CN102242830B - 一种输油管线水底穿越稳管方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种输油管线水底穿越稳管方法，特别是适用于机动管线的稳管方法，即将输油管与配重管绑定后沉入水底。输油管与配重管管径相同、管材相同、连接方式相同，互为备用。所述配重管单位管长的质量根据输油管单位管长静水浮力、动水浮力、水平推力，以及安全系数和管壁与河床的摩擦因数确定。本发明所提供的方法，不需要另外配备稳管器材，成本低廉。输油管与配重管在岸边捆绑，一并铺设与撤收，施工简便，具较高的实用性。

Description

一种输油管线水底穿越稳管方法

技术领域

本发明涉及输油管水底穿越的稳管技术，特别是一种针对穿越水底的机动管线的稳管方法。

背景技术

当流速达到一定程度时，穿越动水的输油管道必须施加压载以保证管线在水底的稳定状态，防止其上浮或者被推动。目前，针对固定管线的稳管方法较多，但对于机动输油管的稳管方法还处于空白。由于机动管线在结构和连接方式上与固定管线有较大差别，且需要撤收再利用。因此现有的稳管技术无法满足机动管线的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种通过计算确定配重管质量，并将所述配重管绑定在机动输油管上的稳管方法。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，即一种输油管线水底穿越稳管方法，其特征在于：将穿越水底的输油管与配重管绑定，配重时，首先确定所述配重管单位管长的质量，按下述方法确定：

1).确定输油管单位管长的浮力：式中，F₁-输油管单位管长静水浮力，ρ-水的密度，g-重力加速度，d-管子的外径；

式中，F₂-输油管单位管长所受的动水浮力，D₁-单位管长在竖直方向的投影面积，v_D-河底流速，C_l-上抬因数；

2).确定输油管单位管长的水平推力：

式中，F₃-输油管单位管长的水平推力，C_d-阻力因数，D-单位管长在水流方向的投影面积；

3).确定输油管单位管长最小配重量：式中，w_YZ-单位管长的配重量，K-稳管的安全系数，取值为1.1～1.3，W-包含油料的输油管的单位管长重量，μ-管壁与河床的摩擦因数；

4).根据步骤3)的结果，所述配重管单位管长的质量大于输油管单位管长的配重量w_YZ。

本发明由于上述步骤，其优点是：应用本发明提供的稳管方法，提高了机动管线对流速的适应能力，使得机动管线能稳固可靠地穿越流速较快的水域。本发明所提供的方法，不需要另外配备稳管器材，成本低廉。稳管措施与铺输油管作业同步进行，施工简便。作为压载的配重管与输油管可以互为备用，提高了实用性。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。

图1为三根管线并联叠放捆绑示意图；

图2为三根管线并联平铺捆绑示意图；

图3为两根管线并联捆绑示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

本发明所公开的一种输油管线水底穿越稳管方法，其特征在于：将穿越水底的输油管与配重管绑定，配重时，首先确定所述配重管单位管长的质量，按下述方法确定：

1).确定输油管单位管长的浮力：

式中，F₁-输油管单位管长静水浮力，ρ-水的密度，g-重力加速度，d-管子的外径；

式中，F₂-输油管单位管长所受的动水浮力，C_l-上抬因数，D₁-单位管长在竖直方向的投影面积，v_D-河底流速；

2).确定输油管单位管长的水平推力：

式中，F₃-输油管单位管长的水平推力，C_d-阻力因数，D-单位管长在水流方向的投影面积；

3).确定输油管单位管长最小配重量：

式中，w_YZ-单位管长的配重量，K-稳管的安全系数，取值为1.1～1.3，W-包含油料的输油管的单位管长重量，μ-管壁与河床的摩擦因数；

4).根据步骤3)的结果，所述配重管单位管长的质量大于输油管单位管长的配重量w_YZ。

在实施例中，采用一根与输油管口径相同、管材相同且充水的、质量大于输油管单位管长的配重量w_YZ的配重管与输油管并排绑定实施水底穿越稳管。

在实施例中，可以采用两根与输油管口径相同、管材相同且充水的、质量大于输油管单位管长的配重量w_YZ的配重管与输油管叠放并绑定实施水底穿越稳管。

为检验本发明的技术效果，将相关参数代入步骤1～3所述的公式中，可得到未加配重管时，输油管在水底所能承受的临界流速v_D ^*，即：

${v_D}^{*}=\sqrt{\frac{\mathrm{\μ}(4G^{*}+\mathrm{\π}{\mathrm{\ρ}}_1{\mathrm{gd}}_1^2-\mathrm{K\π\ρ}{\mathrm{gd}}^2)}{2\mathrm{K\ρd}({\mathrm{\μC}}_1+C_d)}}$

式中，ρ₁-管线中输送的介质的密度，G^*-空管时单位管长重量；

采用本发明提供的配重方法后，输油管及其配重管所能承受的极限流速(请补充加配重管后计算极限流速的公式)

两根管线并联捆绑形式下：

$v_D^{*}=\sqrt{\frac{\mathrm{\μ}[8G^{*}+\mathrm{\π}\left({\mathrm{\ρ}+\mathrm{\ρ}}_1\right){\mathrm{gd}}_1^2]-2\mathrm{K\μ\π\ρ}{\mathrm{gd}}^2}{2\mathrm{\ρdK}({\mathrm{\μC}}_l+C_d)}}$

三根管线并联平铺捆绑形式下：

$v_D^{*}=\sqrt{\frac{\mathrm{\μ}[12G^{*}+\mathrm{\π}({\mathrm{\ρ}}_1+2\mathrm{\ρ}){\mathrm{gd}}_1^2]-3\mathrm{K\μ\π\ρ}{\mathrm{gd}}^2}{2\mathrm{\ρdK}({\mathrm{\μC}}_l+C_d)}}$

三根管线并联叠放捆绑形式下：

$v_D^{*}=\sqrt{\frac{\mathrm{\μ}[12G^{*}+\mathrm{\π}({\mathrm{\ρ}}_1+2\mathrm{\ρ}){\mathrm{gd}}_1^2]-3\mathrm{K\μ\π\ρ}{\mathrm{gd}}^2}{\mathrm{\ρdK}({4\mathrm{\μC}}_l+{(2+\sqrt{3})C}_d)}}$

根据上述检验方法，实施例1～3比较了不同管线加载配重管前后所能承受的极限河底流速v_D。由于实践中河底流速不易测量，根据河面流速是河底流速的1.74倍，可同时计算河面流速v_B进行比较，也可以通过该方法确定输油管是否需要加载配重管。

在实施例中，K＝1.1，方案1是采用一根输油管与一跟配重管并联；方案2是采用三根管线平铺；方案3采用三根管线叠放。所述流速的单位均为m/s。

实施例1：

采用DN150Y承插式管线输送：

表1DN150Y承插式管线的基本参数及单位长度上的受力

表2DN150Y承插式管线单位长度管线充满介质时的总重量

表3不施加压载时管线能够承受的最大流速

表4采用稳管方法下管线能承受的极限流速

实施例2：

采用DN150G承插式管线输送：

表5DN150G承插式管线的基本参数及单位长度上的受力

表6DN150G承插管线单位长度管线充满介质时的总重量

表7不施加压载时管线能够承受的最大流速

表8采用稳管方法下管线能承受的极限流速

实施例3：

采用DN100槽头管线输送：

表9DN100槽头管线的基本参数及单位长度上的受力

表10DN100槽头管线单位长度管线充满介质时的总重量

表11不施加压载时管线能够承受的最大流速

表12采用稳管方法下管线能承受的极限流速

实施例4：

采用外径d为152mm、内径为2.6mm、单位管长在竖直方向的投影面积为D₁为0.152m²的输油管输送密度为820kg/m³的柴油；所述输油管单位长度质量含所输油品为24.9kg；测定上抬因数C₁为0.6、河底最大流速v_D为0.7m/s、阻力因数C_d为0.8；采用稳管的安全系数K为1.1、管壁与河床的摩擦因数μ为0.5，确定输油管单位管长最小配重量为w_YZ为41.7N/m。

采用单位长度质量大于w_YZ的配重管与输油管绑定。为保证所述配重管的单位长度质量大于w_YZ，可采用多根配重管和/或管内充水的方式增加配重量。

本发明的优点是毋庸置疑的。对照表3与表4、表7与表8、表11与表12，采用本发明所提供的稳管方法后，管线能承受的极限流速均有所提高。在DN150G管线输送汽油时，在三种稳管方案下，其能够适应的最大临界流速分别提高了59％、98％、94％。极大的扩展了机动管线的环境适应性。

Claims (3)

1.一种输油管线水底穿越稳管方法，其特征在于：将穿越水底的输油管与配重管绑定，配重时，首先确定所述输油管单位管长最小配重量，按下述步骤确定：

1). 确定输油管单位管长的浮力：

，式中，F₁—输油管单位管长静水浮力， ρ—水的密度，g—重力加速度，d—管子的外径；

，式中，F₂—输油管单位管长所受的动水浮力， D₁—单位管长在竖直方向的投影面积， v_D—河底流速， C_l—上抬因数；

2). 确定输油管单位管长的水平推力：

 ，式中，F₃—输油管单位管长的水平推力， C_d—阻力因数，D—单位管长在水流方向的投影面积；

3). 确定输油管单位管长最小配重量：

，式中，w_YZ—单位管长最小配重量，K—稳管的安全系数，取值为1.1～1.3，W—包含油料的输油管的单位管长重量，μ—管壁与河床的摩擦因数；

4).根据步骤3)的结果，所述配重管单位管长的质量大于输油管单位管长最小配重量w_YZ。

2.根据权利要求1所述的一种输油管线水底穿越稳管方法，其特征在于：采用一根与输油管口径相同、管材相同且充水的、质量大于输油管单位管长最小配重量w_YZ的配重管与输油管并排绑定实施水底穿越稳管。

3.根据权利要求1所述的一种输油管线水底穿越稳管方法，其特征在于：采用两根与输油管口径相同、管材相同且充水的、质量大于输油管单位管长最小配重量w_YZ的配重管与输油管叠放并绑定实施水底穿越稳管。

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