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CN106164556B - 内部管线冷却器 - Google Patents

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CN106164556B
CN106164556B CN201580016820.2A CN201580016820A CN106164556B CN 106164556 B CN106164556 B CN 106164556B CN 201580016820 A CN201580016820 A CN 201580016820A CN 106164556 B CN106164556 B CN 106164556B
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ihex
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cooling
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约瑟·C·布什
詹森·W·克勃
乔纳森·B·凯特凯博
布莱恩·L·柯克
西达尔特·马利克
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CRC Evans Pipeline International Inc
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Abstract

一种用于管线焊接的内部热交换器(IHEX)包括驱动系统，所述驱动系统被配置来将所述IHEX移动到至少一个管道区段内的在与另一个管道区段的焊接接头位置附近的位置中。所述IHEX还包括：冷却区段，所述冷却区段包括被配置来选择性地冷却所述至少一个管道区段的一个或多个内部表面部分的冷却结构；以及控制器，所述控制器与所述冷却结构通信并且被配置来在所述IHEX处于所述至少一个管道区段内的所述位置处时启动所述冷却区段。

Description

内部管线冷却器
技术领域
本发明涉及管线焊接系统，其中在连接的两个管道的端部处形成焊接接头。
背景技术
管线系统(其可包括数段长管路区段(例如，几英里的管路)，所述数段长管路区段包括铁(例如，钢、不锈钢)或其他类型的金属)用来在两个位置(例如，从可以是基于陆地或水的源点到合适的存储位置)之间输送流体(诸如水、油和天然气)。管线系统的构造通常涉及通过焊接接点将具有合适直径和纵向维度的管路区段连接在一起，所述焊接接点能够为连接的管道区段提供不透流体的密封。
在两个管道区段(例如，具有相同或类似纵向维度和/或横向横截面维度的两个管道)之间形成焊接接点期间，一个管道区段的端部非常接近第二管道区段的端部或与所述第二管道区段的端部接触。管道区段相对于彼此保持，并且使用合适的焊接过程形成焊接接点以连接管道区段的两个端部。所述管道通常在焊接之前被预加热到合适温度，并且在焊接过程期间也产生大量的热。
有时，在焊接完成和清洁之后，可检查所述焊接。需要在比提升的焊接温度更接近于操作温度的温度下检查所述焊接。因此，在检查之前，在焊接过程之后的冷却是需要的。在检查之后，可能需要向所述接头施加外部保护涂层。为了促进这种涂层，可向管道增加热量以便提升施加某种外部涂层(例如，聚丙烯)所需的管道温度。
在这类加热之后，必须允许管道连接在进一步处理步骤发生之前(例如，在卷绕所连接的管路区段或将所述管路区段处置/放置在水中或陆地上的某一其他合适位置中之前)冷却到合适温度。
在一些管道制造步骤(例如，在焊接之后和在检查之前)期间，所接合的管道的外部部分是容易近接的，并且在外部表面处的冷却是一种选择并且可能甚至是优选的。然而，在所述过程的一些部分期间(例如，已经在外部将某些材料施加到管道的外侧表面之后)，用来在其上进行管道冷却过程的外部表面不可用。
内部冷却在制造过程的某些部分期间(即，即使当外部冷却可用时)可以是优选的。由于管道的大小以及对管路区段的位于焊接接头处或其附近的内部部分的可及性的难度，在管道内进行内部冷却可能具有挑战。因此，尤其需要提供内部冷却，使得在所述过程的各部分期间(其中管道的外部表面不可近接)，可实施冷却以为需要更低温度的将来的步骤(例如，卷绕)更快地提供条件。
发明内容
用于管线焊接的内部热交换器(IHEX)包括驱动系统，所述驱动系统被配置来将IHEX移动到至少一个管道区段内的在与另一个管道区段的焊接接头位置附近的位置中。所述IHEX还包括：冷却区段，所述冷却区段包括被配置来选择性地冷却所述至少一个管道区段的一个或多个内部表面部分的冷却结构；以及控制器，所述控制器与冷却结构通信并且被配置来在所述IHEX处于所述至少一个管道区段内的接头位置处时定位和启动冷却区段。
附图说明
图1是根据本发明的描绘用于在管线焊接中使用的内部热交换器的示例性实施方案的透视图。
图2是根据本发明的示例性实施方案的图1的在临插入管道区段端部内之前的内部热交换器的透视图，其中所述管道区段以横截面的方式示出。
图3是根据本发明的示例性实施方案的图1的位于第一管道区段内的内部热交换器的透视图，所述第一管道区段通过焊接接点固定到第二管道区段，其中两个管道区段皆以横截面的方式示出。
图4是根据本发明的示例性实施方案的图3的更近的透视图，其中内部热交换器在第一管道区段和第二管道区段内相对于焊接接点位于合适位置处，以促进在焊接接点处进行内部冷却。
图5是根据本发明的图1的与搭接夹具连接的内部热交换器的示例性实施方案的透视图。
图6是根据本发明的图1的与搭接夹具连接的内部热交换器的另一个示例性实施方案的透视图。
图7A是根据本发明的描绘用于在管线焊接中使用的内部热交换器的另一个示例性实施方案的透视图。
图7B是图7A的内部热交换器的一部分的放大透视图。
图8A是根据本发明的用于在管线焊接中使用的内部热交换器的一部分的另一个实施方案的部分透视图，其中水泵设置在管道区段的一部分的端部处，其中管道区段的所述部分以横截面方式描绘。
图8B是图8A的内部热交换器的一部分的部分透视图，其中热交换器的所述部分是在通过焊接接头固定到彼此的两个管道区段内，并且所述管道区段是以横截面方式示出。
图9A是根据本发明的用于在管线焊接中使用的内部热交换器的一部分的又一个实施方案的部分透视图，其中水泵设置在管道区段的一部分的端部处，其中管道区段的所述部分以横截面方式描绘。
图9B是图9A的内部热交换器的一部分的部分透视图，其中热交换器的所述部分是在通过焊接接头固定到彼此的两个管道区段内，并且所述管道区段是以横截面方式示出。
相同参考数字已经用来贯穿本公开内容标识相同元件。
具体实施方式
内部热交换器在已经将管道区段通过焊接接点固定在一起之后在管道区段内提供内部冷却。内部热交换器(在本文也称为“IHEX”)包括：冷却区段，所述冷却区段用来向管道区段的内部表面部分提供直流式冷却；以及控制区段，所述控制区段控制冷却区段的部件并且进一步被配置来促进IHEX在管道区段内的移动性。在冷却区段利用冷却剂在管道区段内部提供冷却的某些示例性实施方案中，IHEX还可包括冷却剂供应区段，所述冷却剂供应区段包括将在IHEX的操作期间供应至冷却区段的冷却剂。
在管线形成操作(例如，用于海上或陆地操作)期间，管道的一个区段在搭接焊接点(两个管道区段焊接在一起的位置)处通过将管道区段的两个面对的端部对准在一起并且形成焊接接点来连接到管道的另一个区段。这类接点在两个管道区段的面对的端部处连接所述两个管道区段，使得所述焊接接点在所述两个接合的管道区段之间产生不透流体的密封，并且因此产生连续的流体通道。每个管道区段可以相当长(例如，几百英尺或几千英尺或甚至长达1英里长)，从而使得在焊接接点已经形成之后，在处于搭接焊接位置处或在其附近的管道区段内难以提供内部冷却。具体地说，冷却结构的放置以及用于在焊接接点处进行冷却的这类结构在管道区段内部的移除是富有挑战的。本文所述的IHEX实施方案提供一种用于在将管道区段焊接在一起之后在内部冷却所述管道区段的有用机构，以及一种在管线形成过程期间用于放置在管道区段内并且从所述管道区段取回的简易机构，这导致在加热之后冷却管道区段所需的时间缩短，并且还使经过制造所必需的站点的进度加速。
在图1中描绘了用于在管线焊接操作中使用的IHEX的示例性实施方案。IHEX 10包括容纳IHEX的部件的刚性适度的框架，其中所述框架包括多个在长度上或在纵向延伸的、由一种或多种合适材料(例如，金属(诸如钢或其他合适的刚性或耐用材料))构成的杆，并且具有合适配置以容许所述框架插入管道区段内，以便促进在如本文所述的管道区段内进行内部冷却。所述框架的第一区段11包括供应源12，所述供应源12包括固定在所述第一区段内的一个或多个储槽(如图1的单一储槽所描绘)。所述冷却剂供应源储槽可包括任何合适的冷却流体，所述任何合适的冷却流体包括但不限于水、低温流体(诸如液态氩或液态氮)等。第二冷却区段16固定在所述框架的邻近所述第一区段11的中间位置处，并且通过合适的阀结构14(例如，在图1中描绘为一个或多个阀、调节器、管路等)与冷却剂供应源12连通，所述合适的阀结构14促进在一个或多个合适压力和/或流动速率下将冷却剂从冷却剂供应源12供应至冷却区段16的出口喷嘴。
所述框架的第三区段18设置成邻近冷却区段16，并且包括在控制器20周围形成笼式外壳的多个杆。气动和/或电动驱动系统22还至少部分地设置在第三区段内，并且包括被配置来在将IHEX 10设置在管道区段内以控制IHEX 10在如本文所述的操作期间在管道结构内在正向或反向方向上的移动时与这类管道区段的内部表面部分接合的一个或多个电机控制的滚筒和/或任何其他合适的机车结构。驱动系统22与控制器20通信(例如，硬线或无线通信)，以便通过控制器20促进控制IHEX 10在操作期间的向前和向后移动(例如，控制器20对驱动系统22的电机的控制控制滚筒的旋转并且因此控制IHEX的向前或向后移动)。驱动系统22可大致包含在IHEX的框架内和/或作为其一部分，或可替代地，包括延伸超过所述框架的结构。例如，驱动系统22可包括从IHEX延伸并且通过一个或多个管道区段到达管道区段的开放端的合适缆线结构，其中所述缆线结构用来促进IHEX在管道区段内前向和/或反向移动(例如，通过设置在IHEX框架内和/或设置在管道区段外部的锚固位置处并且与缆线结构连接的绞盘结构)。任选地，滚筒还可设置在IHEX 10的一个端部处(例如，滚筒23设置在框架第一区段11的末端处，如图1所示)以增强IHEX在管道区段内的移动性。
控制器20包括至少一个合适的处理器，所述至少一个合适的处理器通过存储在控制器的存储器内的合适控制程序逻辑指令以及通过设置于距IHEX合适距离处的另一个用户控制装置远程提供的电信号来控制IHEX10的操作。具体地说，控制器20被配置来通过电信号与由用户可操作的远程控制装置(例如，计算机、手持式控制装置或任何其他合适的电子装置)通信，其中所述电信号通过无线或硬线链接在控制器20与远程控制装置之间进行通信。远程控制装置的示例性实施方案在图1中描绘为通过无线通信链路(如图1中虚线所示)与控制器20通信的计算机30(例如，膝上型电脑、记事本、个人数字助理、智能电话等)。电信号通信包括在控制器20与远程控制装置之间的双向通信，使得控制器20向远程控制装置提供信息(诸如如本文所述的在管道区段内测量的内部温度信息和/或其他类型的测量条件)以及所接收的控制信息以影响IHEX的远程控制操作。
一个或多个电子传感器设置在IHEX框架内一个或多个合适位置处并且(通过硬线或无线通信链路)与控制器20通信，以在操作期间提供关于管道区段内条件的信息。例如，一个或多个温度传感器(例如，IR温度传感器、RTD温度传感器、热电偶等)可设置在IHEX 10的第一区段11、冷却区段16和/或第三区段18的一个或多个不同位置处，其中所述温度传感器在操作期间测量温度并且向控制器20提供这类所测量的温度信息。在另一个实例中，压力和/或流动速率传感器可设置在冷却剂源12的储槽内、阀结构14内和/或接近冷却区段14的出口喷嘴的一个或多个合适位置处，其中这类传感器在操作期间将所测量的压力和/或流动速率信息提供给控制器20。此外，由控制器20控制的(或由远程控制装置远程控制的)一个或多个摄像头还可设置在一个或多个合适位置处以促进对管道区段内的检视(例如，以确定用于在操作期间将IHEX定位在管道区段内的合适位置)。示例性压力/温度传感器和/或摄像头大致在图1的位置17处描绘。然而，应注意，任何合适数量和不同类型的传感器和摄像头可设置在任意数量的不同位置处，这取决于使用IHEX的特定情景。
IHEX 10还包括合适的电源以向控制器20、驱动系统22、电子传感器、阀结构14提供电功率(例如，以电控制一个或多个阀并且因此控制冷却剂从冷却供应源12至冷却区段16的流动)。电源(例如，设置在电池组(其设置在第三区段18内或IHEX框架内的任何其他位置处)中的一个或多个电池)可包含在IHEX框架内。可替代地，电源可位于管道区段外部，其中缆线将电源与IHEX 10连接，以向IHEX的各个部件提供电功率。
冷却区段16包括通过与管道区段的内部焊接部分以及其他内壁部分进行热交换来促进冷却的任何合适结构。在图1的其中冷却剂通过阀区段14从冷却供应源12提供至冷却区段16的实施方案中，冷却区段包括多个喷嘴，所述多个喷嘴设置在冷却区段16外周周围，以促进冷却剂以(如由阀区段14和冷却区段喷嘴的喷嘴设计控制的)合适流动速率从冷却区段在焊接接点处朝向两个接合的管道区段的内部表面和其他内部部分的流动。
现参考图2到图4关于管线焊接操作描述IHEX 10的操作。在准备将第一管道区段50的开放端焊接到第二管道区段52的面对的开放端时，将所述两个管道区段在位置上彼此轴向对准，并且任选地保持在与搭接夹具(在图2到图4中未示出)的这类对准中。合适的搭接夹具可在外部固定到管道区段的面对的端部，以在焊接操作期间将所述区段相对于彼此保持在适当位置中。可替代地，内部搭接夹具可用来在焊接操作期间将面对的端部保持在适当位置中。两种类型的搭接夹具(内部的和外部的)在管道焊接领域中是已知的，并且因此在本文不进一步详细描述。在应用搭接夹具将管道区段的端部相对于彼此保持在适当位置中之后，焊接接点54在搭接焊接位置处(即，在第一管道区段和第二管道区段的两个面对的开放端处)形成。焊接接点54以如管道焊接领域中已知的方式形成，其中诸如根部焊道、热焊道、过滤焊道和焊帽的技术用来确保形成适当焊接接点。焊接接点54的形成可涉及将第一管道区段50和第二管道区段52的面对的端部预热到约150℃的最小温度。焊接过程的剩余部分可引起焊接接点周围的温度上升至高达约300℃。在形成焊接接点之后，通常进行UT(超声波检验)和/或X射线检查来确认焊接接点的质量和/或完整性。UT检查在高于约50℃到约75℃(T最大)的温度下不可进行，其中T最大是可有效地进行检查的最高温度。此外，管道制造过程的UT检查阶段必须停止，直到焊接点附近的管道温度减小至这类检查温度范围左右的温度为止。本发明的冷却系统将热量从焊接区域移除，以便将管道焊接区域的温度至少减小至可接受的UT检查温度(T最大)。
在某些应用中，在检查之后，还向管道区段的围绕焊接接点54的外部区域施加现场接合涂层(field joint coating(FJC))以提供绝缘屏障，以便防止或最小化焊接区域处的腐蚀。这类绝缘将通常仅在管道温度高于最小管道温度T最小时有效地施加。热量因此添加给焊接区域，直到将绝缘的区域中的管道温度上升回到220℃至240℃(T最小)左右，其中T最小是可将绝缘有效地施加至绝缘区域的最低温度。在绝缘之后，可卷绕所述管道以用于进行现场安装。然而，在T最小温度左右处，卷绕不能在保持焊接完整性的同时有效地完成。因此，当管道温度逐渐地允许自然地从T最小降低至可接受的卷绕温度(T最大)时，制造过程再次被拖延，其中T最大是可有效地卷绕所述管道的最高/最大温度。本发明的冷却系统再次将热量从焊接区域移除，以便将所述温度减小至可接受有效卷绕的约50℃至约75℃(T最大)的最大温度。因此，本发明的冷却系统在进行检查之前减小温度和/或在卷绕之前减小温度，以便最小化焊接、检查、绝缘和卷绕一定长度的管道段的时间。
在管道区段50、52焊接到一起(以及后续施加FJC)所处的操作时段期间，IHEX 10装载在如图2中所描绘的管道区段50的开放端内。应注意，管道区段50、52中的一者或两者可包括单一管道单元。可替代地，管道区段50、52中的一个可包括焊接在一起的多个管道单元。在管道区段中的一个包括已经焊接在一起的多个管道单元的实施方案中，可能需要将IHEX 10装载在包括单一管道单元的管道区段(或具有较短长度的管道区段)处，以便减少IHEX在管道区段内行进以到达搭接焊接位置所需的时间。因此，在示例性实施方案中，管道区段50可包括单一管道单元，所述单一管道单元与由管道区段52表示的较长管路区段(例如，通过焊接接点连接的两个或更多个管道单元)连接。
IHEX 10装载到管道区段50的开放端(即，与面对管道区段52的限定搭接焊接位置的开放端的开放端相对的端部)中，使得IHEX框架的第一区段11充当前端，并且因此首先进入管道区段50。在管道区段50内将IHEX10移动(与第一区段11一起引导)到如图3中描绘的接近搭接焊接位置的合适位置。具体地说，控制器20(其可由用户远程地控制)(例如，通过控制使与管道区段50的内壁部分接触的滚筒移动的一个或多个电机)控制驱动系统22的操作，以促进IHEX 10在管道区段50内并且朝向搭接焊接位置的前进。在到达接近搭接焊接位置的合适位置(例如，如图3中描绘的IHEX的位置)之后，控制器可控制驱动系统22以便进一步终止IHEX的移动，直到到达引发冷却操作的时间为止。例如，安装在第一区段11上的合适位置处并且由控制器20控制的摄像头可向远程控制装置提供视频图像，使得用户可确定IHEX接近于焊接接头54的程度。可替代地，或与由摄像头提供的视频图像结合，适当地位于IHEX框架上的一个或多个温度传感器可测量管道区段50内的内部温度并且将这类温度信息提供给控制器20。当一个或多个测量的温度达到阈值(例如，约100℃或更大)时，这可提供IHEX 10已经达到接近焊接接点54的位置的指示。任何其他合适机构也可用来在管道50朝向搭接焊接位置移动期间提供IHEX 10在管道区段50内的位置的合适指示。
在到达接近搭接焊接位置或在其附近的希望位置之后，可在焊接接点54形成之后并且在UT/X射线检查已经发生(如果需要的话)之前执行冷却操作。此外，可在管道被预热以用于施加外部涂层并且已经施加FJC(如果需要的话)之后执行冷却操作。例如，在IHEX10到达管道区段50内的接近搭接焊接位置的合适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预热操作完成就准备用于冷却。冷却操作通过首先将冷却区段16定位在合适位置(例如，相对于焊接接点54，诸如图4中所描绘)处来执行。这可通过经由控制器20(其通过远程控制装置由用户控制)控制驱动系统22来使IHEX 10从其在图3中的位置前进至其在图4中的位置，直到IHEX 10处于希望位置处为止来实现。可基于管道区段50、52内的提供至远程控制装置的视频图像、提供至远程控制装置的温度传感器信息和/或通过任何其他合适机制来实现到这类位置的移动(例如，如图4中所描绘)。
在到达管道区段50、52内的希望位置(例如，其中冷却区段设置成紧密接近于焊接接点54，如在图4中所描绘)之后，控制器20(其可通过远程控制装置由用户控制)控制阀结构14的操作(例如，通过控制一个或多个电子阀)以促进冷却剂在合适压力下从冷却剂供应源12的流动，和/或到冷却区段16的流动速率，其中冷却剂从设置在冷却区段16处的喷嘴流动并且适当地定向以引导冷却剂远离冷却区段16并且朝向管道区段50、52内的内壁表面部分流动。温度传感器监测管道区段50、52内IHEX 10处的内部温度并且向控制器20提供测量的温度信息。在管道区段50、52内达到足够温度(如由温度传感器测量的，例如，T最大℃的温度或更低)之后，控制器20可控制阀结构14来使到冷却区段16的冷却剂的流动终止。
IHEX 10可通过由控制器20控制驱动系统22而在前向或反向方向上移动，以在沿管道区段50和/或管道区段52的内壁表面部分的其他位置处进一步提供冷却操作(根据需要且基于所测量的内部管道温度)。当已经确定已实现足够的冷却时，可将IHEX 10从连接的管道区段50、52取出。例如，IHEX 10可通过经由控制器20控制驱动系统22而向后移动，以朝向管道区段50的自由且开放端移动，使得第三区段18将首先从管道区段50显露出来。另一个管道区段可然后与(现通过焊接接点54与管道区段52连接的)管道区段50的自由且开放端对准(如果IHEX向上配合到50上，那么IHEX可保留在区段50内侧作为新区段)以形成搭接焊接位置，并且然后重复所述过程，其中IHEX 10通过另一个管道区段的自由且开放端进入并且朝向搭接的焊接位置前进以用于在管道区段之间将形成的焊接接点处执行冷却操作。
虽然在图1到图4的实施方案中描绘的驱动系统22包括可由受控制器20控制的电机系统操作的滚筒，但是用于IHEX的驱动系统还可实施能够提供IHEX在管道区段内的用户控制移动的任何合适机构。例如，可实施一个或多个缆线/绞盘系统，其中一个或多个绞盘可被提供作为IHEX的一部分和/或位于处于管道区段外部的一个或多个锚固点处。缆线在每个绞盘与连接点(IHEX处或处于管道区段外部的连接点)之间延伸，以便在操作期间促进IHEX在管道区段内的放置和/或IHEX从管道区段的取出。
应注意，可针对管线系统中管道区段之间的任何类型的搭接焊接应用执行上文关于IHEX所述的操作。例如，IHEX可用于为海上应用、水下应用以及干线应用生产管线。在干线应用中，将40英尺(12米)到80英尺(24米)的管道区段焊接在一起以形成长的“搭接”区段。在可能需要脐带式缆线用于控制IHEX的移动和/或其他操作的情景中，脐带式缆线的长度将需要为至少240英尺(72米)。将IHEX装载到管道区段内并且将所述IHEX移动到用于在焊接操作(以及任选的UT/X射线检查以及FJC施加)之后进行冷却的位置中的操作类似于先前关于图1到图4描述的操作而发生。
IHEX的另一个实例在图5中描绘。在这个实施方案中，IHEX 10-1具有与图1到图4中描绘的IHEX 10类似的配置(其中相同数字指代具有相同或类似结构和特征的相同部件)。然而，IHEX 10-1在IHEX的第三框架区段18的端部区段24处与内部搭接夹具60连接。内部搭接夹具60包括具有允许将搭接夹具60插入管道区段(例如，管道区段50和52)内的合适配置的框架62，并且包括区段64，所述区段64被配置来将管道区段的两个开放且面对的端部在搭接焊接位置处对准并且保持在适当位置(例如，通过扩张来当搭接夹具60适当地定位在管道区段内时，在管道区段的面对的端部处与管道区段的内壁表面部分形成摩擦接合)。连接构件80(例如，杆或弹簧构件)将搭接夹具60的端部66与IHEX 10-1的框架的端部区段24连接。
在这个实施方案中，IHEX 10-1可以是用于搭接夹具60的尾部构件。例如，可将搭接夹具60以及(通过连接构件80)连接到其上的IHEX 10-1在其端部65处(即，框架的与通过连接构件80与IHEX 10-1连接的框架端部66相对的端部)插入管道区段中，其中搭接夹具60在管道区段内的移动还导致IHEX 10-1在管道区段内的对应移动。可替代地，可将IHEX10-1通过其第一框架区段11插入管道区段中，并且移动到一定位置中，以便也使搭接夹具60与两个对准管道区段之间的搭接焊接位置合适地对准。在任一情景中，IHEX 10-1的驱动系统22可用来将搭接夹具60/IHEX10-1组合结构移动到管道区段内的合适位置，或可替代地，任何其他合适驱动机构(例如，一个或多个缆线/绞盘系统)也可用来将这类结构移动到管道区段内。
搭接夹具60将管道区段的端部保持在一起，直到形成焊接接点为止。在形成焊接接点(并且根据需要形成FJC)之后，可将搭接夹具60从管道区段的内部表面部分脱离以促进IHEX 10-1移动到合适位置(例如，使得冷却区段16与焊接接点对准)，以便在管道区段内引发内部冷却。
用于将IHEX连接到内部搭接夹具的改进的实施方案在图6中描绘，其中较长的连接构件82(例如，细长杆)被提供来将IHEX 10-1与搭接夹具60连接。连接构件82比图5中描绘的连接构件80具有更大的纵向维度，这最小化在焊接操作期间对IHEX 10-1的加热(由于IHEX与搭接夹具之间更大的分离距离)。
对于图5和图6的任一个实施方案，操作包括将搭接夹具60以及IHEX10-1装载到管道区段中的一个中并且对准，使得搭接夹具60在搭接焊接位置处将管道区段的两个面对的端部保持在适当位置中。在执行某些焊接操作(例如，根部焊接和热焊道)之后，可将搭接夹具60和IHEX 10-1移动到一起并且远离搭接焊接位置以避免暴露在来自完成焊接接点所需的正在进行的焊接过程的另外的热量下。可替代地，如果连接构件具有足够长度(例如，图6的连接构件82)，那么可将搭接夹具60与IHEX 10-1一起移动，使得搭接夹具在一侧上，而IHEX在搭接焊接位置的另一侧上(仅在连接构件82设置在搭接焊接位置正下方或与搭接焊接位置紧密接近的情况下)。在完成焊接和UT/X射线检查(如果需要的话)之后，并且进一步在已经施加任何FJC之后，可将搭接夹具60与IHEX 10-1一起移动到一定位置中，使得IHEX的冷却区段16与焊接接点紧密接近，并且可执行冷却操作(例如，以类似于先前关于图1到图4的实施方案所描述的方式)。
IHEX的冷却区段可与任何类型的冷却结构一起实施以快速地和/或有效地冷却新形成的焊接接点处的管道区段，并且因此不限于图1到图6中描绘的示例性实施方案。例如，冷却集成为IHEX的一部分的结构可不受限制地包括：冷却迫使空气通过管道区段的内部表面部分和/或通过散热片或IHEX冷却区段的其他冷却元件的风扇，将液体和/或气态流体(例如低温流体、液体、空气)在合适压力和温度下从冷却区段的喷嘴朝向管道区段的内部表面部分排出，在闭路再循环回路中利用冷却流体并且使冷却流体通过冷却区段的热交换结构，利用热电冷却(例如，通过珀尔帖(Peltier)装置与管道区段的内壁表面部分直接接触)等。
IHEX 110的另一个实施方案的实例在图7A和图7B中描绘。IHEX 110类似于图1到图4的IHEX 10(其中相同数字指代具有相同或类似结构或特征的相同部件)，其中对冷却区段116作出修改。具体地说，冷却区段116包括散热器，所述散热器包括多个鳍片构件118，所述多个鳍片构件118成绕冷却区段116的中心支撑构件120的外周而布置并且从所述中心支撑构件120径向向外延伸，并且包括卷曲的外部表面部分，所述卷曲的外部表面部分与管道区段的鳍片118朝向其延伸的卷曲内部表面部分对应。具体地说，每个鳍片构件118包括多个薄材料区段，所述多个薄材料区段从冷却区段116的中心散热器位置向外朝向鳍片构件的卷曲端壁区段延伸。鳍片构件118由具有合适导热性的材料(例如，铜、铝等)构成，以促进从管道区段的内壁表面部分到冷却区段116的散热器的高的热传递速率。鳍片构件118包括在相邻薄材料区段之间限定的开放通道120，其中开放通道120在纵向方向上延伸穿过鳍片构件。电风扇122安装到中心支撑构件123并且定位成紧密接近鳍片构件118的端部并且与鳍片通道120对准。电风扇122提供空气通过鳍片通道120的流动，以冷却鳍片构件118并且因此迫使热量通过来自冷却区段116的散热器的对流气流。此外，风扇122(例如，通过硬线或无线通信链路)与控制器20通信以在冷却操作期间促进风扇的选择性操作。此外，每个风扇122可在可变操作速度下实施，以便在冷却操作期间不同地且按需选择性地控制风扇速度和通过鳍片构件118的对应的空气流动速率。
图7A和图7B的IHEX 110的操作类似于先前针对图1到图4的关于IHEX在焊接操作以及在焊接操作已经完成之后进行定位以便进行冷却期间的放置的实施方案描述的操作。在冷却期间，可启动风扇122来以一个或多个所需流动速率提供冷却空气通过鳍片构件118的通道120的流动。鳍片构件118从(包括在焊接接点54处的)管道区段50、52的内壁表面部分朝向冷却区段116的中心支撑构件123汲取热量，并且由风扇122提供的受迫气流将热量从鳍片构件118移除，因此在冷却区段116的位置处实现管道区段50、52的冷却。如在先前实施方案中所述，IHEX的温度传感器可向控制器20提供所测量的温度信息，并且这类所测量的温度信息可用来在冷却操作期间控制风扇122的操作(包括改变一个或多个风扇122的风扇速度)。当在管道区段内达到所需温度时，可通过控制器20将风扇122关掉。可根据需要将IHEX 110在管道区段内进一步移动到不同位置，以在不同位置处实现冷却。
在图8A和图8B中描绘的另一个替代性实施方案中，IHEX具备与先前在图1到图4中描述和描绘的实施方案相同或大体类似的部件，例外之处在于冷却区段已经被修改。具体地说，IHEX 210包括冷却区段216，所述冷却区段216包括布置成沿冷却区段216的中心支撑构件223的外周并且从所述中心支撑构件223向外径向延伸的一系列鳍片构件218，其中所述鳍片构件218具有与图7A和图7B的实施方案的鳍片构件118类似的外部形状或轮廓。鳍片构件218还可由具有合适导热性的材料(例如，铝或通)构成。然而，每个鳍片构件218具有中空且密封的内部，以促进冷却剂流体通过鳍片构件的流动。每个鳍片构件218在一端部处包括入口并且在另一端部处包括出口，并且提供合适的管路结构来促进冷却剂从泵212到鳍片构件的再循环流动回路，其中冷却剂流动通过鳍片构件并且返回至泵212。可利用任何合适类型的冷却剂(例如，水、低温流体(诸如液态氮或液态氩)等)。
泵212(图8A中所示)可定位在管道区段的外部，并且供应和回流导管214在泵212与歧管结构220(图8B中所示)之间延伸。所述歧管结构220包括与鳍片构件218的入口和出口连接的多个管道连接件。因此，冷却区段216在冷却操作期间促进在鳍片构件218内的循环冷却剂流与(例如，处于焊接接点54或在其附近的)管道区段50、52的内壁表面部分之间的热交换。
泵212可通过IHEX 210的控制器(通过合适硬线或无线通信链路)控制。可替代地，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处的一个或多个温度传感器提供的所测量的温度信息来由泵212控制冷却剂流动。一旦在管道区段内实现所需温度，那么可停用或关掉泵，以使再循环冷却剂流终止并且促进IHEX 210在管路区段内的移动。
IHEX 310的另一个实施方案在图9A和图9B中描绘。IHEX设置成具有与先前在图1到图4中描述和描绘的实施方案相同或大体类似的部件，并且提供了针对冷却区段316的进一步细节。冷却区段316提供了绕冷却区段的中心支撑构件323定位的喷射喷嘴318的示例性配置。具体地说，喷射喷嘴318以沿中心支撑构件323纵向延伸的大体线性行而定位。在喷射喷嘴318的每个线性行的每个端部处提供合适的管路结构，其中所述管路结构与歧管320连接。歧管320通过流体导管314连接到在管道区段外部或外侧提供的冷却剂泵312。冷却剂泵312的操作提供冷却剂(例如，水、低温流体(诸如液态氮或液态氩)等)从冷却剂源通过歧管320的流动，并且从喷射喷嘴318流出，并且朝向(包括在焊接接点54处的)管道区段50、52的内部表面部分流动。虽然图9A和图9B的实施方案描绘了位于管道区段50、52外部的泵312，但是应注意，冷却区段316以及喷射喷嘴318的对准也可容易地实现用于图1到图4的实施方案(即，其中歧管320和喷射喷嘴318从冷却剂源12接收冷却剂)。IHEX 310的冷却操作可以如针对先前实施方案所描述的类似的方式执行，其中泵312可通过IHEX 310的控制器和/或在外部控制，并且其中冷却剂流可基于由设置在IHEX 310上的温度传感器提供的测量的温度信息来实施。
因此，如本文所述的IHEX的实施方案提供用于管线焊接操作的改良，包括在形成焊接接点之后，通过在管道区段内部提供受控的冷却来增强对连接的管道区段的冷却，以及减少产生时间(由于冷却可更快且更有效地发生，从而增加了管道区段之间的可在给定时间段中发生的焊接接点的数量)。此外，还可减少与焊接操作相关联的工作站点的数量以及与这类焊接操作相关联的资源。例如，可减少将管道区段焊接在一起所需的工作空间，并且这可在工作空间受限制(例如，在驳船或其他水容器上)的情景中变得尤其重要。
尽管本文已参照其具体实施方案详尽描述了本发明，但对本领域的技术人员显而易见的是，可在不背离本发明的精神和范围的情况下，在其中做出各种改变和修改。因此，希望本发明涵盖本发明的修改和变更，只要所述修改和变更在随附权利要求书和其均等物的范围内即可。应理解，如可在本文使用的诸如“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“侧面”、“高度”、“长度、“宽度”、“上部”、“下部”、“内部”、“外部”等的术语仅描述参考点，并且并不使本发明受限于任何特定定向或配置。

Claims (13)

1.一种用于两焊接管道的内部冷却的内部热交换器(IHEX)，所述内部热交换器包括：
检测装置，所述检测装置被构造成检测在两个所述管道之间的焊接接头处或附近的位置；
驱动系统，所述驱动系统被配置来将所述IHEX移动到在所述管道中的至少一个内的、在两个所述管道之间的所述焊接接头处或附近的位置中；
冷却区段，所述冷却区段包括冷却结构，所述冷却结构被配置以冷却两个所述管道之间的所述焊接接头处或附近的两个所述管道的内部表面部分；以及
控制器，所述控制器与所述检测装置、所述驱动系统和所述冷却区段通信，所述控制器被配置来控制所述驱动系统的操作以使所述IHEX前进到在所述管道中的至少一个内的、在两个所述管道之间的所述焊接接头处或附近的所述位置中，以及被配置来当所述IHEX处于在所述管道中的至少一个内的、在两个所述管道之间的所述焊接接头处或附近的所述位置处时启动所述冷却区段。
2.如权利要求1所述的内部热交换器(IHEX)，其还包括：
连接构件，所述连接构件被配置来将所述IHEX固定到内部搭接夹具。
3.如权利要求1所述的内部热交换器(IHEX)，其中所述驱动系统包括：
至少一个滚筒，所述至少一个滚筒由受所述控制器控制的电机启动并且被配置来使所述IHEX在所述管道的至少一个内在正向和反向方向上移动。
4.如权利要求1所述的内部热交换器(IHEX)，其中所述驱动系统包括：
缆线和绞盘系统，其中所述绞盘被配置用于锚固在所述管道的至少一个的外部的位置处，并且所述缆线在所述绞盘与所述IHEX的包括所述控制器和所述冷却区段的支撑结构之间延伸。
5.如权利要求1所述的内部热交换器(IHEX)，其中所述控制器还与远程控制装置通信，以便促进通过所述远程控制装置选择性启动所述冷却区段。
6.如权利要求1所述的内部热交换器(IHEX)，其中所述冷却区段包括：
至少一个喷嘴，所述至少一个喷嘴被配置来朝向所述管道中的至少一个的内壁表面部分喷洒冷却剂；以及
冷却剂供应源，所述冷却剂供应源被配置来将冷却剂递送至所述至少一个喷嘴。
7.如权利要求6所述的内部热交换器(IHEX)，其还包括：
框架，所述框架包括：包括所述冷却剂供应源的第一区段，包括所述冷却区段的中间区段，以及包括所述控制器的第三区段。
8.如权利要求6所述的内部热交换器(IHEX)，其中所述冷却剂供应源包括冷却剂泵，所述冷却剂泵远离所述冷却区段而定位，使得当所述冷却区段设置在所述管道的至少一个内时，所述冷却剂泵位于所述管道的至少一个的外部，并且所述冷却剂泵通过至少一个流体导管连接到所述至少一个喷嘴。
9.如权利要求6所述的内部热交换器(IHEX)，其中所述至少一个喷嘴包括布置成多个行的多个喷嘴，并且所述行绕所述冷却区段的中心支撑构件的外周而布置。
10.如权利要求1所述的内部热交换器(IHEX)，其中所述冷却区段包括：
多个鳍片构件，所述多个鳍片构件从所述冷却区段的中心支撑构件径向向外延伸并且绕所述中心支撑构件的外周间隔开。
11.如权利要求10所述的内部热交换器(IHEX)，其中至少一个鳍片构件包括延伸通过所述鳍片构件的至少一个通道，并且所述冷却区段还包括：
至少一个风扇，所述至少一个风扇可由所述控制器控制并且与所述至少一个鳍片构件邻近并且对准，以便引导空气通过所述至少一个鳍片构件的所述至少一个通道的流动。
12.如权利要求10所述的内部热交换器(IHEX)，其中至少一个鳍片构件包括中空外壳，所述中空外壳包括入口和出口，并且所述冷却区段还包括：
循环冷却剂流动回路，所述回路用来选择性地使冷却剂流动通过所述至少一个鳍片构件的所述中空外壳。
13.如权利要求1所述的内部热交换器(IHEX)，其还包括：
一个或多个温度传感器，所述一个或多个温度传感器被设置在沿所述IHEX的一个或多个位置处，并且与所述控制器通信；
其中所述一个或多个温度传感器测量所述管道的至少一个内的一个或多个位置处的温度，并且向所述控制器提供所测量的温度信息，并且所述控制器被配置来基于所测量的温度信息选择性地控制所述冷却区段的启动和操作。
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