我国水下生产系统测试技术进展(2)

（2）为保证水下生产通信及供电系统的可靠性，涉及信号与电力传输的关键设备，包括水下控制模块、脐带缆，以及水下多相流量计等，需在FAT阶段对系统进行通信及电力传输特性测试。此外，在水下管汇、水下跨接管等设备与其未焊接的设备之间应进行电连续性测试，以确保水下生产系统设备之间具有良好的电学绝缘特性；

（3）对于传输水下液压动力的设备（脐带缆、水下控制模块等）以及传输井下物流的设备（水下采油树、水下管汇、跨接管、海底管道等）在控制水下阀门与输送井口物流方面发挥着重要作用，应严格保障管线内壁的清洁度，需在FAT测试阶段设置清洁度测试程序，确保实际生产过程中水下生产系统的运营安全。

（4）QT阶段所包含的试验内容多以温度/压力循环试验、静水压力试验及冲击振动试验为主。如上所述，为保证新技术研发或首台套水下生产系统设备的应用安全性和可靠性，需通过QT环节严格测试设备中每个组成部件的物理性能，以使其在严苛的水下环境中具有良好的抗压变、抗温变及抗疲劳特性。对于技术已成熟的，或已通过QT的水下产品，在FAT阶段主要关注完成集成组装的整体设备的抗压应变能力、系统功能运行状况以及机械加工工艺是否满足清洁度要求等，测试性质已由QT阶段的机械性能测试向功能运行测试转变。

2 我国水下生产系统测试技术现状

为保证水下生产系统在国产化示范应用过程中的运行安全性与可靠性，我国在开展水下生产系统关键设备自主研制的同时，也逐步建立起配套的测试技术体系。下面将以水下控制模块、水下多相流量计及水下采油树等设备为例，阐述我国水下生产系统测试技术现状。

2.1 水下控制模块（subsea control module, SCM）

我国当前已完成1500 m水深级水下复合电液式控制模块工程样机的研制，其测试流程与测试结果得到国际权威第三方挪威船级社（DNV GL）和德国劳氏船级社的现场认证。测试工作涵盖SCM样机整体功能及整体性能。其中，SCM样机整体功能测试包括FAT阶段的通用功能测试、数据采集与显示功能测试、SCM对阀门等的操控功能测试与系统应急关断功能测试，以及EFAT阶段的SCM下放安装与回收测试；SCM整体性能测试在FAT阶段完成，由绝缘性能测试、功耗测试、供电与通信冗余测试、故障安全测试以及SCM高压舱测试等组成。

为满足上述测试内容需求，国内已具有测试用主控站（master control station, MCS）、测试用电力单元（electrical power unit, EPU）、测试用液压动力单元（hydraulic power unit, HPU）、深海模拟高压舱、水下液压阀门驱动显示模拟平台、绝缘监测仪以及压力模拟测试装置等。表2给出了用于SCM测试的主要设备的详细信息。图1及图2所示分别为国产SCM高压舱测试及通信测试。

需要指出的是，SCM的主要功能为控制水下管汇及水下采油树阀门的开关动作，以及实时收集水下传感器数据信息。为验证SCM在上述功能实现过程中的运行特性，应在SIT阶段开展SCM与水下管汇及水下采油树的设备联合调试工作。我国已具备的测试能力包括SCM与水下管汇/采油树的通信测试、仪器仪表设备信号采集测试以及阀门驱动测试等。

表2 SCM主要测试设备信息序号设备名称试验项目测试设备功能及参数 140 MPa深水模拟高压舱SCM高压舱测试内径2.5 m、深度3.5 m 可实现压力自动调节，压力不小40 MPa 可实现水温自动调控，温度范围0 ~ 40℃ 舱内机械手能模拟1 500 m水深级水下作业 具备实时可视监控功能，可高清晰摄像 具有16路穿舱接口，可为舱内被测件提供动力、信号及流体传输与控制 2测试用液压动力单元SCM液压控制功能测试高压等级：34.47 MPa；低压等级：20.68 MPa 液压油清洁度等级：NAS 1638 Class 6 3测试用电力单元SCM供电及通信性能测试可模拟主控站完成水下控制模块的阀体动作 具备输出流量和输出压力等功能 通讯方式为电力载波 4信号发生装置SCM供电及通信性能测试可模拟流量、压力、温度等信号 40路独立数字信号输出 32路独立模拟信号输出 2路Modbus串口信号输出 5SCM测试台SCM液压控制功能测试高压：34.47 MPa；低压：20.68 MPa 1路高压输入，1路低压输入，16路液压回路 测试SCM数量：1个

图1 SCM高压舱测试

图2 SCM通讯功能测试

2.2 水下多相流量计

我国当前已完成1500 m水深级紧凑式、高压力等级、关键部件可更换式国产化水下多相流量计工程样机的研制，且已在国际权威第三方DNV GL的见证下完成测试认证。测试内容主要包含QT阶段针对水下多相流量计本体及其他组成部件的性能试验（静水压试验、压力循环试验、气压试验及压力温度循环试验）、FAT阶段针对水下多相流量计产品的计量性能测试、环境应力筛选试验（随机振动及温度循环试验）、电磁兼容性试验、高压舱测试及氦气泄漏测试[18]。其中，性能试验、环境应力筛选试验、电磁兼容性试验、高压舱测试以及氦气泄漏测试试验借助国内相关企业及科研院所质检机构完成，计量试验则在DNV GL多相流测试环路中完成。表3所示为用于水下多相流量计测试的设备详细信息。图3及图4分别给出了水下多相流量计本体电磁兼容性测试及高压舱测试现场图。

文章来源：《测试技术学报》 网址: http://www.csjsxbzz.cn/qikandaodu/2021/0622/1072.html