1.非过程装备类非标设备

　　（1）石油机械装备关键零部件的有限元优化设计

　　环形防喷器因其结构简单、功能全面，能适应井口的多种工况，因而在油气钻井行业得到了广泛应用。团队骨干成员按照厂家要求，采用MSC.Marc有限元软件对锥型胶芯环形防喷器进行了数值模拟,为新型锥型胶芯环形防喷器结构设计、承压件的铸造和密封橡胶材料的研制的发挥了积极作用。

　　闸板防喷器是油气钻井井控系统的重要组成部分，能够封闭套管与管柱之间的环形空间，是控制井喷、井涌等事故的关键核心部件。普通闸板防喷器只能密封一种特定规格的钻具，不仅操作人员劳动强度大、耽误时间长，而且还增大了发生井喷等事故的危险性，而可变径闸板防喷器能克服这些缺点。团队骨干成员通过建立可变径闸板三维有限元模型，仿真模拟可变径闸板的工作过程，就应力的分布和变化情况进行深入分析，从而为厂家进行可变径闸板防喷器的优化设计提供了理论依据。

　　（2）水下干式高压焊接工艺研究实验系统主体结构设计

　　在国家“十五”863计划资源与环境领域重大项目“水下干式管道维修系统”的支持下，团队骨干成员主持完成了水下高压焊接工艺研究实验系统的主体结构设计。该系统包括模拟水下高压焊接环境的高压焊接试验舱、用于焊接工艺实验的轨道焊机和焊接电源组成的管道TIG焊接系统、用于高压TIG焊接电弧行为的研究的高速摄像系统，可以开展1-7 bar实验压力焊接工艺的研究、现场安全性研究、焊接设备的可靠性和可操作性研究。高压焊接试验舱采用齿圈啮合快速开盖式压力容器设计，可以有效提高试验的效率，取得作业环境对焊接影响的数据。设计过程中基于ANSYS有限元软件进行了齿圈啮合快速开盖式结构的应力分析设计，并设计定制了可靠的大直径自紧式U型非标密封圈和集束式穿舱结构。该系统的主体结构一次性调试成功，至今仍在安全可靠地运行。采用相同的结构设计方案和设计理念，学校相关同事在此基础上先后设计研制了能够模拟300m水深、1500m水深的水下干式高压焊接工艺研究实验系统，为学校打造国内领先、国际知名的水下干式高压焊接技术与设备研究基地提供了可靠的条件保障。

　　（3）管道全位置双炬焊接机器人主体结构设计

　　在国家“十一五”863计划重大项目“深水海底管道铺设技术”的支持下，团队骨干成员主持完成了管道全位置双炬焊接机器人的主体结构设计。通过消化吸收法国SERIMAX公司SATURNAX 05自动焊接设备的相关结构设计理念，自主完成了试验样机焊接小车的三维模型设计和全套图纸绘制。试验样机焊接小车主要由刚性导轨、焊接小车锁紧机构、焊接小车行走机构、焊枪横向摆动机构、焊枪高低调整机构、焊枪组件、电缆/保护气管路托架等部分组成，外形轮廓尺寸长(mm)×宽(mm)×高(mm)＝550×322×348。刚性导轨采用高强度铝合金，燕翅形弹簧钢片支撑、快开锁紧结构。焊接小车锁紧机构采用“竖直传动杆件→凸轮→两个交错互嵌式滑动组件(滑杆+弹簧)”的结构模式，锁紧可靠快速。行走机构、焊枪横向摆动机构均安装于底板上，而焊枪纵向调整机构、焊枪组件则延伸在安装底板之外。焊接小车行走机构采用“（伺服电机→减速器→直齿外圆柱齿轮→直齿外圆柱齿轮）的传动方式，与刚性导轨上的外圆柱齿轮啮合，进而驱动整个焊车在锁紧机构的配合下围绕刚性导轨行走转动；伺服电机带刹车。焊枪横向摆动机构采用“伺服电机→齿轮→直线齿条”的传动方式，焊枪高低调整机构采用“伺服电机→丝杠→螺母”的传动方式。焊枪采用专业制作的小型直柄焊枪，绝缘板安装。工作过程中，焊接小车安装在刚性焊接导轨上，带着焊枪沿管道外壁作圆周运动，可以根据管径的大小由操作人员自主决定安装使用一台或两台焊接小车。

　　(4)深水管线远程遥操作水下焊接修复系统(DWRPRS)

　　深水管线远程遥操作水下焊接修复系统，是北京石油化工学院深水油气管线关键技术与装备北京市重点实验室，基于多年来从事水下油气管线干式高压焊接维修工艺和设备研发的经验积累，为保障我国南海深水油气开发安全而从事的前瞻性技术研究。该系统包括遥控系统、水下焊接舱和水下辅助模块等，采用套管和GMAW堆焊+角焊的焊接工艺，设计水深1000m，实验系统维修管径为12″。采用两个半瓦套筒连接新、旧管道，克服了大尺寸管道水下维修时对中难的问题，遥控操作和GMAW堆焊+角焊的焊接工艺又克服了水深限制。该系统为一套完整的水下管道修复专用远程遥操作室内模拟实验系统，可以开展遥操作焊接设备研究、遥操作焊接工艺研究、无潜式干法焊接操作工艺实验研究、遥操作控制系统研究等。

　　本团队成员从创意选题开始，全面参与了该实验系统的技术方案和具体结构设计，实验系统包括焊接舱、远程控制台、焊接电源、送丝机构、焊接舱开闭系统、惰性保护气供给系统等。分瓣式焊接舱的上瓣舱体上设有旋转驱动室、两侧舱体上设有焊接室、气体循环室和辅助室，焊接室对称安装，舱体间通过铰链连接。舱体为多边形结构，各室和舱体间的配合面为平面，室顶均设有连接脐带，用来传输信号和电源。焊接室为遥操作水下焊接机器人的焊接执行部件，焊接舱内设两个焊接室，分别位于舱的两侧瓣上，呈对称安装。室内安装有焊接支架、室门，焊接支架设计为可更换的独立单元(GTAG/GMAG)。工作时两个焊接室各负责管道一侧的焊缝，舱体在±220°范围内旋转。

　　维修工作过程中，首先根据实验管道外径选择合适的卡箍内径，使焊接舱和实验管道相匹配。利用套管预连接实验管道，并将其放置在水下的“H”型支架上。放下焊接舱，依次完成焊接舱定位、闭合、排水、预热，然后开启焊接室，用GMAW堆焊+角焊焊接工艺完成套管和实验管道间的焊接。焊接作业完成，焊枪支架回缩，再焊枪回缩并关闭焊接室舱门；打开焊接舱，并将焊接舱归位，最后对焊接后的管道进行探伤检测。

　　(5)紧凑型弧形格栅除污机

　　鉴于以往通过“手工计算”或“试凑计算”进行摆臂式弧形格栅除污机所关联四杆机构运动学分析的不足，团队师生在实现机构运动学分析电算化和可视化的基础上，方便快捷地筛选设计出一种结构紧凑、弧形格栅制作简单、噪声小、摩擦阻力小的摆臂式弧形格栅除污机。摆臂式弧形格栅除污机主要由摇杆、曲柄、驱动装置、渠道、弧形格栅、集渣槽、清渣机构、除污摆臂、机架、除污耙等组成。曲柄与双输出轴减速器的输出轴固定连接；驱动装置主要由减速电机和双输出轴减速器组成，其固定在机架上；除污耙位于除污摆臂的末端且与其在同一条直线上，其上固定有清污耙齿。双输出轴减速器的输出轴连接曲柄一端，曲柄的另一端铰接在除污摆臂上，摇杆的另一端铰接在除污摆臂的后端，曲柄与除污摆臂的铰接点位于摇杆与除污摆臂铰接点之前。

　　2.过程装备类非标设备或实验系统

　　（1）紧凑型静电聚结器(CEC)

　　紧凑型静电聚结器(CEC)主要用于对原油乳化液进行预先破乳聚结，以此提高后续分离设备的工作性能。在国家863计划资源与环境技术领域2007年度专题课题紧凑型静电预聚结原油脱水的关键技术研究”的支持下，团队骨干成员自主完成了紧凑型静电聚结器(CEC)的研发。根据处理流量的大小，可以采用立式单流道或多流道的结构设计方案，高压电极圆筒的内外圆柱面上都带有绝缘涂层，而接地电极圆筒采用裸露结构；中心圆柱体充当高压电极，外部的同心圆柱形筒体接地。工作过程中，原油乳化液从上部进入，通过挡流板后进入内外圆筒的环形间隙之中自上而下地流动。半径间隙值a约为1.6cm，可以根据具体情况在1～5cm之间变化，但其与内电极外半径r之比a/r值不应大于0.30。除为了保证足够的电场强度之外，限制半径间隙值的另一个原因就是为了保证环形间隙流道中的非层流流态，一般应该将雷诺数保持在2000～8000之间。当然，如果乳化液中的水颗粒含量不算太低，低流量的层流流态时，在同样的电场强度下停留足够的时间仍然会起到聚结作用。通过在设计中选取适当的电极长度，保证典型的电场停留时间为3～10s。与CEC外部高压变压器电路连通的入口衬套安装在悬挂有高压内圆柱筒状电极的顶盖法兰上，并与电极顶部密封连接。

　　BIPTCEC-II-50型紧凑型静电聚结器(CEC)的相关技术参数为：原油最大处理量20立方/小时，最高工作压力1.0MPa，最高工作温度110℃，最大含水率30%，材质为不锈钢；入口管径DN130，入口高度2800mm；出口管径DN130，出口高度400mm；CEC直径为50mm，座直径为800mm。

　　（2）矩形流道连续循环流动实验装置

　　矩形流道静电聚结实验装置主要由立式管道输送泵、涡轮流量计、压力表、静态混合器、矩形静电聚结器、乳化液容器罐等组成。使用该装置可研究电场强度、脉冲频率、电场停留时间、绝缘层厚度等参数对不同含水率W/O型乳化液中分散相水颗粒静电聚结特性的影响。

　　（3）环形流道静电聚结实验装置

　　环形流道静电聚结实验装置由低剪切输送泵、不锈钢容器(内置高速剪切泵、电加热器)、管式循环流道(管式静电聚结器)、节流阀、压力表/压力变送器、温度表/温度变送器、集气罩等仪器设备组成。高压脉冲电源施加在管式流道上，由低剪切输送泵将不锈钢容器内的原油乳化液循环输送，在管式静电聚结器内产生静电聚结现象，通过取样口取样分析。实验研究时，可以对取自特定油田的W/O型原油乳化液进行室内连续性循环流动实验，通过适当的分析测试手段，就含水率、含气量、操作温度、电场停留时间、破乳剂用量、脉冲频率、电场强度等因素对脱水性能的影响进行评估，确定不同原油乳化液的合理操作条件和电场参数，对电场参数优化与控制装置的工作特性进行评价。

　　（4）分离器内置式乳化液动态破乳脱水特性实验装置

　　分离器内置式乳化液动态破乳脱水特性实验装置旨在模拟常规卧式油水分离器（含三相分离器）内耦合电场破乳作用时的脱水分离特性，主要由乳化液供料罐、入口管路、分离器部分、出口管路和高频/高压电源等组成，其中乳化液供料罐内部设置混合机与剪切泵，能够保证乳化液充分混合；入口管路包括螺杆自吸泵、阀门、电子流量计以及浮子流量计、取样口和管路；分离器部分包括分离器、静电聚结模块和取样口；出口管路包括取样口、阀门、聚焦光束反射测量仪（FBRM）、管路；VIEC模块置于分离器上游入口侧乳化液汇集带的相关高度上，并与高频/高压电源的电压放大器相连。

　　室内实验测试过程中，通过破乳前后的油出口分散相水颗粒的粒径增长倍数、稳定动力学参数（TSI）、水出口含水率以及高速摄像显微拍照等多种测试评价手段综合评价内置式静电聚结器的油水分离效率，可得出一定范围内的最佳电场参数（电压、频率）以及最佳工况参数（流量、含水率）。