海底数据中心模块测试技术研究.pdf

.文场论第11期海底数据中心模块测试技术研究侯莉，石磊，付剑波，邢广阔，邓记松（海洋石油工程股份有限公司，天津塘沽，30 0 4 51）摘要】本文基于水下生产系统设计标准中对设备测试内容的要求，对海底数据中心模块涉及的水下基础、容器、结构、管道及阴保系统的测试内容、测试要求等方面进行了梳理和研究，提出了模块FAT和EFAT的具体测试内容及验收要求，对海底数据中心模块规模化应用及新产品研发测试具有重要的指导意义。关键词 海底数据中心；测试内容；测试要求；FAT；E FA T前言在数字经济时代，算力作为一种新的生产力，广泛融入社会的方方面面。作为算力物理承载，数据中心成为数字经济的关键基础设施。传统陆上数据中心具有能耗高、占用土地资源、对水资源需求高等特点。与陆上数据中心相比，海底数据中心将服务器安放在海底的密封舱中，把海水作为自然冷源，利用海水的流速、体量对服务器产生的热量进行散热，可以有效地节约能源、资源，并可提高算力和安全可靠性，降低故障率，具有独特优势。海底数据中心布放于海底，可以与海上风电、海上石油平台等工业类活动互相服务。海底数据中心是符合国家关于绿色低碳发展的解决方案，也是解决当前数据中心诸多问题的最直接手段。1海底数据中心组成海底数据中心模块由分配电/数据舱、结构支撑、防沉板等组成。分配电舱负责将来自分电站的主电进行电压转换和再分配等操作，并为数据舱的各用户供电，同时接收来自数据舱的电信号。数据舱为海底数据中心模块的核心部分，内部为客户的各类服务器等重要设备。配电舱和数据舱顶部有冷凝模块和海水泵模块，其上布置有氟利昂超双工艺管道、海水玻璃钢工艺管道，以及相关设备如海水泵、海水滤器、管道阀门、冷凝器等，起到为配电和数据舱内设备降温的目的。海水泵模块有维修要求，因此海水泵模块设计为可回收模块，安装、回收时需连接、解脱橡胶软管。图1数据中心模块三维示意图作者简介：侯莉，女，（19 7 4-），高级工程师，海洋石油工程股份有限公司设计院，主要从事水下生产系统总体布置与水下生产设备的设计与研究。2023年第2 6 卷论文广场石油和化工设备数据中心模块的分配电/数据舱主要包括容器、容器大法兰及O型圈。海水泵模块包括海水滤器、海水泵、海水玻璃钢管线、电动三通阀、球阀、蝶阀、单向阀、流量计、传感器、软管。冷凝模块包括冷凝器、氟利昂管线。其他附件还包括安防系统、水下摄像机、阳极、涂层、牛眼等。2健康、安全、环保要求人和环境的安全任何时候都是第一位的。测试时施工方应随时记录并定期报告业主项目安全状况。施工方在使用安全计划之前，须经业主的认可。如计划有偏差应立即通知业主。施工人员要相对固定。对所有参加施工的人员进行健康、安全、环保的意识教育，并进行施工技术交底，使其熟悉所参加项目的特点和要求。3测试前准备应编制试验程序和所有与试验有关的参考文件，参加试验的人员应熟悉这些文件。应提供所有所需的测试设备和记录仪器，测试中使用的设备和设施的认证应按要求有效。测试场地和设备应按HSE体系提供。应有见证人出席测试现场。4测试文件要求应提供流程图、矩阵或表格，说明每个检查点及其在程序周期中的相对位置。测试报告应至少有两栏，其中业主和承包商可以给出他们对每次检验/试验活动的检验要求。所有检验/试验应以书面形式记录，并使用数字图像记录。5FAT测试流程及主要内容FAT(工厂验收测试)为在设备出厂前对其所有部件及整体的功能测试，该测试作为设备供应方及接收方在产品交接过程中的重要步骤，需交接方客户代表参加测试的现场见证。在海底数据中心模块组装完成后完成的一项相对全面的试验工作，验证海底数据中心模块作用的一致性和实际运行的稳定性。海底数据中心模块应进行结构、管道外观检查和尺寸检查。外观检查包括：关键包括结构完工状态；控制面板上的所有标志（如阀门名称和开关标志、头标等）和海底数据中心模块水下标识；管道走向是否与图纸一致，管道支撑点、扣件是否牢固等。尺寸检查包括：海底数据中心模块外观尺寸；结构、管线、设备关键尺寸等。海底数据中心模块工艺管道主要包括氟利昂超双管道和海水玻璃钢管道。完成包括工艺管道系统的保压测试，以及阀门功能和泄露测试等工作。所有管道阀门应进行阀门泄漏试验及扭矩测试。管道应进行冲洗。管道的水压试验按ASMEB31.3进行，试验压力为管道设计压力的1.5倍。试验时所有阀门应全开。结构测试主要包括外观检查、尺寸检查、防腐检查，以及称重测试。防腐检查包括阳极检查和电连续性检查。通过安装阳极及连接电导线对海底数据中心模块的部件进行阴极保护。5.1碰撞检查确认防沉板、管线、阀门、流量计、法兰、软管、温度传感器、压力传感器、潜水员把手、阳极、牛眼、索具、卸扣、导向柱、电连续导线、电缆及托架、管支架等之间无任何干涉。碰撞检查用于对所有可移动部分的测试。5.2结构匹配测试防沉板基础与分配电/数据舱模块；分配电/数据舱模块与可回收泵撬模块安装配合需进行结构匹配测试。所有索具都应提供载荷测试证书。如果没有提供标签或证书，且无法追溯，则不应使用索具。要求每六个月由合格的认证检验员进行目视检查。但是，所有的索具在每次使用前都应进行检查。应特别注意索具的接合、终止、磨损/变质和任何其他损坏。所有卸扣应提供证明，以验证是否进行了VT、MT 和UT操作。每个卸扣在每次提升前应进行目视检查，以发现任何异常负荷、损坏、裂缝等痕迹。每个卸扣应清晰识别，并可追溯到相应的证书，否则不得使用卸扣。缓慢下降上部结构，长导向柱穿入锥形筒，继续下降，短导向柱穿入锥形筒，牵引绳松懈。此过程上模块会通过导向柱逐渐修正倾斜。继续缓慢下降结构，接触对应结构，进一步修正结构倾斜，导向销插入销座，完成配合。松解索具，确认模块已安全放置于水平框架上。确保导向销顺利插入销座无阻碍，无损坏。5.3称重测试应将海上安装用的卸扣与数据中心模块的吊第11期侯莉等海底数据中模块测试技术研究耳进行配合检查，保证海上的顺利安装。应进行三次不同的称重，三种权重的结果应在彼此等于1%的范围内。最终权重为三个结果的平均值。理论值与实际值之间的差异需得到证明。5.4电连续性测试在测试中应核实阳极的数量及位置，还应进行电导率测试。各部件与结构之间应具有良好的电气连接。检查机械连接部件之间的电连续性，电连续性检查的验收电阻范围应小于或等于0.1欧姆。5.5分配电/数据舱密闭性测试分配电/数据舱测试应按要求进行，包括吹扫测试、氮气置换、负压气密测试。氮气为惰性气体，具有不燃性，可切断气源。为确保容器的安全与密闭性，使用氮气对容器进行氮气置换、负压气密作业，确保容器安全可靠的投入使用。氮气置换时，设备就位，连接液氮罐到液氮泵/汽化器之间低温管线，连接液氮泵/汽化器氮气出口管线到设备，灌充液氮到液氮罐；减压阀设定进口工作压力8 bar,出口设定工作压力2 bar，安装压力表，监测设备内氮气压力；检查待氮气置换设备进气口，出气口阀门处于开放状态，确保氮气从顶部注入，从底部排出。打开液氮罐出液阀门冷却液氮泵或吹扫汽化器管路约10 分钟；打开设备进气阀对设备进行氮气置换作业，调节进气压力不超过2 Bar，缓慢调节进气压力同时实时监控舱内压力，舱内压力不得高于1.0 5bar。当舱内压力超过1.0 4 bar时仍有上升趋势迅速降低进气压力或关闭进气阀门静置。换气到氧浓度不高于1%结束氮气置换，监督过程中实时监控氧浓度、湿度及压力并记录。停止注入氮气，关闭进气口及出气口阀门，氮气置换完毕。快便换头蒸发器PV图2 氮气置换示意图分配电/数据舱容器负压气密测试时，设备就位，连接真空泵电源。保证进气口处于关闭状态，可暂时断开进气设备。连接真空泵至储罐管线并进行检查。打开真空泵，确认抽真空到0.85bar，关闭真空泵，关闭出气口阀门；保压4 8 h以上，观察压力表变化。如压力升高超出温度影响，则使用胶带密封各处法兰口，使用可塑胶泥封堵电缆穿舱根部，再进行抽真空，如真空度可保持，则逐一拆除封堵确认泄漏点。保压结束后连接进气设备；设定进气压力1.0 6 Bar开始补气，确认进出口压力表读数均不再变化，平衡后关闭进气阀门；检查出气口压力不低于常压，取掉出气口设备，迅速盖上法兰盖密封。PV0.85Bax图3氮气负压气密测试示意图2023年第2 6 卷论文广场石油和化工设备5.6容器法兰背压测试分配电/数据舱试压组件由试压垫圈本体上的T型试压孔、试压管以及试压管上的快速接头组成。容器氮封之后采用试压组件进行背压测试。试压介质沿着自试压垫圈上的T型孔分别进入试压垫圈与法兰垫圈槽所形成的环形空间内，保压15分钟，若压降低于5%，说明环形空间密封良好，无泄漏。6EFAT测试EFAT(扩展工厂验收测试)系指水下生产系统设备间的界面接口测试，如连接软管、可回收模块的更换试验及锁紧/解锁机构测试等。6.1潜水员操作测试项目的实际安装维护中，要求潜水员也可进行相应的设备安装/回收辅助、连接软管等相关动作操作。在陆地集成测试过程中模拟潜水员操作需要对操作空间、操作方法等可操作性核实，并为海上安装提供可参照数据。确认潜水员操作平台格栅板完整，位置可到达，无障碍，相关设备有足够的操作空间。所有潜水员处理的物品均应在潜水员够得及的范围内。潜水员应能够读牛眼、抓住所有潜水员抓手、进行必要操作项目。6.2安装配合和回收试验对于每个可回收模块，进行匹配测试，以确保在所有适当的位置都进行充分接触。所有安装配合和回收测试应分别进行，以确保潜水员辅助操作所有这些结构在功能上完全可操作。7测试后工作任何试验完成后，承包商应执行必要的冲洗、修改、试验后保存、包装和储存。在测试完成后，检查设备的外观状态是否良好，重要接口是否得到适当的保护。测试结束后，应确定并存档所有测试文件。8结语本文梳理了海底数据中心模块测试质量安全环保要求、测试文件要求、测试前准备、测试内容及要求、测试后工作，明确了海底数据中心模块的组成及特点、涉及的各项FAT测试内容、EFAT测试等方面的要求，对海底数据中心模块测试可以起到良好的技术借鉴与支持作用。参考文献1云峰，安维，洪毅，等.我国水下生产系统测试技术进展，中国造船，2 0 2 1年3月，6 2 卷第1期2陈欣，肖德明，赵瑞云，等.水下管汇工厂验收测试(FAT)关键技术研究，工程与建设，2 0 2 2 年第36 卷第2 期收稿日期：2 0 2 3-0 6-2 1修回日期：2 0 2 3-10-0 89月2 0 日发布的石油和化工行业专利态势白皮书基于对2 0 12 2 0 2 1年我国石油和化工行业以及14 个主要细分领域专利的态势分析，结合行业对标、全球对标的情况，突出问题导向和发展导向，聚焦发展路径、行动指南等维度，对行业知识产权工作提出八条建议。建议一是强化专利布局分析的针对性，发现机会，防范专利风险。建议二是对标先进，提升专利布局技巧与撰写技巧，构筑新产品研发壁垒和生产工艺壁垒，持续提升高价值核心专利的竞争力。