CN106245649A - 吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置及施工方法 - Google Patents

吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置及施工方法 Download PDF

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曹宇光
史永晋
张士华
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郑震生
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王明辰
李云鹏
辛露
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李勇
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Abstract

本发明属于海洋工程领域，具体地，涉及一种吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置及施工方法。吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置，包括：母船和抛砂船；母船为有动力驳船，抛砂船为无动力船；抛砂船的船尾连接于母船的侧舷，抛砂船的纵轴线垂直于母船的纵轴线，母船提供动力并储存砂子，抛砂船将砂子打包成袋并由抛砂船上的吊桶完成砂袋的抛填工作。相对于现有技术，本发明实现了海底悬空管道砂袋法治理施工过程的机械化，相比传统施工方法，打包砂子和抛填砂袋全部自动化，不再需要人工操作实现，提高了施工效率，带来可观的经济效益；可以实现科学有效地施工，相比传统的方法，实现了砂袋着地位置的可控，避免砂袋未丢入施工区或者撞击管道情况。

Description

吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置及施工方法
技术领域
本发明属于海洋工程领域，具体地，涉及一种吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置及施工方法，用于治理海底悬空管道。
背景技术
海底管道由于受到复杂的水下环境的影响，很容易产生悬空现象。在海浪、海流作用下，悬空管段会产生涡激振动，引起疲劳损伤，缩短使用寿命，进而带来附加的经济损失。现阶段，工程实践中多采用砂袋法、灰浆气囊、钢结构支撑法、短桩锚固等方法治理悬空管道。其中，工程中普遍采用的砂袋法有操作简单，经济有效等优点，但是，砂袋法的施工方法却非常落后，一般做法是先在陆地上人工将砂子打包成袋，然后通过吊车装于施工船上，当施工船到达悬空管道上方海面时，再由施工人员将砂袋推下船，丢进海里。上述施工依靠大量人力来完成，费时费力。此外，砂袋法还无法控制砂袋在不撞击管道的情况下精确落到悬空处。因此，发明一种既精确高效又能解放人力的砂袋法施工装置是非常必要的。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置及施工方法，该装置通过一艘装砂子的母船和一艘小型的抛砂施工船连接，实现砂子打包成袋、砂袋抛填等过程的机械化，通过不同的运动方式，实现悬空治理区的全覆盖，通过钢丝绳将装了砂袋的吊桶下放至海底悬空管道处，实现砂袋水下着地点的可控，实现精确有效施工，解决了现阶段砂袋法治理悬空管道的施工技术问题。
为实现上述目的，本专利所采用技术方案如下：
吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置，包括：母船和抛砂船；母船为有动力驳船，抛砂船为无动力船；抛砂船的船尾连接于母船的侧舷，抛砂船的纵轴线垂直于母船的纵轴线，母船提供动力并储存砂子，抛砂船将砂子打包成袋并由抛砂船上的吊桶完成砂袋的抛填工作。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、实现了海底悬空管道砂袋法治理施工过程的机械化，相比传统施工方法，打包砂子和抛填砂袋全部自动化，不再需要人工操作实现，提高了施工效率，带来可观的经济效益。
2、可以实现科学有效地施工，相比传统的方法，实现了砂袋着地位置的可控，避免砂袋未丢入施工区或者撞击管道情况。
3、通过装置两个方向的运动自由度实现了悬空管道治理区的全覆盖。
4、吊桶系统可收回至抛砂船，减小了托运阻力。
5、连接结构可以解决抛砂船和母船由于载重变化而引起吃水不同的高度配合问题。
6、抛砂船体积较小，无动力，造价低，可与母船剥离，与不同的母船连接使用，适用范围广。
附图说明
图1是吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置结构示意图；
图2是吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置两船连接示意图；
图3是吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置母船示意图；
图4是吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置抛砂船示意图；
图5是图4中A-A剖面示意图；
图6是吊桶示意图；
图中：1、母船，2、抛砂船，101、母船船体，102、固接槽，111、滑孔，112、丝杠孔，121、砂子存放区，122、吸砂器，123、母船方管，201、抛砂船船体，202、开口矩形槽，203、矩形浅槽，204、砂袋投入腔，211、高度配合台，212、高度调节丝杠，213、滑动轴，214、丝杠轴，221、抛砂船方管，222、支撑梁，223、打包机，224、辊道传送带，231、钢丝绳卷轴，232、电机，233、吊装钢丝绳，234、倾倒钢丝绳，235、吊桶，236、桶口吊耳，237、桶底吊耳，241、控制室
具体实施方式
图1至图6所示，吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置，包括：母船1和抛砂船2；母船1为有动力驳船，抛砂船2为无动力船；抛砂船2的船尾连接于母船1的侧舷，抛砂船2的纵轴线垂直于母船1的纵轴线，母船1提供动力并储存砂子，抛砂船2将砂子打包成袋并由抛砂船2上的吊桶235完成砂袋的抛填工作。
如图1-2所示，母船船体1靠近抛砂船2的船体侧缘有一固接槽102，用于与抛砂船2连接，内部设置连接丝杠孔112和关于丝杠孔112两侧对称分布的滑孔111。
如图5所示，抛砂船船体201的船尾边缘设有开口矩形槽202，矩形开口槽202内有通过高度调节丝杠212连接高度配合台211，高度调节丝杠212可控制其升高或降低，解决两船由于吃水高度不同引起的配合问题；高度配合台211靠近母船1一侧水平方向连接有丝杠轴214和滑动轴213，用于与母船1连接。
如图2所示，抛砂船2通过丝杠孔112和丝杠轴214组成的丝杠配合、滑孔111和滑动轴213组成的滑动轴承配合连接母船1的侧缘，一方面被限制了自由晃动，另一方面，又可通过丝杠做远离母船1或靠近母船1的运动。
如3所示，母船1有砂子存放区121、吸砂器122和母船方管123用于存放砂子和运输砂子的结构；砂子存放区121位于母船船体101甲板中部，分割为多个平行的槽体；槽体靠近抛砂船2的侧壁底部开孔，开孔外连水平母船方管123、内连吸砂器122，吸砂器122提供运输动力，母船方管123为砂子从母船1向抛砂船2过渡的结构。
如4-5所示，抛砂船2内设置水平矩形浅槽203，水平矩形浅槽203内设置有打包结构抛砂船2部分，自船尾至船首依次为抛砂船方管221、支撑梁222、打包机223、辊道传送带224和砂袋投入腔204；抛砂船方管221为带有竖直弯头的方管，一侧与母船方管123连接，形成了两船砂子过渡通道，另一侧连接下方的打包机223；支撑梁222为高度可调节梁，用于固定和支撑抛砂船方管221，通过支撑梁222可调节抛砂船方管221和母船方管123同高套接；打包机223下方连接有辊道传送带224；辊道传送带224船首一侧有砂袋投入腔204，砂袋投入腔204上部由倾斜的槽体和半个圆柱孔连接而成，下部为等径圆柱孔，上下部分弧面连接，下腔口正对吊桶235。
如图1所示，砂子从母船存放区121经由母船方管123和抛砂船方管221输送至打包机223处打包，打包好的砂袋再由辊道传送带224输送到抛砂船2船首的砂袋投入腔204内，落入吊桶235。
如图1和图4-6所示，吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置通过抛砂船2船尾的钢丝绳卷轴231和电机232控制吊桶235升降实现抛砂过程；吊桶235为圆柱壳桶，桶体和桶底均有用于减小提升阻力的轴对称开孔，桶体上缘对称分布两个桶口吊耳236，连有吊装钢丝绳233，桶壁外侧底部有一个桶底吊耳237，位于两个桶口吊耳233连线的中垂面上，桶底吊耳237连有倾倒钢丝绳234；吊装钢丝绳233和倾倒钢丝绳234分别连接有一组电机232和钢丝绳卷轴231；装置工作时，吊装钢丝绳233控制吊桶235满载下放和空载起吊，倾倒钢丝绳234控制掀翻吊桶235抛砂。
如图1-5所示，控制室241位于抛砂船2的高度配合台211上，控制室241内装有吸砂器122、打包机223、辊道传送带224、电机232的控制结构，所有控制技术采用现有技术。
吸砂器122、打包机223、辊道传送带224都采用现有技术。
采用吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置进行施工，包括以下步骤：
1、在港口将砂子装入母船1的砂子存放区121，将抛砂船2拖绑在母船1的船尾，通过母船1的动力将抛砂船2托运到施工处，即悬空管道附近上方水面。
2、通过图2所示的丝杠和滑动轴承将抛砂船2连接母船1侧舷，并调节至二者距离最短，母船方管123和抛砂船方管221也相应配合套接，完成母船1和抛砂船2的连接。调整位置，使母船1与管道平行，抛砂船2与管道垂直。
3、将吊桶235放入砂袋投入腔204中，依次打开控制室241处辊道传送带224、打包机223和吸砂器122的开关，砂子在吸砂器103的吸力作用下经由母船方管123和抛砂船方管221落入打包机223，由打包机223打包成袋，再由辊道传送带224运至砂袋投入腔204，掉入吊桶235中，吊桶239装满后，关闭各结构控制开关。
4、打开控制室241中吊装钢丝绳233对应电机232的下放开关，下放装满砂袋的吊桶235，倾倒钢丝绳234随动，待吊桶235到达海底悬空处，关闭其下放开关。打开控制室241中倾倒钢丝绳234对应电机232的起吊开关，牵引倾倒钢丝绳234掀翻吊桶235，将砂袋倾倒于管道悬空处，关闭其起吊开关。打开吊装钢丝绳233对应电机232的起吊开关，倾倒钢丝绳234随动，将吊桶235从海底拉回砂袋投入腔204处。至此，完成一次施工。
5、重复3-4过程，进行重复施工。
6、通过不同施工方式达到施工区的全覆盖：母船1向前移动，带动抛砂船2横向向前移动，实现沿管道方向施工；母船1保持不动，调节两船连接丝杠，使抛砂船2做远离母船1或靠近母船1的运动，沿垂直于管道的方向施工；调节母船1与抛砂船2有一定距离并保持距离不变，母船1带动抛砂船一起向前移动，在管道另一侧沿管道方向施工。通过上述三种运动改变抛砂船2相对管道的位置，进行过程(5)，完成管道各个位置的施工，覆盖全部施工区。
7、施工完毕后，依次关闭控制室241内所有结构控制开关。
8、通过两船连接丝杠和滑动轴承将抛砂船2与母船1分离，并托运回港口。

Claims (10)

1.一种吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置，包括：母船和抛砂船；其特征在于，母船为有动力驳船，抛砂船为无动力船；抛砂船的船尾连接于母船的侧舷，抛砂船的纵轴线垂直于母船的纵轴线，母船提供动力并储存砂子，抛砂船将砂子打包成袋并由抛砂船上的吊桶完成砂袋的抛填工作。
2.根据权利要求1所述的吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置，其特征在于：母船船体靠近抛砂船的船体侧缘有一固接槽，用于与抛砂船连接，内部设置连接丝杠孔和关于丝杠孔两侧对称分布的滑孔。
3.根据权利要求1-2所述的吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置，其特征在于：抛砂船船体的船尾边缘设有开口矩形槽，矩形开口槽内有通过高度调节丝杠连接高度配合台，高度调节丝杠可控制其升高或降低，解决两船由于吃水高度不同引起的配合问题；高度配合台靠近母船一侧水平方向连接有丝杠轴和滑动轴，用于与母船连接。
4.根据权利要求1-3所述的吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置，其特征在于：抛砂船通过丝杠孔和丝杠轴组成的丝杠配合、滑孔和滑动轴组成的滑动轴承配合连接母船的侧缘。
5.根据权利要求1-4所述的吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置，其特征在于：母船有砂子存放区、吸砂器和母船方管用于存放砂子和运输砂子的结构；砂子存放区位于母船船体甲板中部，分割为多个平行的槽体；槽体靠近抛砂船的侧壁底部开孔，开孔外连水平母船方管、内连吸砂器，吸砂器提供运输动力，母船方管为砂子从母船向抛砂船过渡的结构。
6.根据权利要求1-5所述的吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置，其特征在于：抛砂船内设置水平矩形浅槽，水平矩形浅槽内设置有打包结构抛砂船部分，自船尾至船首依次为抛砂船方管、支撑梁、打包机、辊道传送带和砂袋投入腔；抛砂船方管为带有竖直弯头的方管，一侧与母船方管连接，形成了两船砂子过渡通道，另一侧连接下方的打包机；支撑梁为高度可调节梁，用于固定和支撑抛砂船方管，通过支撑梁可调节抛砂船方管和母船方管同高套接；打包机下方连接有辊道传送带；辊道传送带船首一侧有砂袋投入腔，砂袋投入腔上部由倾斜的槽体和半个圆柱孔连接而成，下部为等径圆柱孔，上下部分弧面连接，下腔口正对吊桶。
7.根据权利要求1-6所述的吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置，其特征在于：砂子从母船存放区经由母船方管和抛砂船方管输送至打包机处打包，打包好的砂袋再由辊道传送带输送到抛砂船船首的砂袋投入腔内，落入吊桶。
8.根据权利要求1-7所述的吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置，其特征在于：吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置通过抛砂船船尾的钢丝绳卷轴和电机控制吊桶升降实现抛砂过程；吊桶为圆柱壳桶，桶体和桶底均有用于减小提升阻力的轴对称开孔，桶体上缘对称分布两个桶口吊耳，连有吊装钢丝绳，桶壁外侧底部有一个桶底吊耳，位于两个桶口吊耳连线的中垂面上，桶底吊耳连有倾倒钢丝绳；吊装钢丝绳和倾倒钢丝绳分别连接有一组电机和钢丝绳卷轴；装置工作时，吊装钢丝绳控制吊桶满载下放和空载起吊，倾倒钢丝绳控制掀翻吊桶抛砂。
9.根据权利要求1-8所述的吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置，其特征在于：控制室位于抛砂船的高度配合台上，控制室内装有吸砂器、打包机、辊道传送带、电机的控制结构。
10.采用权利要求1-9所述的吊桶式海底悬空管道抛砂治理装置进行抛砂治理施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、在港口将砂子装入母船的砂子存放区，将抛砂船拖绑在母船的船尾，通过母船的动力将抛砂船托运到施工处，即悬空管道附近上方水面；
(2)、通过丝杠和滑动轴承将抛砂船连接母船侧舷，并调节至二者距离最短，母船方管和抛砂船方管也相应配合套接，完成母船和抛砂船的连接；调整位置，使母船与管道平行，抛砂船与管道垂直；
(3)、将吊桶放入砂袋投入腔中，依次打开控制室处辊道传送带、打包机和吸砂器的开关，砂子在吸砂器的吸力作用下经由母船方管和抛砂船方管落入打包机，由打包机打包成袋，再由辊道传送带运至砂袋投入腔，掉入吊桶中，吊桶装满后，关闭各结构控制开关；
(4)、打开控制室中吊装钢丝绳对应电机的下放开关，下放装满砂袋的吊桶，倾倒钢丝绳随动，待吊桶到达海底悬空处，关闭其下放开关。打开控制室中倾倒钢丝绳对应电机的起吊开关，牵引倾倒钢丝绳掀翻吊桶，将砂袋倾倒于管道悬空处，关闭其起吊开关；打开吊装钢丝绳对应电机的起吊开关，倾倒钢丝绳随动，将吊桶从海底拉回砂袋投入腔处；至此，完成一次施工；
(5)、重复(3)-(4)过程，进行重复施工。
(6)、通过不同施工方式达到施工区的全覆盖：母船向前移动，带动抛砂船横向向前移动，实现沿管道方向施工；母船保持不动，调节两船连接丝杠，使抛砂船做远离母船或靠近母船的运动，沿垂直于管道的方向施工；调节母船与抛砂船有一定距离并保持距离不变，母船带动抛砂船一起向前移动，在管道另一侧沿管道方向施工。通过上述三种运动改变抛砂船相对管道的位置，进行过程(5)，完成管道各个位置的施工，覆盖全部施工区；
(7)、施工完毕后，依次关闭控制室内所有结构控制开关。
(8)、通过两船连接丝杠和滑动轴承将抛砂船2与母船1分离，并托运回港口。
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Address after: 266580 Qingdao, Huangdao economic and Technological Development Zone, the Yangtze River West Road, No. 66, No.

Applicant after: China Petroleum University (East China)

Applicant after: Drilling Well Technology Institute, Shengli Petroleum Engineering Co., Ltd., SINOPEC

Address before: 266580 Qingdao, Huangdao economic and Technological Development Zone, the Yangtze River West Road, No. 66, No.

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Application publication date: 20161221

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