修理海底管道是一项困难、昂贵和耗时的工作。根据损坏的严重程度，可能需要完全关闭受损的海底管道，“停止它的流动和它产生的收入”(受,2016)。为了减少这些维修造成的不便，挪威公司康斯贝格Ferrotech该公司利用最新的3D打印技术，通过其获奖的新产品鹦鹉螺来优化工艺。
Kongsberg Ferrotech开发了一种用于海底管道维修的机器人3D打印解决方案。图片来源:钟萱/Shutterstock.com
常规水下维修方法
即使在轻微损坏的情况下，受损的管道也需要通过远程操作的水下机器人(ROV)进行评估。损坏处周围的海床必须由潜水员进行疏浚，管道的表面必须由潜水员进行准备(可能包括对焊接表面进行铣削)，而且必须放入夹具并固定，通常由潜水员手动操作。
即使这个例子假设的是损坏管道的最佳情况。如果损坏管道的长度更长，这个过程将变得更加艰巨和密集。如果管道的损坏程度超过了轻微程度，则可能需要将受损长度的管道全部拆除和更换。
虽然海底结构损坏的问题是困难的，但这种传统的解决方案有许多缺点。该过程使用不同的组件进行评估和修复，增加了该过程的时间，降低了其成本效益。此外，传统的方法严重依赖潜水员的手动帮助，这在深海条件下可能是有问题的，因为潜水员需要在修复后花几个小时来避免减压病。在海床上进行疏浚和挖掘也可以被认为是对环境的破坏。
Kongsberg Ferrotech的水下3D打印解决方案
专门从事水下机器人技术的挪威公司Kongsberg Ferrotech设计了一款产品，旨在简化和改进这种修复方法，预计将于2022年发布。
该公司的产品将能够评估管道完整性，进行维护，并使用一个机器人修复损坏。这是该行业的首次创新，是通过水下3D打印机实现的。
鹦鹉螺(Nautilus)机器人是一种工具，可以容纳、排水管、检查和修理部分有缺陷的管道。该设备与部署它的飞船上的控制中心相连。这种将数据从机器人传送到水面上的团队的方法，最大限度地减少了整个检查和修复过程中所需的潜水员数量。
机器人通过起重机降落到管道受损的部分。该机采用清管检查，最大限度地减少海底挖掘。这减少了所需的人工、准备时间和对海底环境的破坏。
清管是一种最初用于清洁管道而不关闭管道的方法，包括通过管道插入称为“清管”的设备。当猪穿过管道时，他们"在管道运行时刮擦管道侧面，清除污垢和碎屑。"(Inspectioneering留言。)．如果清管器具有数据收集能力，即所谓的“智能清管器”，清管器就可以穿过管道，检测出管道中的缺陷，准确定位损坏区域。
使用这种检查方法，诺第留斯号需要使用的区域就缩小到非常特定的位置。这种检查方法是为什么需要的挖泥量是最小的。这也意味着机器人内部的尺寸不会限制它可以修复的小缺陷。
一旦“鹦鹉螺号”被放低到观察到的缺陷处，机器人就会自动夹住管道，从内部排水。这为机器和检查人员提供了一个干燥的工作空间，使3D打印修复工作得以进行。
一旦水从内部环境中排出，鹦鹉螺就会去除管道部分的涂层。在这一过程中，真空机制仍然处于开启状态，以便在清除过程中产生的碎片被送到船上的甲板上，由小组收集。
经过这一去除过程后，表面准备粘附到新的涂层上。这种涂层是由一个圆形3D打印机应用，封装管道。3D打印机沿着管道移动，完全覆盖管道。机器人内部的摄像头可以让控制室的工作人员观察和控制这一过程。
一旦涂上新的涂层，3D打印机上的扫描仪就会利用清管检查的数据精确地确定损坏的确切区域。然后再用3D打印机在这个区域涂上一层解决方案，以防止进一步泄漏。然后将碳纤维复合材料包裹在泄漏处，完成修复工作。诺第留斯号解开海豹，浮上水面。
鹦鹉螺通过ARV重新设想管道维护，彻底改变了海底服务工作
视频来源:PTTEP官方/YouTube.com
3D打印技术在水下维修中的创新
使用增材制造来修复海底管道是一个新想法，Kongsberg Ferrotech公司的鹦鹉螺是这类产品中的第一个。这项技术只有使用真空才能实现，为打印机提供一个干燥的工作场所进行维修。
这项创新在短期内优化了水下管道维修所需的时间、资金和资源，同时也提高了长期检查和维修的成本效益。使用这个装置“显著延长寿命”(Hanaphy, 2021)这意味着更换旧管道的成本大大降低。
这项技术进步为康斯伯格公司赢得了石油展览ADIPEC年度突破性技术项目奖。据Equinor、Kongsberg Ferrotech的增材制造部门负责人Brede Lærum说“计划最早在2022年提供基于3D打印的服务和维护”(OEDigital, 2021)。
参考资料及进一步阅读
受(2016)。海底维修工作进展顺利。(在线)可以在:https://www.controleng.com/yabo214articles/getting-to-the-bottom-of-subsea-repairs/(2021年6月11日访问)
Hanaphy, p(2021)。水下3D打印将于2022年推出?(在线)可以在:https://3dprintingindustry.com/news/underwater-3d-printing-to-be-rolled-out-in-2022-191146/(2021年6月12日)
康斯贝格Ferrotech(2021)。康斯贝格Ferrotech(在线)可以在:https://www.kferrotech.no/(2021年6月11日访问)
OEDigital(2021)。水下3D打印技术将于2022年实现(在线)可以在:https://www.oedigital.com/news/488085-subsea-3d-printing-tech-targeted-for-2022(2021年6月12日)
Inspectioneering(无日期)。清管的概述(在线)可以在:https://inspectioneering.com/tag/pigging(2021年6月12日)
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