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深水裝備趨于電氣化 電動ROV將迎風而起?

深水裝備趨于電氣化 電動ROV將迎風而起?

水下環境惡劣危險,人的潛水深度有限,所以水下機器人已成為開發海洋的重要工具。目前,深水油氣行業正趨向于使用全電氣化的系統,因此,電動ROV也越來越受到青睞。本期石油圈將為大家介紹一家公司的電氣產品線。

作者 | Jennifer Pallanich
編譯 | 白小明

ROV可在高度危險環境、被污染環境以及零可見度的水域代替人工在水下長時間作業,一般配備聲吶系統、攝像機、照明燈和機械臂等裝置,能提供實時視頻、聲吶圖像,機械臂能抓起重物。因其優良的性能,ROV在深水石油開發領域得到了廣泛應用。

ROV趨于電動化

由于海上平臺和船舶的空間很小,很多人都提倡使用電力驅動的遠程操作機器人(ROV):與液壓ROV相比,電動ROV占用的物理空間更小,所需的操作人員也更少。不過在執行大多數任務時,電動和傳統ROV可以一起使用。

Saab Seaeye北美區銷售經理Chris Roper稱,就能力和性能來說,兩種ROV在同一水平。目前執行同類任務,可以使用電力驅動ROV系統,也可以使用液壓ROV。但在某些應用中,電動ROV比體積更大的液壓ROV功能更強大。

例如,電動ROV的橫截面更小,可以在更強的洋流環境下工作。Seaeye電動ROV產品系列的新成員Leopard可以在流速為4節(7.4km/h)的洋流環境下作業。

Seaeye公司已成立30多年,Roper表示,這些年來,Seaeye公司完善了水下電動推進器以及應用于推進器的ROV技術,Roper曾經是一名商業飽和潛水員。

一些作業公司表示,鑒于環保原因,而且電動ROV自身不需要攜帶油,所以他們更愿意使用電動ROV。

注:飽和潛水員通常在水下工作的時間一般都是在一個小時以上,潛水作業深度超過120米,在艙里呼吸的氣體是氦氣和氧氣的混合氣體。目前實現深海潛水的唯一技術,就是飽和潛水。就是指創造出一種環境和條件,使潛水員體內各組織體液中所溶解的惰性氣體達到完全飽和的程度,潛水員可以在高壓下停留幾十天,待作業完成后,一次減壓,返回正常生活。

油氣行業趨于電氣化

油氣行業也正趨于在水下環境中使用全電氣化產品,如全電氣化的驅動器。Roper稱,把電動ROV與電氣硬件相連,將大有作為。從環保的角度來說,電氣系統更具優勢,從整體效率和降低總成本的角度來說,電氣系統的回報更高。此外,電氣噪聲過大可能干擾傳感器系統,而電動ROV運轉產生的噪聲很小。

Seaeye目前正在力推兩款最新的水下電氣設備:Leopard作業級ROV和Sabertooth檢測&便攜式混合動力維護設備。公司將Sabertooth稱之為“智能化混合動力設備”,該設備通過無線通信,將自主式水下機器人(AUV)和ROV技術融入到單個機器人中,可漫游、盤旋,執行無系纜的便攜式干預作業。

Sabertooth自身的電池容量為30千瓦時,可在3~4節的流速環境下,連續工作18個小時左右。Roper表示這一電量已經算是非常大的了。如果連接到主平臺或者水下電源,Sabertooth可以在深達3000m的海底停留長達1年的時間。

Roper稱,工作人員可以在岸上基地或海上操作這些設備執行IMR(檢測、維護和維修)任務,作業人員數量也會有所減少,而且由于減少了下水和取回ROV的頻率,也就減少了對船舶的需求。該設備使用自由空間光纖技術進行通信,能夠使用水下電源站進行感應充電,可充電鋰電池完成一次充電僅需6~8小時。

Roper相信這種設備應用于海底作業,可采集更多的數據,目前他們進行的大部分工作主要是提高探測環境變化的能力。

雖然Sabertooth已經在全球范圍執行日常檢查工作,但現在還無法留在海底工作,不過這種應用遲早會實現,因為Seaeye仍需進行長時間的浸泡試驗。不過目前95%需要部署在海底的設備已經通過驗證,僅需最后一步,即組裝所有設備然后進行長時間的浸泡測試,該試驗將于17年在Saab位于瑞典的Motala工廠附近的Vattern湖進行。

深水裝備趨于電氣化 電動ROV將迎風而起?

近日,Seaeye還在休斯敦約翰遜航天中心的NASA中性懸浮實驗室進行了功能測試,各項指標均符合要求。

Roper將Leopard ROV稱為Seaeye迄今為止制造的“最強大”的機器人。Leopard和Sabertooth有許多“共通點”。例如,兩者都使用了同樣的電力推進器和iCON系統(智能控制)。Leopard配有8個水平推進器和3個垂直推進器,通過系纜獲得電能。8個水平推進器產生超過半噸的系纜拖力,推動機器人以4.2節航速前進。

目前,Leopards主要作業地點在澳大利亞、中東和遠東深水地區??偛课挥谟腞OVOP公司很快將在墨西哥灣使用首個Leopard,并將于17年年初在加拿大東海岸使用一整套設備。

Leopard的最大作業水深為3000m,在一些作業中,ROV可以在水下停留20天以上。據公司介紹,它可以在湍急的水流環境下執行任務。

Roper稱,該設備的機械性能很好,出現問題的幾率也很小,作業過程中,停機時間很短。即使在多數設備受損的情況下,Leopard也可以通過iCON自動執行冗余功能,獨立管理設備上每個零部件。

未來發展方向

Roper認為在不久的將來,電動ROV還可以實現兩個目標。一是延長在海底的停留時間,二是利用電氣工具和電氣操縱器技術,替換現有的液壓工具。

Saab Seaeye在研發電氣工具和電動操縱器方面可謂取得了切實的進步,實際應用中,也沒有必要在電動機器人上使用液壓工具。

Seaeye計劃今年研制出幾款電氣工具,然后在2018年研制出電氣控制操縱器。

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白礬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。
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