一種帶導(dǎo)流板的海底管道保護(hù)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于海底管道設(shè)施鋪設(shè)和生產(chǎn)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種帶導(dǎo)流板的海底管道保護(hù)裝置，包括底部導(dǎo)流板（5）、上部保護(hù)殼體（1）和至少一個內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)，其中，底部導(dǎo)流板（5）置于待保護(hù)的海底管道（4）的下部；上部保護(hù)殼體（1）的上部與海底管道（4）有一定距離，這段距離由內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐保護(hù)；各個內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)沿海底管道（4）軸向分布，一個內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)由緊貼海底管道（4）的弧形板（3）和多個支撐輻條（2）兩部分構(gòu)成；每個支撐輻條（2）的下端固定在弧形板（3）上，上端固定在上部保護(hù)殼體（1）內(nèi)側(cè)上。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，在降低成本的同時能有效防止管道下部海床的滲流沖刷，并減輕落物撞擊對海底管道的影響。
【專利說明】一種帶導(dǎo)流板的海底管道保護(hù)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海底管道設(shè)施鋪設(shè)和生產(chǎn)過程中的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種能夠有效防止海底管道沖刷和遭受落物撞擊導(dǎo)致凹陷泄漏的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]海底油氣管道是海洋油氣開發(fā)中生產(chǎn)運輸?shù)闹饕绞?。由于海底管線所處的海洋環(huán)境非常復(fù)雜，許多不確定因素的相互影響使得海底管線的鋪設(shè)和運營風(fēng)險俱增，因沖刷懸空及落物撞擊而造成的破壞層出不窮。
[0003]由于鋪設(shè)深度及海床地質(zhì)地貌的不同，海流、波浪的大小、方向的變化，以及對海底管線安全壽命要求的不同，海底管線在海床中的敷設(shè)方式也各不相同。通常將埋置于海床土壤3倍管徑深度以下的管線稱之為深埋管線；埋置于海床土壤3倍管徑深度以內(nèi)的管線稱之為淺埋管線；而將直接鋪設(shè)于海床表面的管線稱之為直鋪管線。埋設(shè)管線一般不易受海面波浪和海洋底層洋流的直接影響，具有較高的安全性和可靠性，但敷設(shè)費用昂貴、施工難度大，只有一些服役期很長且安全性要求很高的輸油輸氣管線才采用這種敷設(shè)方式。直鋪管線施工容易，造價也較低，是當(dāng)前深海管道的主要鋪設(shè)方式，但它直接暴露于海水中，受海流、波浪等環(huán)境荷載的作用較為為顯著，容易在管道下部造成局部沖刷，嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)管涌和懸空，使得管道失去穩(wěn)定性，在環(huán)境荷載的長期作用下，懸空段容易發(fā)生上浮或側(cè)向屈曲以及渦激振動而失效，引發(fā)斷裂等破壞事故，造成巨大的經(jīng)濟損失和環(huán)境污染。
[0004]當(dāng)前深水油氣開發(fā)多采用水下生產(chǎn)系統(tǒng)的開發(fā)模式，上部結(jié)構(gòu)吊裝等作業(yè)可能墜落的物體給錯綜復(fù)雜的海底管道造成很大風(fēng)險。由于墜落物體一般質(zhì)量和體積都很大，一旦落入海中砸中海底管道，輕者造成管道凹陷，重者則會引發(fā)穿刺和油氣泄漏，不但影響油氣開發(fā)、污染海洋環(huán)境，其封堵和修補也十分艱難。
[0005]海底管道的沖刷懸空和遭受落物撞擊，將給海上石油及天然氣的開發(fā)帶來巨大的經(jīng)濟損失，預(yù)防和控制沖刷及撞擊后果對于海底管道工程具有重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠有效防止海底管道沖刷懸空和落物撞擊失效的保護(hù)裝置。本發(fā)明提出的裝置結(jié)構(gòu)簡單，易于加工和安裝，降低成本的同時能有效防止管道下部海床的滲流沖刷，并減輕落物撞擊對海底管道的影響，實現(xiàn)經(jīng)濟性和安全性的統(tǒng)一。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0008]一種帶導(dǎo)流板的海底管道保護(hù)裝置，包括底部導(dǎo)流板5、上部保護(hù)殼體I和至少一個內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)，其中，
[0009]底部導(dǎo)流板5置于待保護(hù)的海底管道4的下部；
[0010]上部保護(hù)殼體I的上部與海底管道4有一定距離，這段距離由內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐保護(hù)；[0011]各個內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)沿海底管道4軸向分布，一個內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)由緊貼海底管道4的弧形板3和多個支撐輻條2兩部分構(gòu)成；每個支撐輻條2的下端固定在弧形板3上，上端固定在上部保護(hù)殼體I內(nèi)側(cè)上。
[0012]作為優(yōu)選實施方式，所述的上部保護(hù)殼體I的內(nèi)部兩側(cè)與海底管道4緊貼，其半圓結(jié)構(gòu)內(nèi)壁直徑與海底管道外徑相同，而半圓結(jié)構(gòu)外徑隨位置變化，呈橢圓型，設(shè)管道壁厚為h，則上部保護(hù)殼體I頂部最厚位置t ^ 1.5b，兩側(cè)與管道緊貼的殼體部分厚度為管道厚度h的1/2~3/2。設(shè)海底管道外徑為D，則導(dǎo)流板整體的寬度L≥D+2*0.4D+2&。
[0013]作為另外一種優(yōu)選實施方式，所述的上部保護(hù)殼體I的半圓結(jié)構(gòu)厚度取值為大于
1.5倍管道壁厚。
[0014]本發(fā)明提供了一種有效防止海底管道沖刷懸空和落物撞擊失效的保護(hù)裝置，相比現(xiàn)有的技術(shù)具有以下優(yōu)點:
[0015]( I)本發(fā)明包括底部導(dǎo)流板、上部保護(hù)殼體及內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)三個部分。底部導(dǎo)流板能夠防止管道兩側(cè)壓差大所造成的海床滲流和沖刷；上部保護(hù)殼體能夠有效防止落物撞擊對管道造成的直接損傷；而內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)則確保管道在保護(hù)裝置內(nèi)的穩(wěn)定性。
[0016](2)管道兩側(cè)壓力差在海床內(nèi)部誘導(dǎo)的滲流力是促使管道沖刷的主要因素，本發(fā)明中底部導(dǎo)流板的設(shè)置阻止了來流對管線上游床面的下沖作用力，使管線兩側(cè)的壓力差減小，當(dāng)導(dǎo)流板達(dá)到一定長度時，管線兩側(cè)壓力差小于使管線沖刷發(fā)生的壓力差值，即可阻止管線底部滲流的發(fā)生。
[0017](3)落物撞擊海底管道造成的凹陷及穿透損傷由落物撞擊能量和管道壁厚共同決定，理論公式和試驗證明，管道壁厚的增加能夠顯著減輕落物撞擊損傷。但是管道整體壁厚增加將使成本提高，自重增加也給施工和鋪設(shè)帶來挑戰(zhàn)。本發(fā)明中上部保護(hù)殼體具備較厚的壁厚，并且距離管道上表面有一定距離?？蓪⒈狙b置設(shè)置在落物風(fēng)險較大的管道區(qū)段，當(dāng)落物撞擊管道時，厚壁保護(hù)裝置能夠有效防止或減輕撞擊后果，保護(hù)海底管道的安全。
[0018](4)由于保護(hù)裝置上壁距離海底管道上表面有一定距離，為確保管道在保護(hù)裝置中的穩(wěn)定性和安全性，分段設(shè)置內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)包括貼合管道的弧形板和連接弧形板及上部保護(hù)殼體的交叉輻條兩部分。交叉輻條的設(shè)計一方面保證了管道位置的固定，另一方面即使在此處遭受落物撞擊也會由于輻條的失穩(wěn)而避免能量傳遞至管道，確保管道安全。
[0019](5)該保護(hù)裝置集控制管道下海床沖刷與減輕落物撞擊后果的功能于一體，可以實現(xiàn)兩種功能模塊的一體制造與安裝。對于同一管徑的海底管道可以進(jìn)行批量生產(chǎn)，并且按照海底管道布置情況進(jìn)行布放，降低成本的同時確保管道安全。
[0020](6)本發(fā)明保護(hù)裝置安裝工藝簡單，可以通過流水線安裝，提高工作效率，降低施工成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是配有本發(fā)明保護(hù)裝置的某段海底管道的側(cè)視圖。
[0022]圖2是圖1中所示A-A截面圖。
[0023]圖中標(biāo)號說明:
[0024]I保護(hù)裝置上部保護(hù)殼體；2內(nèi)部支撐輻條；3弧形板；4海底管道；5底部導(dǎo)流板?！揪唧w實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明包括一片底部導(dǎo)流鋼板5、一個上部保護(hù)殼體I和若干內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)2、3。底部導(dǎo)流鋼板5上表面緊貼海底管道4底部，下表面與海床接觸；上部保護(hù)殼體I的內(nèi)部兩側(cè)與管道4緊貼，上部與管道4有一定距離，這段距離由內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐保護(hù)；內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)由緊貼管道的弧形板3和支撐輻條2兩部分構(gòu)成。支撐輻條2與弧形板3、支撐輻條2與上部保護(hù)殼體1、保護(hù)殼體I與底部導(dǎo)流板5之間通過焊接的方式進(jìn)行連接。
[0027]底部導(dǎo)流板5主要作用為防止海底海流對管道底部海床的沖刷導(dǎo)致管涌和管道懸空。根據(jù)研究，若海底管道外徑為D (如圖2所示)，則導(dǎo)流板整體的寬度L≥D+2*0.4D+2t1；即每側(cè)寬度s≥0.4D時，可以有效阻止管道底部滲流的發(fā)生，因此底部導(dǎo)流板應(yīng)設(shè)置寬度L ≥ D+2*0.4D，厚度約為管道厚度h的1/2左右。上部保護(hù)殼體為保護(hù)海底管道免受落物撞擊產(chǎn)生凹陷或穿透而設(shè)置，當(dāng)落物撞擊保護(hù)區(qū)域海底管道時，首先接觸到上部保護(hù)殼體，通過試驗和理論驗證，撞擊時增加管道厚度能有效減小撞擊后的管道損傷，因此上部保護(hù)殼體頂部厚度t較大時能夠?qū)?nèi)部海底管道起到明顯保護(hù)。上部保護(hù)殼體的半圓結(jié)構(gòu)厚度取值為大于1.5倍管道壁厚，為了在保護(hù)管道的同時節(jié)約鋼材，可設(shè)置半圓結(jié)構(gòu)內(nèi)壁直徑與海底管道外徑相同，而半圓結(jié)構(gòu)外徑隨位置變化，呈橢圓型，如圖2所示，若管道壁厚h，頂部最厚位置t ≥1.5t0O兩側(cè)與管道緊貼的殼體部分厚度h約為管道厚度h的1/2~3/2左右。為了使海底管道在保護(hù)裝置中固定，設(shè)置內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)，包括支撐輻條和弧形板。支撐結(jié)構(gòu)無需沿保護(hù)裝置和管道徑向布滿，可以間隔布置，能確保海底管道穩(wěn)定即可。支撐輻條可采用尺寸較小的角鋼或T型鋼等鋼材，以確保撞擊瞬間輻條能夠失穩(wěn)，從而不會將撞擊能量傳遞至管道。弧形板與管道緊貼，厚度取IAtci左右，寬度和長度試管道情況而定。上部保護(hù)殼體、底部導(dǎo)流板及內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)宜采用與深水海底管道相同材質(zhì)的API 5L X65型或更高等級的X70、X80等級鋼材。
[0028]下面結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】該有效防止海底管道沖刷和遭受落物撞擊導(dǎo)致凹陷泄漏的裝置實施過程:
[0029](I)進(jìn)行該保護(hù)裝置的生產(chǎn)時，首先根據(jù)管道尺寸分別制造圖中所示的上部保護(hù)殼體、底部導(dǎo)流板和內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)。由于同一個工程項目管道尺寸變化不大，可以根據(jù)布置和落物風(fēng)險評估的結(jié)果對保護(hù)裝置設(shè)置段進(jìn)行規(guī)劃，確定保護(hù)裝置長度。由于保護(hù)裝置殼體、底部導(dǎo)流板及內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)的尺寸對于同一尺寸管道來說是一致的，可以使用統(tǒng)一的模具進(jìn)行批量澆鑄生產(chǎn)。
[0030]( 2 )保護(hù)裝置的安裝應(yīng)在各部分制造完成后、鋪管作業(yè)前進(jìn)行。海底管道一般采取分段預(yù)制，利用鋪管船等在海上焊接和鋪設(shè)，因此，該發(fā)明的保護(hù)裝置可在鋪管船的焊接過程中進(jìn)行安裝。首先將內(nèi)部支撐的輻條與弧形板焊接相連，然后將保護(hù)裝置與上部保護(hù)殼體進(jìn)行焊接。將焊接完成后的上部結(jié)構(gòu)套置需保護(hù)的管道段，確保弧形板與保護(hù)裝置兩側(cè)板材與管道貼合后，進(jìn)行導(dǎo)流板與上部結(jié)構(gòu)的焊接。
[0031 ] (3)鋪設(shè)管道時，將導(dǎo)流板放置于海床表面，保護(hù)裝置安裝完成。
【權(quán)利要求】
1.一種帶導(dǎo)流板的海底管道保護(hù)裝置，包括底部導(dǎo)流板(5)、上部保護(hù)殼體(1)和至少一個內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)，其中， 底部導(dǎo)流板(5)置于待保護(hù)的海底管道(4)的下部； 上部保護(hù)殼體(1)的上部與海底管道(4)有一定距離，這段距離由內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐保護(hù)；各個內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)沿海底管道(4)軸向分布，一個內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)由緊貼海底管道(4)的弧形板(3)和多個支撐輻條(2)兩部分構(gòu)成；每個支撐輻條(2)的下端固定在弧形板(3)上，上端固定在上部保護(hù)殼體(1)內(nèi)側(cè)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶導(dǎo)流板的海底管道保護(hù)裝置，其特征在于，所述的上部保護(hù)殼體(1)的內(nèi)部兩側(cè)與海底管道(4)緊貼，其半圓結(jié)構(gòu)內(nèi)壁直徑與海底管道外徑相同，而半圓結(jié)構(gòu)外徑隨位置變化，呈橢圓型，設(shè)管道壁厚為V則上部保護(hù)殼體(1)頂部最厚位置t ≥1.5、，兩側(cè)與管道緊貼的殼體部分厚度h為管道厚度h的1/2~3/2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶導(dǎo)流板的海底管道保護(hù)裝置，其特征在于，設(shè)海底管道外徑為D，則導(dǎo)流板整體的寬度L≥D+2*0.4D+2tp
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶導(dǎo)流板的海底管道保護(hù)裝置，其特征在于，所述的上部保護(hù)殼體(1)的半圓結(jié)構(gòu)厚度取值為大于1.5倍管道壁厚。
【文檔編號】F16L57/00GK103527896SQ201310476227
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】梁靜, 余建星, 趙羿羽, 周健狀, 唐必意, 張欣 申請人:天津大學(xué)