河北省科学技术进步奖推荐项目公示内容

2017年度河北省科学技术进步奖推荐项目公示内容

科技进步奖推荐号：109-413

一、项目名称：海洋桩管水下热熔内切割自动化装备

二、推荐单位：廊坊市科技局

三、申报奖项：河北省科学技术进步奖

四、项目简介

北华航天工业学院根据海洋废弃桩管拆除市场的需求与现状，自主研制了海洋桩管水下热熔内切割自动化装备。该装备解决了采用传统拆除技术及方法存在的拆除成本高、拆除效率低、拆除适应性与拆除工艺差、存在安全隐患和容易对海洋产生污染等问题。在研发过程中掌握了汽油-氧热熔内切割工艺、桩管管径自适应技术、切割过程的自动控制与安全监测等核心技术，并且具有完全的自主知识产权。

主要技术创新：

1.首次研制了采用汽油-氧热熔切割技术的海洋桩管内切割自动化装备。该装备采用汽油-氧气热熔切割工艺，研究了海洋桩管泥下高速内切割技术、远程点火与安全监控技术、汽油-氧气混合比例与压力参数优化、切割靶距参数优化、不同壁厚桩管开窗时间参数优化、不同壁厚桩管与割具圆周进给速率参数优化、桩管焊缝自动越障等问题。该装备适应于直径Φ700㎜～1800㎜，壁厚小于等于50㎜桩管泥下快速自动化切割，具有良好的适用性。

2.首次研制了带限位双层自适应三点伞式管道内壁支承装置和回转型对称曲柄摇块柔性管道内壁支承装置。带限位双层自适应三点伞式管道内壁支承装置采用双层三个连杆支承臂沿圆周方向120 度均布，从而以自定心方式驱动六个支承连杆臂沿半径方向展开，以适应不同桩管内径和撑紧力的要求；回转型对称曲柄摇块柔性管道内壁支承装置，实现了割具的径向进给和周向旋转进给切割。

3.本装备的控制系统采用自动化控制与各种安全检测相结合的方法，通过模糊PID算法实现本装备内壁支承机构与管壁间的支撑力自适应控制、管径自适应控制、靶距和割具的智能控制、割具的径向进给、割具的周向旋转进给切割、可燃气体防爆监控、切割过程可视化监控和管内水位安全监控，确保桩管切割作业的平稳安全。

五、主要完成单位及创新推广贡献

北华航天工业学院作为海洋桩管水下热熔内切割自动化装备项目的主要承担单位，主要完成以下工作：

1．根据国家海洋局《海洋石油平台弃置管理暂行办法》和国家安全总局《海洋石油安全管理细则》（第25号令）的规定，对比分析国内外海洋桩管的拆除技术，确定了海洋桩

管水下热熔内切割自动化装备的技术方案与指标。

2．突破了海洋桩管泥下高速内切割技术与工艺、桩管内径自适应、割具的径向进给和周向旋转进给切割等技术难题。提出采用汽油-氧热熔技术进行海洋桩管内切割、使用带限位双层自适应三点伞式管道内壁支承装置实现桩管内径自适应、使用回转型对称曲柄摇块柔性管道内壁支承装置实现割具的径向进给和周向旋转进给切割。

3．采用计算机与PLC构成控制系统核心，与汽油-氧热熔系统和机械本体互相配合，通过模糊PID算法实现了装备的远程自动点火、可燃气体防爆监控、切割过程可视化监控和管内水位安全监控、内壁支承机构与管壁间的支撑力与管径自适应控制、靶距和割具的智能控制、割具的精确径向进给和周向旋转进给。

4．通过对装备结构的运动仿真、有限元计算分析、结构优化、控制系统模糊PID算法的MATLAB仿真及大量的试验研究，本装备达到国际先进水平。

六、推广应用及经济社会效益情况

海洋桩管热熔内切割自动化装备的研制，主要是依据国家对海洋航海安全和环境保护的要求，对海上弃置平台桩管的处理方法，提出了更高的要求。传统的爆破法和潜海爆炸等方法已被国家相关部门明令禁止。该项目的开发研制是环保的需要、是国防战略的需要、是航海安全的需要，对经济、民生都起到了重要作用。针对这一问题，我校自主开发研制了本海洋桩管热熔内切割自动化装备。

本装备自2012年研制成功后在北京市普利门电子科技有限公司、廊坊市道助机械设备有限公司、廊坊市航辉机电设备有限公司进行了推广应用，共取得5千余万元的销售业绩。

该项目的研制成功，解决了深水（特别是在海洋中）废弃桩管的拆除问题，一是符合环保：符合国家环保法和海上航行安全环境的要求；二是节省人力成本：自动化程度高，操作简便，人工成本较低；三是适用面宽：根据废弃桩管壁厚和管径的不同，调节切割尺寸，适用面较宽。四是效率高：切割速度10-700MM/MIN可调。五是安全：水位、温度、气体浓度均设有报警及超标停机功能，保证运行安全。

在项目实施期间共培养博士生3名、硕士15名、本科生24名，三名项目组成员被评聘为高级职称。

在目前该装备的研究成果已达到了国际先进水平。取得了一定的经济和社会效益，为海洋石油行业的生产、环境保护和治理、国防建设的开展和海上航行安全都发挥了积极作用。为国内外贸易及人民生活、健康、安全等方面提供了可靠保障。

七、代表性论文专著目录

1、任国柱、赵军、赵陆民、王喆.“氧-汽油火焰切割机在废弃桩管内的切割实验”，

《电焊机》，2015年，第九期，142-144页；

2、任国柱、龚志刚、叶继英、苏艳杰、赵陆民.“有效提升制动块零件数控加工效率的工艺研究”，《机床与液压》2016年，第4期，147-148页；

3、杨嵩、刘宵钰.“消除薄壁零件车削颤振的加工实践”，《工具技术》2014年，第4期，62-64页；

八、主要知识产权证明目录

九、主要完成人情况

十、完成人合作关系说明及完成人合作关系情况汇总表

2012年4月-2012年12月，韩文仲/1、赵陆民/2、王春海/3、王宏宇/4、任国柱/5、杨嵩/6、康会峰/7、王喆/8、苑柳依/9等共同参与了海洋桩管水下热熔内切割自动化装备项目，通过北京市普利门电子科技有限公司的验收鉴定；2014年4月-2015年7月，任国柱/1、王春海/3、杨嵩/4、赵陆民/7共同完成了廊坊科技局科技支撑计划项目“智能桩管热熔内切割机的开发与应用研究”；2012年2月-2015年10月，任国柱/5、赵陆民/2、王喆/8共同撰写了论文“氧-汽油火焰切割机在废弃桩管内的切割实验”；2012年2月-2016年4月，任国柱/5、赵陆民/2共同撰写了论文“有效提升制动块零件数控加工效率的工艺研究”；2012年2月-2014年4月，杨嵩/6撰写了论文“消除薄壁零件车削颤振的加工实践”；2012年2月-2015年10月，韩文仲/1、王春海/3、赵陆民/2共同完成发明专利“自适应三点伞式管道内壁支撑装置”；2012年2月-2015年10月，王春海/3、韩文仲/1、赵陆民/2共同完成发明专利“回转型对称曲柄摇块柔性管道内壁支撑装置”；2012年2

月-2015年10月，王春海/3、赵陆民/2、任国栋/5、康会锋/7共同完成发明专利“带限位双层自适应三点伞式管道内壁支撑装置”；2012年2月-2015年10月，康会锋/7完成发明专利“一种施工升降机自动控制系统”；2012年2月-2014年8月，韩文仲/1、王春海/3、赵陆民/3共同完成实用新型专利“自适应三点伞式管道内壁支撑装置”；2012年2月-2014年8月，王春海/3、赵陆民/2、韩文仲/1共同完成实用新型专利“回转型对称曲柄摇块柔性管道内壁支撑装置”；2012年2月-2014年8月，赵陆民/2、韩文仲/1、王春海/3共同完成实用新型专利“带限位双层自适应三点伞式管道内壁支撑装置”；2012年2月-2014年8月，任国柱/5、杨嵩/6、赵陆民/2共同完成实用新型专利“一种水管电缆双用绞车”；2012年2月-2017年5月，王宏宇/4、韩文仲/1、赵陆民/2完成软件著作权“桩管内切机控制系统软件”。