缘86。夹紧把手94连接到联接壳体84,且两个夹紧把手95、 96分别 连接到圆柱体88和其控制单元92，这些都用于ROV操作。在更换探头62时，首先通过ROV将可拆卸地连接到凸缘77的 连接单元(未示出)移走。然后在闸门阀79、 80处于关闭状态的情 况下将闸门结构78附接并紧固到凸缘77。然后将用于操作探头的圆 柱体88附接到凸缘86。圆柱体88将提供允许将闸门阀79和80打 开的闭合系统。通过闸门阀79、 80，探头夹具91可被移入与末端凸 缘71接合，探头保持器61的锁紧被松开，且该固定器和探头62 — 起被拉入圆柱体88。然后可以将闸门阀89、 90关闭，将圆柱体从闸 门结构78中松开以将用过的探头62更换成新的探头。以相反的顺序 完成剩下的更换操作。
权利要求
1.一种用于将设置在接入管(12)内的探头(14)装配和拆卸到加工管道和/或储存罐(10)上的设备，包括至少一个带有球阀(44，45)的阀套(50，51)，球阀带有用于在装配和拆卸过程中操纵探头(14)的开口；和用于引入内部工具(36)的取回管(41)，其中阀套(50)连接到接入管(12)，内部工具(36)设置用来保持可释放的探头的外部(30，35)并操作其锁紧装置，所述锁紧装置在其锁紧位置上将探头锁紧到接入管(11)且在打开位置上允许探头在接入管(12)中纵向移动，其特征在于探头(14；62)通过一系列环形的夹紧装置(32；66)可释放地连接到接入管(12；61)，所述夹紧装置可在内部锁紧位置和径向外部松开位置之间移动。
2. 如权利要求1所述的设备，其特征在于通过可轴向移动的 套管(29)上的滚珠(31)操作夹紧装置(32)。
3. 如权利要求2所述的设备，其特征在于通过液压操作的外 部装置(36)移动可轴向移动的套管(29)。
4. 如权利要求1 - 3之一所述的设备，其特征在于通过探头(14 ) 中的管状芯(17)，夹紧装置(32)设置在与一密封装置接合的引导 套管(34)中的孔内。
5. 如权利要求4所述的设备，其特征在于密封装置包括金属 波紋管密封件(19)。
6. 如权利要求5所述的设备，其特征在于另一个环形密封件 (21)优选由聚合材料或复合材料制成，且轴向设置在波紋管密封件 (19)的外部。
7. 如权利要求l-6之一所述的设备，其特征在于用于通过可 轴向移动的套管(29)来操纵一系列环形的夹紧装置(32)的内部工 具(36)包括一系列夹紧指状物(38)，每个指状物在其末端处具有 钩，其中在内部工具(88)的运动过程中至少一个夹紧指状物(110)能够抓住和操作探头(14)上的操纵装置(30， 35)。
8，如权利要求7所述的设备，其特征在于所述内部工具(36) 连接到优选为液压操作的致动器，以分别地限制、允许夹紧指状物 (38)的挠性径向运动。
9. 用在如权利要求1所述的设备上的探头，其特征在于所述 探头包括承载波紋管密封装置(19)的管状芯(17)，且其具有用于 与所述设备的夹紧装置接合的外表面。
10. 如权利要求l所述的设备，其特征在于所述设备包括可以 在测量地点可释放地与连接凸缘(77)连接的探头保持器(61)。
11. 如权利要求IO所述的设备，其特征在于探头保持器(61) 具有圆锥形内端(65)，所述内端成台阶状以用于至少一个密封元 件(66， 67)。
12. 如权利要求11所述的设备，其特征在于各套密封元件包 括清洁环(66)和密封环(67)。
13. 如权利要求10-12之一所述的设备，其特征在于探头保 持器(61)具有可径向移动的夹紧元件(66)，所述夹紧元件通过带 有用于夹紧的外凸缘的致动套管(68)可相对于环绕凸缘在锁紧和 松开位置之间轴向移动。
全文摘要
本发明涉及一种用于将设置在接入管(12)内的探头(14)装配和拆卸到加工管道和/或储存罐(10)上的设备，其包括至少一个带有球阀(44，45)的阀套(50，51)，球阀带有用于在装配和拆卸过程中操纵探头(14)的开口。该设备包括用于引入内部工具(36)的取回管(41)。阀套(50)连接到接入管(12)，且内部工具(36)用于固定该可拆卸的探头的外部(30，35)和操作其锁紧装置，该锁紧装置在其锁紧位置上将探头锁紧到接入管(12)且在打开位置上允许在接入管(12)中纵向移动探头。探头(14)通过一系列环形的夹紧装置(32)可拆卸地连接到接入管(12)，该夹紧装置可在内部锁紧位置和径向外部松开位置之间移动。
文档编号G01FGK101263375SQ200680020995
公开日2008年9月10日 申请日期2006年5月2日 优先权日2005年5月2日
发明者N·A·布罗滕 申请人:罗克萨尔公司