CN104019281B - 一种防止管道悬跨的挠性连接方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于海底管道设施铺设技术领域，涉及一种防止管道悬跨的挠性连接方法，在海底管道铺设时，对管段每隔一段距离采用挠性连接，所述的饶性连接包括下面的步骤：根据海底管道的尺寸，选取4个法兰盘及4个或4个以上的挡板；将挡板与挡板相互铰接，制成一组挡板，利用相同的方法制作另一组挡板；将两组挡板连接在两个法兰盘之间；在两组挡板之间放置挠性软管；利用连接了挡板的法兰盘和没有连接挡板的法兰盘将挠性软管的两端分别与一段海底管道相连。本发明同时同一种用于实现所述的防止管道悬跨的挠性连接方法的装置。海底管道通过本发明的装置连接并铺设至海底后，可不进行频繁的悬跨检测与后期维修，操作简便可靠，省时省力。

Description

一种防止管道悬跨的挠性连接方法及装置

技术领域

本发明属于海底管道设施铺设技术领域，涉及一种能够预防或修复海底管道悬跨出现的管间连接装置和方法。

背景技术

由于海洋环境条件复杂，在波浪、海流联合作用下以及管线自身变形等条件下，海底管线常常会产生管跨，即出现在海底管线上与海床表面不直接接触的悬空段。悬跨管道对管道安全运营有重要影响，是海底管道失效的主要原因。其影响主要体现在：1)如果悬跨达到一定长度，由于自身重力以及潮流冲击力的作用，管道变形和内部应力幅值将增大，会发生较大变形甚至破裂而造成失效；2)在一定条件下，管道还可能产生涡激振动，严重时将导致管道断裂，给生产造成损失；3)海底管道承担输送油气的功能，一旦发生泄漏不仅造成重大经济损失，还会带来严重的环境污染；4)悬跨形成以后，海底管道在波浪力的颤振作用下，易发生疲劳破坏。

针对该种海底管道失效可能性，目前国内外采取的主要防冲刷方法有：挖沟法以及仿生海草技术。挖沟方法按照施工顺序分为预挖沟法、同时挖沟法和后挖沟法，主要是通过挖泥船或挖沟犁预先挖出管道铺设路径，将管道下放后进行回填处理。该方法通过淤泥或碎石保护管道，以达到减缓波流对海底管道及海床的冲刷作用。仿生海草技术是将耐腐蚀、抗冲刷的新型材料加工成类海草设备，通过锚固在海底管道上方以降低水流速度、改变水流方向，从而减缓波流对海底管道的冲刷作用。而当悬跨管道出现时，则需采取一系列方法修复悬跨，防止其对海底管道安全性产生影响。主要的悬跨修复方法包括：将管件状态复原和将悬空段替换为合适悬跨状态的挠性软管。就复原悬空管段方法来说，具体措施为：1)对于铺设在海床上的管道，可采取支撑管道的方法以复原原铺设状态，主要措施包括：在悬空管段底部堆置沙袋、灰浆气囊、升高枕等从而整体托起海底管道、消除悬空，或采用钢结构支架、短桩支撑等方法在悬空段间隔一段距离抬高海底管道，降低悬跨影响。2)对于埋设在海底的管道，可采取加压载块或施加重量将管道压入海底的方法恢复原埋设状态。就替换管件方法来说，主要是将悬空的管段拆除，替换为可随地形变化而变化的柔性管，以适应悬跨状态。但通过分析可知，各方法均存在一定问题：

对于预防海底冲刷的方法，挖沟法多用于较浅水域的短距离管线，而对用于深水环境中输送油气资源的海底管道，其铺设深度深且为长距离输送，在全长范围内若采取挖沟法，其技术上的可行性和经济性均较低。另外，仿生海草技术同样存在着工程量大、经济效益低以及不适用于长距离的悬跨段处理等问题。

对于恢复悬空段铺设状态的方法，通过堆置物支撑管道方法可靠性不高，可能引起“二次冲刷”，同时悬空管段底部堆置物可能随时间推移发生下沉，对自由悬跨管道失去支撑作用；采用桩或支架支撑悬空段的方法造价较高，不适合大面积管道悬跨处理且保护范围相对较小。

对于恢复悬空段埋设状态的方法，加压载块及施加重量同样具有只适合悬空量较小、悬空距离较短悬跨，不适合大面积悬跨处理，可能产生“二次冲刷”等缺点。

而用挠性软管替换为原悬空刚性管段的方法，一改之前“修复”概念，从管道自身出发转变为“适应”概念，具有众多优点。但其必须在管道停产的情况下实施，另外受管道用途限制，若石油管道中进行注水或配有电缆压，则该方案实施起来较为困难。

发明内容

本发明的目的在于针对深水环境特点，克服现有技术的上述不足，提出一种管道挠性连接方法及装置，防止悬跨段的出现或在悬跨现象出现后自动修复。因该装置可自动针对海床凹凸不平对管道位置进行调整，海底管道通过该装置连接并铺设至海底后，可不进行频繁的悬跨检测与后期维修，操作简便可靠，省时省力。

本发明的技术方案如下：

一种防止管道悬跨的挠性连接方法，其特征在于，在海底管道铺设时，对管段每隔一段距离采用挠性连接，所述的饶性连接包括下面的步骤：

(1)根据海底管道的尺寸，选取4个法兰盘及4个或4个以上的挡板；

(2)将挡板与挡板相互铰接，制成一组挡板，利用相同的方法制作另一组挡板；

(3)将两组挡板连接在两个法兰盘之间；

(4)在两组挡板之间放置挠性软管；

(5)利用连接了挡板的法兰盘和没有连接挡板的法兰盘将挠性软管的两端分别与一段海底管道相连。

所述的挠性连接装置，挡板的强度应当高于海底管道。

本发明同时提供一种用于实现上述的防止管道悬跨的挠性连接方法的装置，包括两个靠外的法兰盘(6)、两个靠内的法兰盘(7)、挠性软管(2)和两组挡板，两个靠外法兰盘(6)用于与海底管道(1)相连，两个靠内的法兰盘(7)用于与挠性软管相连；每组挡板由两个或两个以上的相互之间铰接的挡板(51，52)组成，两组挡板分别位于在挠性软管(2)的两侧，并连接在两个靠内的法兰盘之间。

本发明针对海底管道悬跨现象，提供了一种预防及适应海底表面凹凸不平的管道连接装置及方法，与现有技术相比具有以下优点：

(1)一改在悬空段产生后对管跨进行修复的思路，该装置可在悬跨发生或即将发生情况下自动调整管道位置，时效性较强，可减轻实时监控管道完整性的压力。同时，该装置在管道铺设前安装，与现有方案相比不用停产进行维修，不影响生产。

(2)保护范围较长，理论上在确定挠性管布置间距的前提下，可起到在海底管道全长范围内进行防护的作用。

(3)由于挠性软管具有可弯性，对发生悬跨管段的悬空量限制较小，既适用于未形成悬跨的小量下沉情况，又适用于悬跨量较大的显著下沉情况。

(4)挠性的存在使组合管段可随地形变化而变化，抗疲劳性较好，同时增加的挠性软管耐腐蚀性也较好，针对海底管道铺设及运营的危险段来说，比普通刚性直管更能适应复杂环境。

(5)与刚性管相比，虽然该装置由于采用柔性软管单位长度造价稍高，但由于柔性段较短且该装置几乎不需要保养与维修，同时可回收再利用，从而节约海底管道建设的投资。综合考量现有悬跨修复方法的维修及定期检测费用，在技术允许情况下，该方法的综合成本仍具优势。

(6)该装置的两侧挡板可增加装置的侧向约束力及弯曲刚度，弥补挠性软管在水平方向的自由度，防止侧向屈曲发生的可能性，提高整个管线的安全性。

附图说明

图1是该装置装配完成后整体的正视图；

图2是图1中的A-A剖面图；

图3是图1中的B-B剖面图。

图中标号说明：1海底刚性管道；2挠性短软管段；3紧固螺栓组；4连接挡板用螺栓；5挡板；6常规法兰盘；7经加工法兰盘(带挡板)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行说明。

本发明通过在海底管道铺设前，对管段每隔一段距离安装挠性连接装置，防止及修复海底管道悬跨现象的出现。具体操作步骤为：

根据具体海底管道几何尺寸及材料参数，选择规格相符法兰、挠性软管及挡板。为提升整体管线对侧向力的承受能力，挡板可选用刚度强于相连刚性管刚度的材料制成。在施工前由具体工况分析确定挠性连接装置布置间距后，即可确定该装置所需数量。

在通过法兰连接管段之前，首先制作两组挡板，并对法兰进行前加工处理。本实施例，用了4个相同的挡板，两两铰接通过螺栓铰接，制成两组挡板。也可以选取6个或8个或更多的挡板，3个一组或4个一组，两两铰接，制成两组挡板。

本装置法兰由两部分组成，分别是常规法兰盘6和经加工法兰盘7。常规法兰盘6即普通法兰盘，不用加工可直接使用。而经加工法兰盘7需将两组挡板焊接在法兰盘面向挠性软管2的两侧，焊接位置如图2所示，图中的51和52两个挡板通过螺栓4铰接在一起为一组挡板。两组挡板位于挠性软管2水平两侧，与水平面垂直布置。由于挡板焊接位置的影响，该法兰盘的紧固螺栓组3并不均布，而呈现出上下密集以留出位置供挡板焊接。至此，法兰加工处理完成。

在法兰制作完成之后，将常规法兰盘6与海底刚性管道1焊接，经加工法兰盘7与挠性软管2焊接。而每个法兰盘上有8个孔眼，焊接完毕后通过8个紧固螺栓3将法兰6与7紧固，实现刚性直管1和挠性软管2之间的连接。挠性软管2两端均与海底刚性管道1连接后的位置示意图如图1所示。

两组挡板的作用在于弥补挠性软管在水平方向可自由移动的缺陷，可达到使其可发生垂向位移而不能发生侧向位移作用，防止由于该装置造成管件承受侧向力能力降低，从而发生侧向屈曲甚至造成断裂。至此，加工全部完成，即可开展海底管道的铺设工作。

组装完成的装置靠挠性软管自身挠度可在垂向方向自由弯曲，产生较大变形，引起与之相连管段的升沉运动，起到：1)根据海底凹凸不平海床调整管段位置，具有令管段贴合海底地形作用；2)当管道由于冲刷作用造成悬跨时，挠性软管根据具体悬跨量及悬跨长度自动调整管道垂向位置，消除或减缓悬跨影响的作用。

Claims (4)

1.一种防止管道悬跨的挠性连接方法，其特征在于，在海底管道铺设时，对管段每隔一段距离采用挠性连接，包括下面的步骤：

(1)根据海底管道的尺寸，选取4个法兰盘及4个以上的挡板；

(2)将挡板与挡板相互铰接，制成一组挡板，利用相同的方法制作另一组挡板；

(3)将两组挡板连接在两个法兰盘之间；

(4)在两组挡板之间放置挠性软管；

(5)利用连接了挡板的法兰盘和没有连接挡板的法兰盘将挠性软管的两端分别与一段海底管道相连。

2.根据权利要求1所述的挠性连接方法，其特征在于，所述的挡板的强度高于海底管道。

3.一种用于实现权利要求1所述的防止管道悬跨的挠性连接方法的装置，包括两个靠外的法兰盘(6)、两个靠内的法兰盘(7)、挠性软管(2)和两组挡板，两个靠外法兰盘(6)用于与海底管道(1)相连，两个靠内的法兰盘(7)用于与挠性软管相连；每组挡板由两个以上的相互之间铰接的挡板组成，两组挡板分别位于在挠性软管(2)的两侧，并连接在两个靠内的法兰盘之间。

4.根据权利要求3所述的防止管道悬跨的挠性连接方法的装置，其特征在于，所述的挡板(5)的强度高于海底管道(1)。