本發(fā)明涉及管線焊接系統(tǒng)，其中在連接的兩個管道的端部處形成焊接接頭。

背景技術(shù)：

管線系統(tǒng)(其可包括數(shù)段長管路區(qū)段(例如，幾英里的管路)，所述數(shù)段長管路區(qū)段包括鐵(例如，鋼、不銹鋼)或其他類型的金屬)用來在兩個位置(例如，從可以是基于陸地或水的源點到合適的存儲位置)之間輸送流體(諸如水、油和天然氣)。管線系統(tǒng)的構(gòu)造通常涉及通過焊接接點將具有合適直徑和縱向維度的管路區(qū)段連接在一起，所述焊接接點能夠為連接的管道區(qū)段提供不透流體的密封。

在兩個管道區(qū)段(例如，具有相同或類似縱向維度和/或橫向橫截面維度的兩個管道)之間形成焊接接點期間，一個管道區(qū)段的端部非常接近第二管道區(qū)段的端部或與所述第二管道區(qū)段的端部接觸。管道區(qū)段相對于彼此保持，并且使用合適的焊接過程形成焊接接點以連接管道區(qū)段的兩個端部。所述管道通常在焊接之前被預(yù)加熱到合適溫度，并且在焊接過程期間也產(chǎn)生大量的熱。

有時，在焊接完成和清潔之后，可檢查所述焊接。需要在比提升的焊接溫度更接近于操作溫度的溫度下檢查所述焊接。因此，在檢查之前，在焊接過程之后的冷卻是需要的。在檢查之后，可能需要向所述接頭施加外部保護涂層。為了促進這種涂層，可向管道增加熱量以便提升施加某種外部涂層(例如，聚丙烯)所需的管道溫度。

在這類加熱之后，必須允許管道連接在進一步處理步驟發(fā)生之前(例如，在卷繞所連接的管路區(qū)段或?qū)⑺龉苈穮^(qū)段處置/放置在水中或陸地上的某一其他合適位置中之前)冷卻到合適溫度。

在一些管道制造步驟(例如，在焊接之后和在檢查之前)期間，所接合的管道的外部部分是容易近接的，并且在外部表面處的冷卻是一種選擇并且可能甚至是優(yōu)選的。然而，在所述過程的一些部分期間(例如，已經(jīng)在外部將某些材料施加到管道的外側(cè)表面之后)，用來在其上進行管道冷卻過程的外部表面不可用。

內(nèi)部冷卻在制造過程的某些部分期間(即，即使當外部冷卻可用時)可以是優(yōu)選的。由于管道的大小以及對管路區(qū)段的位于焊接接頭處或其附近的內(nèi)部部分的可及性的難度，在管道內(nèi)進行內(nèi)部冷卻可能具有挑戰(zhàn)。因此，尤其需要提供內(nèi)部冷卻，使得在所述過程的各部分期間(其中管道的外部表面不可近接)，可實施冷卻以為需要更低溫度的將來的步驟(例如，卷繞)更快地提供條件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

用于管線焊接的內(nèi)部熱交換器(IHEX)包括驅(qū)動系統(tǒng)，所述驅(qū)動系統(tǒng)被配置來將IHEX移動到至少一個管道區(qū)段內(nèi)的在與另一個管道區(qū)段的焊接接頭位置附近的位置中。所述IHEX還包括：冷卻區(qū)段，所述冷卻區(qū)段包括被配置來選擇性地冷卻所述至少一個管道區(qū)段的一個或多個內(nèi)部表面部分的冷卻結(jié)構(gòu)；以及控制器，所述控制器與冷卻結(jié)構(gòu)通信并且被配置來在所述IHEX處于所述至少一個管道區(qū)段內(nèi)的接頭位置處時定位和啟動冷卻區(qū)段。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的描繪用于在管線焊接中使用的內(nèi)部熱交換器的示例性實施方案的透視圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的圖1的在臨插入管道區(qū)段端部內(nèi)之前的內(nèi)部熱交換器的透視圖，其中所述管道區(qū)段以橫截面的方式示出。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的圖1的位于第一管道區(qū)段內(nèi)的內(nèi)部熱交換器的透視圖，所述第一管道區(qū)段通過焊接接點固定到第二管道區(qū)段，其中兩個管道區(qū)段皆以橫截面的方式示出。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案的圖3的更近的透視圖，其中內(nèi)部熱交換器在第一管道區(qū)段和第二管道區(qū)段內(nèi)相對于焊接接點位于合適位置處，以促進在焊接接點處進行內(nèi)部冷卻。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的圖1的與搭接夾具連接的內(nèi)部熱交換器的示例性實施方案的透視圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的圖1的與搭接夾具連接的內(nèi)部熱交換器的另一個示例性實施方案的透視圖。

圖7A是根據(jù)本發(fā)明的描繪用于在管線焊接中使用的內(nèi)部熱交換器的另一個示例性實施方案的透視圖。

圖7B是圖7A的內(nèi)部熱交換器的一部分的放大透視圖。

圖8A是根據(jù)本發(fā)明的用于在管線焊接中使用的內(nèi)部熱交換器的一部分的另一個實施方案的部分透視圖，其中水泵設(shè)置在管道區(qū)段的一部分的端部處，其中管道區(qū)段的所述部分以橫截面方式描繪。

圖8B是圖8A的內(nèi)部熱交換器的一部分的部分透視圖，其中熱交換器的所述部分是在通過焊接接頭固定到彼此的兩個管道區(qū)段內(nèi)，并且所述管道區(qū)段是以橫截面方式示出。

圖9A是根據(jù)本發(fā)明的用于在管線焊接中使用的內(nèi)部熱交換器的一部分的又一個實施方案的部分透視圖，其中水泵設(shè)置在管道區(qū)段的一部分的端部處，其中管道區(qū)段的所述部分以橫截面方式描繪。

圖9B是圖9A的內(nèi)部熱交換器的一部分的部分透視圖，其中熱交換器的所述部分是在通過焊接接頭固定到彼此的兩個管道區(qū)段內(nèi)，并且所述管道區(qū)段是以橫截面方式示出。

相同參考數(shù)字已經(jīng)用來貫穿本公開內(nèi)容標識相同元件。

具體實施方式

內(nèi)部熱交換器在已經(jīng)將管道區(qū)段通過焊接接點固定在一起之后在管道區(qū)段內(nèi)提供內(nèi)部冷卻。內(nèi)部熱交換器(在本文也稱為“IHEX”)包括：冷卻區(qū)段，所述冷卻區(qū)段用來向管道區(qū)段的內(nèi)部表面部分提供直流式冷卻；以及控制區(qū)段，所述控制區(qū)段控制冷卻區(qū)段的部件并且進一步被配置來促進IHEX在管道區(qū)段內(nèi)的移動性。在冷卻區(qū)段利用冷卻劑在管道區(qū)段內(nèi)部提供冷卻的某些示例性實施方案中，IHEX還可包括冷卻劑供應(yīng)區(qū)段，所述冷卻劑供應(yīng)區(qū)段包括將在IHEX的操作期間供應(yīng)至冷卻區(qū)段的冷卻劑。

在管線形成操作(例如，用于海上或陸地操作)期間，管道的一個區(qū)段在搭接焊接點(兩個管道區(qū)段焊接在一起的位置)處通過將管道區(qū)段的兩個面對的端部對準在一起并且形成焊接接點來連接到管道的另一個區(qū)段。這類接點在兩個管道區(qū)段的面對的端部處連接所述兩個管道區(qū)段，使得所述焊接接點在所述兩個接合的管道區(qū)段之間產(chǎn)生不透流體的密封，并且因此產(chǎn)生連續(xù)的流體通道。每個管道區(qū)段可以相當長(例如，幾百英尺或幾千英尺或甚至長達1英里長)，從而使得在焊接接點已經(jīng)形成之后，在處于搭接焊接位置處或在其附近的管道區(qū)段內(nèi)難以提供內(nèi)部冷卻。具體地說，冷卻結(jié)構(gòu)的放置以及用于在焊接接點處進行冷卻的這類結(jié)構(gòu)在管道區(qū)段內(nèi)部的移除是富有挑戰(zhàn)的。本文所述的IHEX實施方案提供一種用于在將管道區(qū)段焊接在一起之后在內(nèi)部冷卻所述管道區(qū)段的有用機構(gòu)，以及一種在管線形成過程期間用于放置在管道區(qū)段內(nèi)并且從所述管道區(qū)段取回的簡易機構(gòu)，這導(dǎo)致在加熱之后冷卻管道區(qū)段所需的時間縮短，并且還使經(jīng)過制造所必需的站點的進度加速。

在圖1中描繪了用于在管線焊接操作中使用的IHEX的示例性實施方案。IHEX 10包括容納IHEX的部件的剛性適度的框架，其中所述框架包括多個在長度上或在縱向延伸的、由一種或多種合適材料(例如，金屬(諸如鋼或其他合適的剛性或耐用材料))構(gòu)成的桿，并且具有合適配置以容許所述框架插入管道區(qū)段內(nèi)，以便促進在如本文所述的管道區(qū)段內(nèi)進行內(nèi)部冷卻。所述框架的第一區(qū)段11包括供應(yīng)源12，所述供應(yīng)源12包括固定在所述第一區(qū)段內(nèi)的一個或多個儲槽(如圖1的單一儲槽所描繪)。所述冷卻劑供應(yīng)源儲槽可包括任何合適的冷卻流體，所述任何合適的冷卻流體包括但不限于水、低溫流體(諸如液態(tài)氬或液態(tài)氮)等。第二冷卻區(qū)段16固定在所述框架的鄰近所述第一區(qū)段11的中間位置處，并且通過合適的閥結(jié)構(gòu)14(例如，在圖1中描繪為一個或多個閥、調(diào)節(jié)器、管路等)與冷卻劑供應(yīng)源12連通，所述合適的閥結(jié)構(gòu)14促進在一個或多個合適壓力和/或流動速率下將冷卻劑從冷卻劑供應(yīng)源12供應(yīng)至冷卻區(qū)段16的出口噴嘴。

所述框架的第三區(qū)段18設(shè)置成鄰近冷卻區(qū)段16，并且包括在控制器20周圍形成籠式外殼的多個桿。氣動和/或電動驅(qū)動系統(tǒng)22還至少部分地設(shè)置在第三區(qū)段內(nèi)，并且包括被配置來在將IHEX 10設(shè)置在管道區(qū)段內(nèi)以控制IHEX 10在如本文所述的操作期間在管道結(jié)構(gòu)內(nèi)在正向或反向方向上的移動時與這類管道區(qū)段的內(nèi)部表面部分接合的一個或多個電機控制的滾筒和/或任何其他合適的機車結(jié)構(gòu)。驅(qū)動系統(tǒng)22與控制器20通信(例如，硬線或無線通信)，以便通過控制器20促進控制IHEX 10在操作期間的向前和向后移動(例如，控制器20對驅(qū)動系統(tǒng)22的電機的控制控制滾筒的旋轉(zhuǎn)并且因此控制IHEX的向前或向后移動)。驅(qū)動系統(tǒng)22可大致包含在IHEX的框架內(nèi)和/或作為其一部分，或可替代地，包括延伸超過所述框架的結(jié)構(gòu)。例如，驅(qū)動系統(tǒng)22可包括從IHEX延伸并且通過一個或多個管道區(qū)段到達管道區(qū)段的開放端的合適纜線結(jié)構(gòu)，其中所述纜線結(jié)構(gòu)用來促進IHEX在管道區(qū)段內(nèi)前向和/或反向移動(例如，通過設(shè)置在IHEX框架內(nèi)和/或設(shè)置在管道區(qū)段外部的錨固位置處并且與纜線結(jié)構(gòu)連接的絞盤結(jié)構(gòu))。任選地，滾筒還可設(shè)置在IHEX 10的一個端部處(例如，滾筒23設(shè)置在框架第一區(qū)段11的末端處，如圖1所示)以增強IHEX在管道區(qū)段內(nèi)的移動性。

控制器20包括至少一個合適的處理器，所述至少一個合適的處理器通過存儲在控制器的存儲器內(nèi)的合適控制程序邏輯指令以及通過設(shè)置于距IHEX合適距離處的另一個用戶控制裝置遠程提供的電信號來控制IHEX10的操作。具體地說，控制器20被配置來通過電信號與由用戶可操作的遠程控制裝置(例如，計算機、手持式控制裝置或任何其他合適的電子裝置)通信，其中所述電信號通過無線或硬線鏈接在控制器20與遠程控制裝置之間進行通信。遠程控制裝置的示例性實施方案在圖1中描繪為通過無線通信鏈路(如圖1中虛線所示)與控制器20通信的計算機30(例如，膝上型電腦、記事本、個人數(shù)字助理、智能電話等)。電信號通信包括在控制器20與遠程控制裝置之間的雙向通信，使得控制器20向遠程控制裝置提供信息(諸如如本文所述的在管道區(qū)段內(nèi)測量的內(nèi)部溫度信息和/或其他類型的測量條件)以及所接收的控制信息以影響IHEX的遠程控制操作。

一個或多個電子傳感器設(shè)置在IHEX框架內(nèi)一個或多個合適位置處并且(通過硬線或無線通信鏈路)與控制器20通信，以在操作期間提供關(guān)于管道區(qū)段內(nèi)條件的信息。例如，一個或多個溫度傳感器(例如，IR溫度傳感器、RTD溫度傳感器、熱電偶等)可設(shè)置在IHEX 10的第一區(qū)段11、冷卻區(qū)段16和/或第三區(qū)段18的一個或多個不同位置處，其中所述溫度傳感器在操作期間測量溫度并且向控制器20提供這類所測量的溫度信息。在另一個實例中，壓力和/或流動速率傳感器可設(shè)置在冷卻劑源12的儲槽內(nèi)、閥結(jié)構(gòu)14內(nèi)和/或接近冷卻區(qū)段14的出口噴嘴的一個或多個合適位置處，其中這類傳感器在操作期間將所測量的壓力和/或流動速率信息提供給控制器20。此外，由控制器20控制的(或由遠程控制裝置遠程控制的)一個或多個攝像頭還可設(shè)置在一個或多個合適位置處以促進對管道區(qū)段內(nèi)的檢視(例如，以確定用于在操作期間將IHEX定位在管道區(qū)段內(nèi)的合適位置)。示例性壓力/溫度傳感器和/或攝像頭大致在圖1的位置17處描繪。然而，應(yīng)注意，任何合適數(shù)量和不同類型的傳感器和攝像頭可設(shè)置在任意數(shù)量的不同位置處，這取決于使用IHEX的特定情景。

IHEX 10還包括合適的電源以向控制器20、驅(qū)動系統(tǒng)22、電子傳感器、閥結(jié)構(gòu)14提供電功率(例如，以電控制一個或多個閥并且因此控制冷卻劑從冷卻供應(yīng)源12至冷卻區(qū)段16的流動)。電源(例如，設(shè)置在電池組(其設(shè)置在第三區(qū)段18內(nèi)或IHEX框架內(nèi)的任何其他位置處)中的一個或多個電池)可包含在IHEX框架內(nèi)?？商娲?，電源可位于管道區(qū)段外部，其中纜線將電源與IHEX 10連接，以向IHEX的各個部件提供電功率。

冷卻區(qū)段16包括通過與管道區(qū)段的內(nèi)部焊接部分以及其他內(nèi)壁部分進行熱交換來促進冷卻的任何合適結(jié)構(gòu)。在圖1的其中冷卻劑通過閥區(qū)段14從冷卻供應(yīng)源12提供至冷卻區(qū)段16的實施方案中，冷卻區(qū)段包括多個噴嘴，所述多個噴嘴設(shè)置在冷卻區(qū)段16外周周圍，以促進冷卻劑以(如由閥區(qū)段14和冷卻區(qū)段噴嘴的噴嘴設(shè)計控制的)合適流動速率從冷卻區(qū)段在焊接接點處朝向兩個接合的管道區(qū)段的內(nèi)部表面和其他內(nèi)部部分的流動。

現(xiàn)參考圖2到圖4關(guān)于管線焊接操作描述IHEX 10的操作。在準備將第一管道區(qū)段50的開放端焊接到第二管道區(qū)段52的面對的開放端時，將所述兩個管道區(qū)段在位置上彼此軸向?qū)?，并且任選地保持在與搭接夾具(在圖2到圖4中未示出)的這類對準中。合適的搭接夾具可在外部固定到管道區(qū)段的面對的端部，以在焊接操作期間將所述區(qū)段相對于彼此保持在適當位置中。可替代地，內(nèi)部搭接夾具可用來在焊接操作期間將面對的端部保持在適當位置中。兩種類型的搭接夾具(內(nèi)部的和外部的)在管道焊接領(lǐng)域中是已知的，并且因此在本文不進一步詳細描述。在應(yīng)用搭接夾具將管道區(qū)段的端部相對于彼此保持在適當位置中之后，焊接接點54在搭接焊接位置處(即，在第一管道區(qū)段和第二管道區(qū)段的兩個面對的開放端處)形成。焊接接點54以如管道焊接領(lǐng)域中已知的方式形成，其中諸如根部焊道、熱焊道、過濾焊道和焊帽的技術(shù)用來確保形成適當焊接接點。焊接接點54的形成可涉及將第一管道區(qū)段50和第二管道區(qū)段52的面對的端部預(yù)熱到約150℃的最小溫度。焊接過程的剩余部分可引起焊接接點周圍的溫度上升至高達約300℃。在形成焊接接點之后，通常進行UT(超聲波檢驗)和/或X射線檢查來確認焊接接點的質(zhì)量和/或完整性。UT檢查在高于約50℃到約75℃(T最大)的溫度下不可進行，其中T最大是可有效地進行檢查的最高溫度。此外，管道制造過程的UT檢查階段必須停止，直到焊接點附近的管道溫度減小至這類檢查溫度范圍左右的溫度為止。本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)將熱量從焊接區(qū)域移除，以便將管道焊接區(qū)域的溫度至少減小至可接受的UT檢查溫度(T最大)。

在某些應(yīng)用中，在檢查之后，還向管道區(qū)段的圍繞焊接接點54的外部區(qū)域施加現(xiàn)場接合涂層(field joint coating(FJC))以提供絕緣屏障，以便防止或最小化焊接區(qū)域處的腐蝕。這類絕緣將通常僅在管道溫度高于最小管道溫度T最小時有效地施加。熱量因此添加給焊接區(qū)域，直到將絕緣的區(qū)域中的管道溫度上升回到220℃至240℃(T最小)左右，其中T最小是可將絕緣有效地施加至絕緣區(qū)域的最低溫度。在絕緣之后，可卷繞所述管道以用于進行現(xiàn)場安裝。然而，在T最小溫度左右處，卷繞不能在保持焊接完整性的同時有效地完成。因此，當管道溫度逐漸地允許自然地從T最小降低至可接受的卷繞溫度(T最大)時，制造過程再次被拖延，其中T最大是可有效地卷繞所述管道的最高/最大溫度。本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)再次將熱量從焊接區(qū)域移除，以便將所述溫度減小至可接受有效卷繞的約50℃至約75℃(T最大)的最大溫度。因此，本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)在進行檢查之前減小溫度和/或在卷繞之前減小溫度，以便最小化焊接、檢查、絕緣和卷繞一定長度的管道段的時間。

在管道區(qū)段50、52焊接到一起(以及后續(xù)施加FJC)所處的操作時段期間，IHEX 10裝載在如圖2中所描繪的管道區(qū)段50的開放端內(nèi)。應(yīng)注意，管道區(qū)段50、52中的一者或兩者可包括單一管道單元?？商娲?，管道區(qū)段50、52中的一個可包括焊接在一起的多個管道單元。在管道區(qū)段中的一個包括已經(jīng)焊接在一起的多個管道單元的實施方案中，可能需要將IHEX 10裝載在包括單一管道單元的管道區(qū)段(或具有較短長度的管道區(qū)段)處，以便減少IHEX在管道區(qū)段內(nèi)行進以到達搭接焊接位置所需的時間。因此，在示例性實施方案中，管道區(qū)段50可包括單一管道單元，所述單一管道單元與由管道區(qū)段52表示的較長管路區(qū)段(例如，通過焊接接點連接的兩個或更多個管道單元)連接。

IHEX 10裝載到管道區(qū)段50的開放端(即，與面對管道區(qū)段52的限定搭接焊接位置的開放端的開放端相對的端部)中，使得IHEX框架的第一區(qū)段11充當前端，并且因此首先進入管道區(qū)段50。在管道區(qū)段50內(nèi)將IHEX10移動(與第一區(qū)段11一起引導(dǎo))到如圖3中描繪的接近搭接焊接位置的合適位置。具體地說，控制器20(其可由用戶遠程地控制)(例如，通過控制使與管道區(qū)段50的內(nèi)壁部分接觸的滾筒移動的一個或多個電機)控制驅(qū)動系統(tǒng)22的操作，以促進IHEX 10在管道區(qū)段50內(nèi)并且朝向搭接焊接位置的前進。在到達接近搭接焊接位置的合適位置(例如，如圖3中描繪的IHEX的位置)之后，控制器可控制驅(qū)動系統(tǒng)22以便進一步終止IHEX的移動，直到到達引發(fā)冷卻操作的時間為止。例如，安裝在第一區(qū)段11上的合適位置處并且由控制器20控制的攝像頭可向遠程控制裝置提供視頻圖像，使得用戶可確定IHEX接近于焊接接頭54的程度。可替代地，或與由攝像頭提供的視頻圖像結(jié)合，適當?shù)匚挥贗HEX框架上的一個或多個溫度傳感器可測量管道區(qū)段50內(nèi)的內(nèi)部溫度并且將這類溫度信息提供給控制器20。當一個或多個測量的溫度達到閾值(例如，約100℃或更大)時，這可提供IHEX 10已經(jīng)達到接近焊接接點54的位置的指示。任何其他合適機構(gòu)也可用來在管道50朝向搭接焊接位置移動期間提供IHEX 10在管道區(qū)段50內(nèi)的位置的合適指示。

在到達接近搭接焊接位置或在其附近的希望位置之后，可在焊接接點54形成之后并且在UT/X射線檢查已經(jīng)發(fā)生(如果需要的話)之前執(zhí)行冷卻操作。此外，可在管道被預(yù)熱以用于施加外部涂層并且已經(jīng)施加FJC(如果需要的話)之后執(zhí)行冷卻操作。例如，在IHEX 10到達管道區(qū)段50內(nèi)的接近搭接焊接位置的合適位置并且在完成焊接操作之前的情景中，IHEX 10保持在其位置中并且一旦焊接或預(yù)熱操作完成就準備用于冷卻。冷卻操作通過首先將冷卻區(qū)段16定位在合適位置(例如，相對于焊接接點54，諸如圖4中所描繪)處來執(zhí)行。這可通過經(jīng)由控制器20(其通過遠程控制裝置由用戶控制)控制驅(qū)動系統(tǒng)22來使IHEX 10從其在圖3中的位置前進至其在圖4中的位置，直到IHEX 10處于希望位置處為止來實現(xiàn)?？苫诠艿绤^(qū)段50、52內(nèi)的提供至遠程控制裝置的視頻圖像、提供至遠程控制裝置的溫度傳感器信息和/或通過任何其他合適機制來實現(xiàn)到這類位置的移動(例如，如圖4中所描繪)。

在到達管道區(qū)段50、52內(nèi)的希望位置(例如，其中冷卻區(qū)段設(shè)置成緊密接近于焊接接點54，如在圖4中所描繪)之后，控制器20(其可通過遠程控制裝置由用戶控制)控制閥結(jié)構(gòu)14的操作(例如，通過控制一個或多個電子閥)以促進冷卻劑在合適壓力下從冷卻劑供應(yīng)源12的流動，和/或到冷卻區(qū)段16的流動速率，其中冷卻劑從設(shè)置在冷卻區(qū)段16處的噴嘴流動并且適當?shù)囟ㄏ蛞砸龑?dǎo)冷卻劑遠離冷卻區(qū)段16并且朝向管道區(qū)段50、52內(nèi)的內(nèi)壁表面部分流動。溫度傳感器監(jiān)測管道區(qū)段50、52內(nèi)IHEX 10處的內(nèi)部溫度并且向控制器20提供測量的溫度信息。在管道區(qū)段50、52內(nèi)達到足夠溫度(如由溫度傳感器測量的，例如，T最大℃的溫度或更低)之后，控制器20可控制閥結(jié)構(gòu)14來使到冷卻區(qū)段16的冷卻劑的流動終止。

IHEX 10可通過由控制器20控制驅(qū)動系統(tǒng)22而在前向或反向方向上移動，以在沿管道區(qū)段50和/或管道區(qū)段52的內(nèi)壁表面部分的其他位置處進一步提供冷卻操作(根據(jù)需要且基于所測量的內(nèi)部管道溫度)。當已經(jīng)確定已實現(xiàn)足夠的冷卻時，可將IHEX 10從連接的管道區(qū)段50、52取出。例如，IHEX 10可通過經(jīng)由控制器20控制驅(qū)動系統(tǒng)22而向后移動，以朝向管道區(qū)段50的自由且開放端移動，使得第三區(qū)段18將首先從管道區(qū)段50顯露出來。另一個管道區(qū)段可然后與(現(xiàn)通過焊接接點54與管道區(qū)段52連接的)管道區(qū)段50的自由且開放端對準(如果IHEX向上配合到50上，那么IHEX可保留在區(qū)段50內(nèi)側(cè)作為新區(qū)段)以形成搭接焊接位置，并且然后重復(fù)所述過程，其中IHEX 10通過另一個管道區(qū)段的自由且開放端進入并且朝向搭接的焊接位置前進以用于在管道區(qū)段之間將形成的焊接接點處執(zhí)行冷卻操作。

雖然在圖1到圖4的實施方案中描繪的驅(qū)動系統(tǒng)22包括可由受控制器20控制的電機系統(tǒng)操作的滾筒，但是用于IHEX的驅(qū)動系統(tǒng)還可實施能夠提供IHEX在管道區(qū)段內(nèi)的用戶控制移動的任何合適機構(gòu)。例如，可實施一個或多個纜線/絞盤系統(tǒng)，其中一個或多個絞盤可被提供作為IHEX的一部分和/或位于處于管道區(qū)段外部的一個或多個錨固點處。纜線在每個絞盤與連接點(IHEX處或處于管道區(qū)段外部的連接點)之間延伸，以便在操作期間促進IHEX在管道區(qū)段內(nèi)的放置和/或IHEX從管道區(qū)段的取出。

應(yīng)注意，可針對管線系統(tǒng)中管道區(qū)段之間的任何類型的搭接焊接應(yīng)用執(zhí)行上文關(guān)于IHEX所述的操作。例如，IHEX可用于為海上應(yīng)用、水下應(yīng)用以及干線應(yīng)用生產(chǎn)管線。在干線應(yīng)用中，將40英尺(12米)到80英尺(24米)的管道區(qū)段焊接在一起以形成長的“搭接”區(qū)段。在可能需要臍帶式纜線用于控制IHEX的移動和/或其他操作的情景中，臍帶式纜線的長度將需要為至少240英尺(72米)。將IHEX裝載到管道區(qū)段內(nèi)并且將所述IHEX移動到用于在焊接操作(以及任選的UT/X射線檢查以及FJC施加)之后進行冷卻的位置中的操作類似于先前關(guān)于圖1到圖4描述的操作而發(fā)生。

IHEX的另一個實例在圖5中描繪。在這個實施方案中，IHEX 10-1具有與圖1到圖4中描繪的IHEX 10類似的配置(其中相同數(shù)字指代具有相同或類似結(jié)構(gòu)和特征的相同部件)。然而，IHEX 10-1在IHEX的第三框架區(qū)段18的端部區(qū)段24處與內(nèi)部搭接夾具60連接。內(nèi)部搭接夾具60包括具有允許將搭接夾具60插入管道區(qū)段(例如，管道區(qū)段50和52)內(nèi)的合適配置的框架62，并且包括區(qū)段64，所述區(qū)段64被配置來將管道區(qū)段的兩個開放且面對的端部在搭接焊接位置處對準并且保持在適當位置(例如，通過擴張來當搭接夾具60適當?shù)囟ㄎ辉诠艿绤^(qū)段內(nèi)時，在管道區(qū)段的面對的端部處與管道區(qū)段的內(nèi)壁表面部分形成摩擦接合)。連接構(gòu)件80(例如，桿或彈簧構(gòu)件)將搭接夾具60的端部66與IHEX 10-1的框架的端部區(qū)段24連接。

在這個實施方案中，IHEX 10-1可以是用于搭接夾具60的尾部構(gòu)件。例如，可將搭接夾具60以及(通過連接構(gòu)件80)連接到其上的IHEX 10-1在其端部65處(即，框架的與通過連接構(gòu)件80與IHEX 10-1連接的框架端部66相對的端部)插入管道區(qū)段中，其中搭接夾具60在管道區(qū)段內(nèi)的移動還導(dǎo)致IHEX 10-1在管道區(qū)段內(nèi)的對應(yīng)移動?？商娲?，可將IHEX10-1通過其第一框架區(qū)段11插入管道區(qū)段中，并且移動到一定位置中，以便也使搭接夾具60與兩個對準管道區(qū)段之間的搭接焊接位置合適地對準。在任一情景中，IHEX 10-1的驅(qū)動系統(tǒng)22可用來將搭接夾具60/IHEX10-1組合結(jié)構(gòu)移動到管道區(qū)段內(nèi)的合適位置，或可替代地，任何其他合適驅(qū)動機構(gòu)(例如，一個或多個纜線/絞盤系統(tǒng))也可用來將這類結(jié)構(gòu)移動到管道區(qū)段內(nèi)。

搭接夾具60將管道區(qū)段的端部保持在一起，直到形成焊接接點為止。在形成焊接接點(并且根據(jù)需要形成FJC)之后，可將搭接夾具60從管道區(qū)段的內(nèi)部表面部分脫離以促進IHEX 10-1移動到合適位置(例如，使得冷卻區(qū)段16與焊接接點對準)，以便在管道區(qū)段內(nèi)引發(fā)內(nèi)部冷卻。

用于將IHEX連接到內(nèi)部搭接夾具的改進的實施方案在圖6中描繪，其中較長的連接構(gòu)件82(例如，細長桿)被提供來將IHEX 10-1與搭接夾具60連接。連接構(gòu)件82比圖5中描繪的連接構(gòu)件80具有更大的縱向維度，這最小化在焊接操作期間對IHEX 10-1的加熱(由于IHEX與搭接夾具之間更大的分離距離)。

對于圖5和圖6的任一個實施方案，操作包括將搭接夾具60以及IHEX10-1裝載到管道區(qū)段中的一個中并且對準，使得搭接夾具60在搭接焊接位置處將管道區(qū)段的兩個面對的端部保持在適當位置中。在執(zhí)行某些焊接操作(例如，根部焊接和熱焊道)之后，可將搭接夾具60和IHEX 10-1移動到一起并且遠離搭接焊接位置以避免暴露在來自完成焊接接點所需的正在進行的焊接過程的另外的熱量下。可替代地，如果連接構(gòu)件具有足夠長度(例如，圖6的連接構(gòu)件82)，那么可將搭接夾具60與IHEX 10-1一起移動，使得搭接夾具在一側(cè)上，而IHEX在搭接焊接位置的另一側(cè)上(僅在連接構(gòu)件82設(shè)置在搭接焊接位置正下方或與搭接焊接位置緊密接近的情況下)。在完成焊接和UT/X射線檢查(如果需要的話)之后，并且進一步在已經(jīng)施加任何FJC之后，可將搭接夾具60與IHEX 10-1一起移動到一定位置中，使得IHEX的冷卻區(qū)段16與焊接接點緊密接近，并且可執(zhí)行冷卻操作(例如，以類似于先前關(guān)于圖1到圖4的實施方案所描述的方式)。

IHEX的冷卻區(qū)段可與任何類型的冷卻結(jié)構(gòu)一起實施以快速地和/或有效地冷卻新形成的焊接接點處的管道區(qū)段，并且因此不限于圖1到圖6中描繪的示例性實施方案。例如，冷卻集成為IHEX的一部分的結(jié)構(gòu)可不受限制地包括：冷卻迫使空氣通過管道區(qū)段的內(nèi)部表面部分和/或通過散熱片或IHEX冷卻區(qū)段的其他冷卻元件的風扇，將液體和/或氣態(tài)流體(例如低溫流體、液體、空氣)在合適壓力和溫度下從冷卻區(qū)段的噴嘴朝向管道區(qū)段的內(nèi)部表面部分排出，在閉路再循環(huán)回路中利用冷卻流體并且使冷卻流體通過冷卻區(qū)段的熱交換結(jié)構(gòu)，利用熱電冷卻(例如，通過珀爾帖(Peltier)裝置與管道區(qū)段的內(nèi)壁表面部分直接接觸)等。

IHEX 110的另一個實施方案的實例在圖7A和圖7B中描繪。IHEX 110類似于圖1到圖4的IHEX 10(其中相同數(shù)字指代具有相同或類似結(jié)構(gòu)或特征的相同部件)，其中對冷卻區(qū)段116作出修改。具體地說，冷卻區(qū)段116包括散熱器，所述散熱器包括多個鰭片構(gòu)件118，所述多個鰭片構(gòu)件118成繞冷卻區(qū)段116的中心支撐構(gòu)件120的外周而布置并且從所述中心支撐構(gòu)件120徑向向外延伸，并且包括卷曲的外部表面部分，所述卷曲的外部表面部分與管道區(qū)段的鰭片118朝向其延伸的卷曲內(nèi)部表面部分對應(yīng)。具體地說，每個鰭片構(gòu)件118包括多個薄材料區(qū)段，所述多個薄材料區(qū)段從冷卻區(qū)段116的中心散熱器位置向外朝向鰭片構(gòu)件的卷曲端壁區(qū)段延伸。鰭片構(gòu)件118由具有合適導(dǎo)熱性的材料(例如，銅、鋁等)構(gòu)成，以促進從管道區(qū)段的內(nèi)壁表面部分到冷卻區(qū)段116的散熱器的高的熱傳遞速率。鰭片構(gòu)件118包括在相鄰薄材料區(qū)段之間限定的開放通道120，其中開放通道120在縱向方向上延伸穿過鰭片構(gòu)件。電風扇122安裝到中心支撐構(gòu)件123并且定位成緊密接近鰭片構(gòu)件118的端部并且與鰭片通道120對準。電風扇122提供空氣通過鰭片通道120的流動，以冷卻鰭片構(gòu)件118并且因此迫使熱量通過來自冷卻區(qū)段116的散熱器的對流氣流。此外，風扇122(例如，通過硬線或無線通信鏈路)與控制器20通信以在冷卻操作期間促進風扇的選擇性操作。此外，每個風扇122可在可變操作速度下實施，以便在冷卻操作期間不同地且按需選擇性地控制風扇速度和通過鰭片構(gòu)件118的對應(yīng)的空氣流動速率。

圖7A和圖7B的IHEX 110的操作類似于先前針對圖1到圖4的關(guān)于IHEX在焊接操作以及在焊接操作已經(jīng)完成之后進行定位以便進行冷卻期間的放置的實施方案描述的操作。在冷卻期間，可啟動風扇122來以一個或多個所需流動速率提供冷卻空氣通過鰭片構(gòu)件118的通道120的流動。鰭片構(gòu)件118從(包括在焊接接點54處的)管道區(qū)段50、52的內(nèi)壁表面部分朝向冷卻區(qū)段116的中心支撐構(gòu)件123汲取熱量，并且由風扇122提供的受迫氣流將熱量從鰭片構(gòu)件118移除，因此在冷卻區(qū)段116的位置處實現(xiàn)管道區(qū)段50、52的冷卻。如在先前實施方案中所述，IHEX的溫度傳感器可向控制器20提供所測量的溫度信息，并且這類所測量的溫度信息可用來在冷卻操作期間控制風扇122的操作(包括改變一個或多個風扇122的風扇速度)。當在管道區(qū)段內(nèi)達到所需溫度時，可通過控制器20將風扇122關(guān)掉?？筛鶕?jù)需要將IHEX 110在管道區(qū)段內(nèi)進一步移動到不同位置，以在不同位置處實現(xiàn)冷卻。

在圖8A和圖8B中描繪的另一個替代性實施方案中，IHEX具備與先前在圖1到圖4中描述和描繪的實施方案相同或大體類似的部件，例外之處在于冷卻區(qū)段已經(jīng)被修改。具體地說，IHEX 210包括冷卻區(qū)段216，所述冷卻區(qū)段216包括布置成沿冷卻區(qū)段216的中心支撐構(gòu)件223的外周并且從所述中心支撐構(gòu)件223向外徑向延伸的一系列鰭片構(gòu)件218，其中所述鰭片構(gòu)件218具有與圖7A和圖7B的實施方案的鰭片構(gòu)件118類似的外部形狀或輪廓。鰭片構(gòu)件218還可由具有合適導(dǎo)熱性的材料(例如，鋁或通)構(gòu)成。然而，每個鰭片構(gòu)件218具有中空且密封的內(nèi)部，以促進冷卻劑流體通過鰭片構(gòu)件的流動。每個鰭片構(gòu)件218在一端部處包括入口并且在另一端部處包括出口，并且提供合適的管路結(jié)構(gòu)來促進冷卻劑從泵212到鰭片構(gòu)件的再循環(huán)流動回路，其中冷卻劑流動通過鰭片構(gòu)件并且返回至泵212。可利用任何合適類型的冷卻劑(例如，水、低溫流體(諸如液態(tài)氮或液態(tài)氬)等)。

泵212(圖8A中所示)可定位在管道區(qū)段的外部，并且供應(yīng)和回流導(dǎo)管214在泵212與歧管結(jié)構(gòu)220(圖8B中所示)之間延伸。所述歧管結(jié)構(gòu)220包括與鰭片構(gòu)件218的入口和出口連接的多個管道連接件。因此，冷卻區(qū)段216在冷卻操作期間促進在鰭片構(gòu)件218內(nèi)的循環(huán)冷卻劑流與(例如，處于焊接接點54或在其附近的)管道區(qū)段50、52的內(nèi)壁表面部分之間的熱交換。

泵212可通過IHEX 210的控制器(通過合適硬線或無線通信鏈路)控制?？商娲?，泵212可在外部控制(由于其被使用者容易地近接)。可基于由IHEX 210處的一個或多個溫度傳感器提供的所測量的溫度信息來由泵212控制冷卻劑流動。一旦在管道區(qū)段內(nèi)實現(xiàn)所需溫度，那么可停用或關(guān)掉泵，以使再循環(huán)冷卻劑流終止并且促進IHEX 210在管路區(qū)段內(nèi)的移動。

IHEX 310的另一個實施方案在圖9A和圖9B中描繪。IHEX設(shè)置成具有與先前在圖1到圖4中描述和描繪的實施方案相同或大體類似的部件，并且提供了針對冷卻區(qū)段316的進一步細節(jié)。冷卻區(qū)段316提供了繞冷卻區(qū)段的中心支撐構(gòu)件323定位的噴射噴嘴318的示例性配置。具體地說，噴射噴嘴318以沿中心支撐構(gòu)件323縱向延伸的大體線性行而定位。在噴射噴嘴318的每個線性行的每個端部處提供合適的管路結(jié)構(gòu)，其中所述管路結(jié)構(gòu)與歧管320連接。歧管320通過流體導(dǎo)管314連接到在管道區(qū)段外部或外側(cè)提供的冷卻劑泵312。冷卻劑泵312的操作提供冷卻劑(例如，水、低溫流體(諸如液態(tài)氮或液態(tài)氬)等)從冷卻劑源通過歧管320的流動，并且從噴射噴嘴318流出，并且朝向(包括在焊接接點54處的)管道區(qū)段50、52的內(nèi)部表面部分流動。雖然圖9A和圖9B的實施方案描繪了位于管道區(qū)段50、52外部的泵312，但是應(yīng)注意，冷卻區(qū)段316以及噴射噴嘴318的對準也可容易地實現(xiàn)用于圖1到圖4的實施方案(即，其中歧管320和噴射噴嘴318從冷卻劑源12接收冷卻劑)。IHEX 310的冷卻操作可以如針對先前實施方案所描述的類似的方式執(zhí)行，其中泵312可通過IHEX 310的控制器和/或在外部控制，并且其中冷卻劑流可基于由設(shè)置在IHEX 310上的溫度傳感器提供的測量的溫度信息來實施。

因此，如本文所述的IHEX的實施方案提供用于管線焊接操作的改良，包括在形成焊接接點之后，通過在管道區(qū)段內(nèi)部提供受控的冷卻來增強對連接的管道區(qū)段的冷卻，以及減少產(chǎn)生時間(由于冷卻可更快且更有效地發(fā)生，從而增加了管道區(qū)段之間的可在給定時間段中發(fā)生的焊接接點的數(shù)量)。此外，還可減少與焊接操作相關(guān)聯(lián)的工作站點的數(shù)量以及與這類焊接操作相關(guān)聯(lián)的資源。例如，可減少將管道區(qū)段焊接在一起所需的工作空間，并且這可在工作空間受限制(例如，在駁船或其他水容器上)的情景中變得尤其重要。

盡管本文已參照其具體實施方案詳盡描述了本發(fā)明，但對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，可在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在其中做出各種改變和修改。因此，希望本發(fā)明涵蓋本發(fā)明的修改和變更，只要所述修改和變更在隨附權(quán)利要求書和其均等物的范圍內(nèi)即可。應(yīng)理解，如可在本文使用的諸如“頂部”、“底部”、“前部”、“后部”、“側(cè)面”、“高度”、“長度、“寬度”、“上部”、“下部”、“內(nèi)部”、“外部”等的術(shù)語僅描述參考點，并且并不使本發(fā)明受限于任何特定定向或配置。