CN1106351A - 用于接近竖直地敷设管道的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于接近竖直地敷设近海管道的设备。敷 设船上的支撑架和可移动甲板可将塔台支撑在预期 的铺管角度上。塔台带有一个游动滑车，该游动滑车 可以接收管体并支撑管子或管道的重量。用于接收 管体和支撑管道重量的底座固定在塔台底部附近并 且可在无需打开游动滑车的情况下将管道的重量从 游动滑车传递到底座上。高强度托架从备用排放架 上夹起管体以便将该管体架到管道上。一个托管架 从塔台底端延伸而且其上设有夹紧装置。

Description

本发明主要涉及敷设近海管道，更确切地说，涉及在深水中接近竖直地敷设近海管道。

多年来一直采用所谓的S式敷设技术敷设近海管道。在S式敷设技术中，在敷设驳船甲板的水平位置上将管的接头加入到管道中。然后管道弯过驳船的尾部，向下朝着海床倾斜，弯向到水平位置并敷设在海床上。管道从敷管驳船到海床的外形呈一个长“S”形，所以获得了S式敷设的命名。

虽然迄今为止S式敷设实际上已成为所有管道安装时选择的方法，但是这种技术在使用时有一些具体的局限性。其中最大的局限性就是水深。随着水深的增加，使位于锚上的船舶的运动越来越困难而且管拉力的水平分量越来越大。多年来，近海管道工业界已经意识到这个问题，并且提出了一种解决办法，即把称之为J式敷设的接近竖直的敷设作为深水管敷设的一种选择体系。很显然，当采用J式敷设时，水深的定义是管道直径的直接函数。该关系是在竖直敷设操作期间形成合适弯曲的一定直径的管子所需的最小水深的结果。对于特殊的管直径还存在最大实际深度。例如，直径为6.625英寸的管子，在管中不进水的情况下需要的最小水深为124英尺。相反，直径为42英尺的管子，在水不进入管子的情况下所需要的最小水深为1337英尺。

这些年来在J式敷设概念的理论方面做了大量工作，但是在这种系统所需的实际硬件和设备方面却几乎没做什么工作。所推荐的大多数系统采用的是现有的半潜式钻井装置。这些可以为该操作而更改的装置不是为用于敷设机而建造的而且在管道敷设操作期间也不见得很有效。

在敷设管道的近海区中另一个问题是贮存、运输、和将管子转运到敷设船上。在通常的操作中，将管道敷设用管运送到四十英尺长接头的区域中。在向敷设船运送管子时，运输船被限制在敷设船的侧面，该运输船通常为小型驳船或特殊用途的管拖船。运送一次一个接头的管子可能花费几天的时间。在好的海洋条件下，在受海洋影响而产生运动的船舶之间运送管子对人和设备是很危险的，而在恶劣条件下根本就不可能保持安全。

很多申请人提出了一种系统，该系统采用了一个能够从水平状态调到竖直状态的滑台。该滑台使用了一个很大的张紧装置以便抓住管子和向系统提供所需量的张力。这种系统从来没有在深水管道铺设中使用过。

那些实际使用的（S式敷设）和理论上建议的（J式敷设）近海管道敷设系统有一些共同点。这些系统可以使用或不使用已经在系统之外进行了多次连接从而使管接头长度大于通常的四十英尺管长的添加管。理论上，J式敷设系统的合适接头长度为八十英尺或更长。用一个单独的工段来进行接头的焊接、NDT（无损试验）、和管涂覆。在J式敷设中，需要有一个装置将管子从敷管船上的水平位置移至敷管线上的接近竖直的位置。还需要一些装置随着敷管船的向前移动将管子降下。在该地方中的一个特殊问题是设计一种有效方式，将管道载荷转送到保持机构上以便下降机构为接受下一次管接头的重量做好上升准备。该技术中缺少的是这样一个系统，该系统提供一种有效的、节省时间的装置，这种装置能将管子从水平位置移至与敷设线一致的接近竖直的位置，将新管对准并焊接到已有的管道上，降下带有新加管子的管道，然后连续重复该过程。

本发明以直接的方式满足了上述需要。其提供了一种用于接近竖直的敷设近海管道的设备。本发明还设有管子储放器，其能够贮存、运输和在船舶之间转送长达25，000英尺外径为12又3/4英寸的管子。管子备用排放架固定在靠近管子储放器的敷设船上以便接收单独准备的管接头。用一个高强度托架将管接头从简易排放架上升起并将其移至敷管船塔台上接近竖直的位置上。通过高强度托架卡紧器（支承型）和焊接卡紧器将管接头对准和保持在管道外面的位置上同时将管接头焊到管道上。由塔台支承的游动滑车借助管子上的扣环制动器接收管接头和管道重量并用于在敷管船向前运动准备添加另一个管接头的同时将管道降下。可移动甲板上的底座从游动滑车上接收扣环制动器上的管道的重量并支撑管道同时将另一个要焊到管道上的管接头定位。在最终的焊接阶段，高强度托架能够降下将管接头托起和提升使一个新的管接头在管道被降下之后处于能与管道相焊接的位置上。

为了进一步理解本发明的实质和目的，下面将参照附图对本发明作进一步说明，其中相同的部分使用了相同的标号，其中：

图1是本发明的正视图；

图2是塔台的正视图；

图3是高强度托架的正视图；

图4是高强度托架的端视图；

图5是底座的平面图；

图6是底座的正视图；

图7是游动滑车的平面图；

图8是游动滑车的正视图；

图9是内管线组卡紧装置和操作系统的正面局部剖视图；

图10是托管架的正视图；

图11是在面对敷管船尾部防护设施的方向上表示管子储存器、管子备用排放架和高强度托架的正面图；

图12是表示可移动甲板的详图。

参见图1，可以看到本发明一般地用标号10表示。用于接近竖直地敷设管道的设备10通常包括支架12、可运动甲板13、塔台14、游动滑车16、图5和图6所示的底座18、图9所示的内管卡紧装置19、高强度托架20和托管架22。

支架12是任何合适形状和刚性装在敷管船24上的支架。在优选实施例中，支架12适合于以枢轴形式与可运动甲板13以及塔台14相安装，以便它们可以在图1所示包含几个不同角度的第一有效管敷设位置和在恶劣海洋条件或敷管船移动时为安全目的而设的第二压舱位置之间运动。为了达到此目的，如图12所示将运动甲板13底端的一侧枢轴式地安装到支架12上而可以将其底端另一侧刚性地安装到支架12上。为此设置了多个安装点以便使甲板13和塔台14能固定在希望的角度上。用绞车和电缆来提升和降低塔台14。

如图12的详图所示，塔台14装在运动甲板13上。工作甲板15可以枢轴式地装到塔台14或甲板13上以便调整成相对于人呈水平的位置。参见图2，塔台14是一个沿其长度方向上一侧开口的U形架而且将其设计成在降下或升起管道期间能支撑管道的重量并能容纳和引导高强度托架20进入塔中的确定位置上以便使管接头与管道相接。游动滑车16装在塔14中并由装在塔台14顶部的电缆绞轮组件26支撑。参见图5和图6，底座18装在一个处于塔台14底端的可调工作甲板38上。内管卡紧装置19在塔台14的顶部处可移动定位。用于将高强度托架20引入和引出塔台14的装置以一对轨28的形式设置在塔台的相对侧上，轨28与高强度托架20上的轮子相配合。一对过渡轨30从塔台14的底部以一定角度延伸，以便当高强度托架在相对于甲板呈水平的位置和进入塔台14或与塔台14或脱离的位置之间运动时起过渡段的作用。轨开关32用于轨28和过渡轨30的相连处，一旦高强度托架20将管接头带入塔台14，其可允许塔台14上的高强度托架20向下运动。将一对装在塔台14底端的液压缸34定位以便在某一个操作阶段接收和支撑高强度托架20。塔台14顶端的绞轮36为装在高强度托架20一端上的电缆提供了一个支点而且该绞轮还用于与绞车相连以便升起和降下高强度托架20使其进入塔台14或与塔台14脱离。

参见图3和图4，高强度托架20是由三角形架构成的而且沿高强度托架20的长度方向上间隔地设置了多个夹紧装置40。高强度托架20的每一端上都设有轮子42，轮子42的尺寸应与塔台14上的轨28和30相匹配。在其工作位置上，高强度托架20的三角的扁平部分面对塔台14上敷管船的甲板而夹紧装置40从扁平部分伸出夹紧管接头（pipe joint）44。夹紧装置40是可调的以便能够在第一收回位置和第二伸出位置之间运动从而使管接头44与将和其焊接的管道相对准。

参见图1和图10，将托管架22装在可运动甲板13（图12）的底部并将其设计成在敷管船向前运动期间当托管架被降下时形成对管道的支撑。托架管22是由两个相互枢轴式连接的部分构成的。下半部分可相对于上半部分和工作甲板在第一收回或折叠位置和第二伸出位置之间运动。在第一位置上，该下半部分与敷管船的船身基本上相平行地固定，使其在未进行敷管操作时对船的运动只有很小阻力或没有阻力。这样也能防止对托管架造成损坏。在优选实施例中，托管架22设有三个夹紧装置46，其用于在将新的管接头焊到管道上时支撑管道。在敷设管子期间托管架22与塔台14的角度相一致。

参见图7和图8，游动滑车16适合于支承管接头或管道的重量。如图7所示，游动滑车16由两部分构成，每一部分都有一个切口，当两个游动滑车部分彼此靠近时，两个切口确定了一个开口48，该开口的直径尺寸与部分管的尺寸相匹配。游动滑车16的两部分可以在第一彼此靠近的闭合位置和第二打开位置之间运动。如图8所示，开口48的直径小于扣环制动器50的直径，这些制动器以预定的间隔装在管子上。将开口48加工成除了圆形开口之外还有四个等间隔的矩形延伸部分。下面将说明开口48形状的意义。可以看到，当处于第一闭合位置时，游动滑车16将不允许装在管子44上的扣环制动器50通过，而且在将管接头焊到管道上时或者在通过游动滑车16从塔台14上下降而将管道降下期间用游动滑车16来支承管接头。在第二打开位置上，开口48大到足以使扣环制动器50通过。

参见图5和图6，底座18与游动滑车16相类似由两部分构成，将该两部分设计成可在第一闭合位置和第二打开位置之间运动。当处于第一闭合位置时，两部分确定了一个圆形开口52，该开口的尺寸与用于敷设管道的管子相匹配。基底54上设有四个竖直伸出的挡块56，这些挡块以相等的间隔围绕在开口52的周围，当底座18处于其第一闭合位置时，这些挡块形成的直径尺寸小于扣环制动器50的直径。将挡块56定位使其与游动滑车16上的开口48中的四个矩形延伸部分对齐。这样，在用游动滑车16降下管道时，就可以通过扣环制动器50将管接头或管道的重量直接从游动滑车16转移到底座18上。随着游动滑车的下降挡块56伸过开口48上的矩形延伸部分并与扣环制动器50相咬合从而形成对底座18的自动重量转移。然后游动滑车16运动到它的第二打开位置以便离开扣环制动器，此后向回运动到塔台14的顶部并为将下一个管接头加入到管道上作好准备。基底54由两个可彼此相对移动的分离平台57支撑。如图12所示，底座18由可移动甲板13支承并与设在甲板上的孔对准。

如图9所示，内管卡紧装置19卡在外壳58的内侧，外壳58作为将卡紧装置19对准和插入由高强度托架20保持在塔台14上的管接头44中的装置。由于以下原因可看出对准装置的必要性。铺设管子的操作是在接近竖直的位置上进行的。结果是，要将用电缆悬挂在正常竖直位置上的卡紧装置19降到因塔台14和高强度托架20的位置而没有处在竖直位置上的管子中是极其困难或不可能的。外壳58的尺寸与管子的整个端部相匹配，所以可以很容易地将卡紧装置19降到要进行焊接操作的管子中。将用于把外壳58固定在管子上的装置设置成液压缸60的形式，液压缸装在塔台14上并可适当地通过臂62引起外壳58在第一收回位置和第二伸出位置之间进行与管接头对准的预期运动。

图11是管子贮放器64的端视图，该贮放器用于在敷设管操作中使用的管接头船之间进行贮存、运输和转送。已有技术中的储存器在不压坏储存器底部的管子的情况下不能储存大量管子而且不能以安全的方式将大量的管子从一个船运送到另一个船上。管子贮放器解决了这些问题。如图1所示，将矩形U形架66分成上下存放部分并设置多个竖直延伸的水平间隔70。水平支撑68可拆卸地与矩形架66装在一起并由矩形架66支承。每个支撑68上也设置多个竖向延伸的水平间隔70，这些间隔根据在敷管操作中使用的管子尺寸而隔开。如端视图11所示，水平支撑68的每一端上都设有一个法兰72，该法兰装在支架66上以便承受支撑68的载荷以及放在支撑68之上的矩形支架66上的管子而不是支架66下半部中的管子的重量。水平间隔70是沿支撑68和支架66底部的长度以合适的距离设置的。水平间隔70可以在恶劣的海洋条件下防止管子在贮放器中滚动并避免出现危险和损坏管子。可以在管层之间使用任何合适的支撑材料，例如木板，以便使载荷均匀分布并防止管子直接接触，管子直接接触会损坏管子的端部。支架66上设置有垫板孔眼或提升架74从而只需通过一次操作就可以输送管子贮放器64和放在其中的所有管子。

在操作中，将要与管道焊接的单根管接头44的两端准备好并且将管接头送至管子备用排放架76上。如端视图11所示，将高强度托架20降至备用排放架76之上并用夹紧装置40夹紧管接头44。如从图1中所能连续看到的那样，将高强度托架20提起并在轨30和32上将其引入塔台14。在铺设深水管的最佳实施例中，可以将塔台14设置成与竖直方向呈零度角至十五度角。用高强度托架上的夹紧装置40将管接头移至与管道对准。移动轨开关32使高强度托架20在塔台14上向下运动并移至高强度托架下降缸34上。高强度托架通过液压缸34下降直至管接头的端部处于离管道的端部合适的距离上。将外壳58移至与管接头的顶部对准，将内管卡紧装置19降到管接头中使之处于管接头和管道相连接的合适位置上，操纵管子卡紧装置19将管接头和管道的端部卡在适合焊接的合适位置上。将游动滑车16固定在管接头上端之下并将围绕于管接头之上的扣环制动器闭合。在优选实施例中，在前三个焊道中用高强度托架20和夹紧装置40来支撑管接头。然后将夹紧装置40从管接头上松开并收回以便使高强度托架20移离塔台14并从备用排放架76上托起另一个管接头。在此期间，在最终的焊接、检验和涂覆过程中用游动滑车16、底座18和托管架22上的夹紧装置46来支撑管接头和管道的重量。在该过程完成之后，在敷管船24向前移动的同时将托管架上的夹紧装置46打开并将游动滑车16从塔台14上降下。底座18上竖直伸出的挡块56穿过游动滑车16上的矩形切口并接受管道的重量。然后将游动滑车16打开并使其在塔台14中上升而且用高强度托架20使下一个与要焊接的管道对准的管接头定位，然后重复这一过程。将载荷传送到底座上，释放游动滑车使其移回原来的位置、和准备下一个管接头将其对准和焊到管道上的能力有助于在最短的时间里将管接头加到管道上。

由于在本文给出的发明思想的范围内可以得出多种不同的实施例和由于根据专利法的撰写要求可以对本文详细说明的实施例做出多种改进，因此很明显，在此的详细说明只用于解释而不具限制意义。

Claims (17)

1、用于接近竖直地敷设近海管道的设备，其特征在于，包括：

a、支撑架；

b、枢轴式地装在所说支撑架上的可移动甲板；

c、装在所说可移动甲板上并由所说的支架和所说的可移动甲板支撑在接近竖直位置上的塔台；

d、适合于保持和将管体送至所说塔台的高强度托架；

e、用于沿所说塔台的长度方向运动并接收和支撑管道重量的游动滑车；和

f、由所说可移动甲板支撑并适合于接收和支撑来自所说游动滑车的管道重量的底座，所说的底座可以在第一打开和第二闭合位置之间运动。

2、如权利要求1所述的设备，其中所说的游动滑车可以在第一打开和第二闭合位置之间运动。

3、如权利要求1所述的设备，进一步包括：

a、由所说塔台支撑并适合于沿所说塔台的长度方向运动的内管紧装置；和

b、将所说的内管卡紧装置与保持在所说塔台上且要加到管道上的管体相对准的装置。

4、如权利要求1所述的设备，进一步包括一个装在所说可移动甲板底端上的托管架。

5、如权利要求1所述的设备，进一步包括用于将由所说高强度托架保持在塔台上的管体与所要加到其上的管道对准的装置。

6、如权利要求5所述的设备，其中所说的对准装置包括一个夹紧装置，该装置适合于保持管体并可以在第一收回位置和第二伸出位置之间运动。

7、用于接近竖直地敷设近海管道的设备，其特征在于，包括：

a、支撑架；

b、枢轴式地装在所说支撑架上的可移动甲板；

c、装在所说可移动甲板上且由所说支架和所说可移动甲板支撑在接近竖直的位置上的塔台；

d、适合于保持和将管体送至所说塔台上的高强度托架；

e、适合于沿所说塔台的长度方向运动并接收和支撑管道重量的游动滑车；

f、由所说可移动甲板支撑且适合于接收和支撑来自所说游动滑车的管道重量的底座，所说底座可以在第一打开和第二闭合位置之间运动；

g、由所说塔台支撑且适合于沿所说塔台长度方向运动的内管卡紧装置；和

h、将所说内管卡紧装置与保持在所说塔台上且要加到管道上的管体对准的装置。

8、如权利要求7所述的设备，其中所说的使内管卡紧装置对准的装置包括一个装在所说塔台上且可以在第一收回位置和第二伸出位置之间运动的外壳。

9、如权利要求7所述的设备，其中所说的游动滑车可以在第一打开和第二闭合位置之间运动。

10、如权利要求7所述的设备，进一步包括一个装在所说可移动甲板底端的托管架。

11、如权利要求7所述的设备，进一步包括用于将由所说高强度托架保持在塔台上的管体与所要加到其上的管道相对准的装置。

12、如权利要求11所述的设备，其中所说的对准装置包括一个夹紧装置，该装置适合于保持管体并能在第一收回位置和第二伸出位置之间运动。

13、用于接近竖直地敷设近海管道的设备，其特征在于，包括：

a、支撑架；

b、枢轴式地装在所说支撑架上的可移动甲板；

c、装在所说可移动甲板上且由所说支架和所说可移动甲板支撑在接近竖直的位置上的塔台；

d、适合于保持管体和将管体送至所说塔台上的高强度托架；

e、用于将由所说高强度托架保持在塔台上的管体与所要加到其上的管道相对准的装置；

f、适合于沿所说塔台的长度方向移动且用于接收和支撑管道重量的游动滑车；

g、由所说可移动甲板支撑且适合于接收和支撑来自所说游动滑车的管道重量的底座，所说底座可以在第一打开和第二闭合位置之间运动；

h、由所说塔台支撑且适合于沿所说塔台长度方向运动的内管卡紧装置；和

i、用于将所说的内管卡紧装置与保持在所说塔台中要加到管道上的管体相对准的装置。

14、如权利要求13所述的设备，其中所说的用于将由所述高强度托架保持的管体对准的装置包括一个夹紧装置，该夹紧装置适合于保持管体且能够在第一收回位置和第二伸出位置之间运动。

15、如权利要求13所述的设备，其中所说的游动滑车可以在第一打开和第二闭合位置之间运动。

16、如权利要求13所述的设备，进一步包括一个装在所说可移动甲板下端的托管架。

17、用于容纳和存放管体的设备，其特征在于，包括：

a、U形的矩形支架，该支架在整个宽度上具有多个竖向延伸的间隔；和

b、适合于可拆卸地装在所说支架中的间隔之上的水平支撑，所说的水平支撑的整个宽度上带有多个竖向延伸的间隔。

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