CN1162350A - 管道铺设的改进 - Google Patents

Abstract

管道铺设船(1)用的管支撑辊装置(5)有许多弹性支承体(15)的辊(11)，当通过其上的管子(6)的不规则引起其应力变化时，辊子可运动以适应其不规则从而减小应力变化。

Description

管道铺设的改进

所属领域

本发明涉及水下管道的铺设，特别是在管道铺设中控制管道所受应力和应变用的一种方法及设备。

背景技术

用于例如石油工业方面的铺设水下管道用的一种方法是在被称作铺设驳船(Laybarge)的船甲板上，将预备好的成节的管子焊在一起以构成管线。该铺设船不断地向前行驶的同时，管道从船尾送入海中。在管道送入海中时，管子逐根焊合在留在铺设船上的管道末端。管道的直径可达约1.8米，管道的典型结构是混凝土覆盖钢管。在铺设船的甲板上两节管子焊接在一起的焊缝为“连接区”，当然在混凝土覆层间有一缝隙，通常采用填入树脂或同类物找平混凝土表面。

在铺设船上管道是被一些管道支撑辊装置支撑的，管道支撑辊装置允许管道在送入海中时于其上自由地移动。管道从铺设船向下呈曲线地伸向海底，曲线由管子的刚性及张力(张力是用接近辊子组前端的起制动器作用的张紧装置来控制的)，海的深度和由管道离开铺设船的角度来决定的。

管道离开铺设船处的角度愈陡，它就会愈直接地下至海底，而要保持一种令人满意的路径、特别是，在管线离开铺设船处没有一种骤然向下急弯，所需张力才越小。

当管道沿着铺设船伸展时对管道途径的陡度方面有实际的限制，而因此可知，为增加管线离开驳船处的角度，沿其布置有一系列辊子的该路径明显地呈曲线。

这种弯曲造成管线中应力，管线弯曲愈大则应力愈大。材料中的任何应力会引起应变，这将降低管道的质量和使用寿命，最近，已要求管道铺设者确保管线应力不超过规定的上限值。对于特殊的管道操作提出了计算最佳曲率值，以使管线的应力和应变降至最小，在进行管道铺设以前要调整管道支撑辊组到精确的垂直位置，以便能符合该算得的路径。

这种经计算的应力应变分析假设管道有平滑的表面、相同的断面和刚性。实际上管道是不相同的。例如，在覆盖混凝土的直径1米的管道表面上可能有几个厘米的不平，连接区可能未完美的找平，整体圆筒系紧接头可能突出于管子表面，管子也可能作得不那么圆。

这种局部缺陷通过管道支撑辊时，会导致管道支撑辊上的负荷分布的突然变化，并因此导致在管道缺陷部位的应力应变的突然增加。比如在有一个管线截面具有比计算该管支撑辊组的最佳高度值时所用的直径还要大，那么在该截面通过一个管支撑辊时就会造成在它通过该辊的那点处的该管上应力锐增以及与之相邻各辊处应力锐减。

即使管道是均匀一致的，管道铺设船在风和浪的作用下运动也可引起管道支撑辊组上负荷分布的变化，在最坏的情况下，管道可脱开最后的辊子或最后的几个辊子再砰然放下而造成管道上的突然压力应变。

按传统方式，业已通过引入一个“设计因子”，限制曲率半径使得在该管线中算得的最大弯曲应力仅为所讨论管线实际可接受的最大应力的一部分；以此解决诸如任何管道支撑辊上的载荷骤增，以及管线上应力应变骤增方面的问题。

发明内容

本发明的基本构思则是使各个辊子或成组的辊子在铺设管道时，可变化高度，以此方式构成的管支承辊有可能吸收管道上至少一部分瞬时应力。

本发明有为管道铺设船提出的管道支撑辊装置，包括：一个或多个辊子排列用于支撑管道进行铺设；一个悬挂系统用于将辊子或辊子组固定在船上；安装的悬挂系统用于产生和容许辊子运动，或全部辊子同向运动，悬挂系统安装后有助于减弱安装在悬挂系统上的全部辊子的总负荷的变化。

本发明还提出了包括至少一套根据本发明来支撑管道进行正在铺设的管道支撑辊装置的管道铺设船。

本发明还提供了一种从船上铺设管道的方法。该法是管道通过安装在悬挂系统上的一个或几个辊子喂入，该法的悬挂系统产生并容许辊子运动，或全部辊子同向运动，悬挂系统安装后有助于减弱安装在悬挂系统上的全部辊子的总负荷的变化。

通过减少在管道铺设时的管道上的瞬时应力，在铺设管道时使管道有较少的变形是可能的，其结果是有较好的质量和较长的使用寿命。此外，因为设计因子使得瞬时应力降低，把同原来相同质量的管道可在允许承受比原来可以承受的其它来源的受力和变形更高情况下铺设。例如，通过增加管道曲率(管道离开管道铺设船的角度)或者增加管道的纵向张力，同样的管道用同样的管道铺设船铺设在较深的水中是可行，的，或者把较重的管道放在同样深度的水中。相反，由于天气对管道影响有所减少，在比以前坏的天气情况下可以铺设同样的管道，因此每年增加了管道铺设船在任何特定的水域的工作天数。更可取的是，可把两个或两个以上的这些可能性适当结合起来。

本发明可提供更准确的管道应力预测，还可以更准确监测实际应力。

悬挂系统最好包括随一个或多个辊子对负荷变化而相应变化的装置。这些装置最好是组成弹性结构，但也可代替使用一种活性的驱动悬挂系统。

今以举例方式，根据附图对本发明的一个实例进行介绍，其中：

附图简介

图1是铺设海底管道的管道铺设船的侧视图。

图2是如图1所示的管道铺设船方案的侧视略图，比例大于图1并展示了管道支撑辊装置。

图3a是根据本发明的空气悬挂系统的平均位置和预置最小高度值的一种形式的管道支撑辊装置的侧视图。

图3b是图3a中的管道支撑辊装置的后视图。

图4是图3a中具有空气悬挂系统的最高位置和预置最大值高度的管道支撑辊装置的侧视图。

图5是图3a中具有空气悬挂系统的平均位置和预置最大值高度的管道支撑辊装置的侧视图。

图6是图3a中具有空气悬挂系统的最低位置和预置最大值高度的管道支撑辊装置的侧视图。

最佳实施例

参阅附图，先阅图1和图2，一种半潜式管道铺设船1有两个内坡道2和3，端对端地排列在管道铺设船内，并有一个外坡道4伸出管道铺设船船尾。第一块内坡道2呈一角度安装在管道铺设船上，如对水平面为9°(假设管道铺设船是漂浮在水面上)。第二内坡道3是枢轴连接在第一内坡道2的尾部，外坡道4是枢轴连接在第二内坡道3的尾部，后面两个坡道每个都有借助于未显示的支撑，它的角度能调整到为铺设特定管道的设计角度。在坡道2，3和4上安装一系列的管道支撑辊装置5，它支撑管道6铺向海底7。四个管道支撑辊装置5安装在第一内坡道2上，更多个管道支撑辊装置5安装在第二内坡道3上，最后的五个管道支撑辊装置5安装在外坡道4上。在第一个内坡道2上还安装了三个用于对管道6施加制动力的张紧装置8。张紧装置8可以是已知的某一种。他们包括基本是摩擦制动器和把制动器以可控制的压力压向管道表面的装置。在第一内坡道2的前端是管道装配区9，供管道铺设船使用的管道的截面端焊合之用。装配区和装配操作可以是已知种类的，为简明起见，不再予以叙述。

参阅图3a到图6，第二块坡道3上的管道支撑辊组和坡道4上安装的管道支撑辊组5，每组上均有两个管道支撑台10，一个安装在另一个的前方。每个管道支撑台10有两对可自由转动的辊组11，一对安装在另一对的前方。每对辊11安装呈V字形，他们的轴线彼此相对朝下倾斜，因此他们不仅支撑管道6而且可以侧向引导管道6。每个单元上的两个管道支撑台10是借助于一对相应在框架13上的销轴12安装的。销轴12的轴心线垂直于管道的长度方向并且相对于管道铺设船1是水平的。框架13借助于空气悬挂系统15安装在第二框架14上。空气悬挂系统15包括六对空气囊垫16夹在框架13和14之间。空气囊垫16被一装置(未图示)加压，通常可以支撑放置在两个管道支撑台10间管道的重量。第一框架13和第二框架14在相互平行的平面内延伸且平行于管道6，从一边到一边相对于管道铺设船是水平的。第二框架14靠第二框架尾端合页17相对第三框架18尾端枢转。第三框架18前端是一个下弯臂19。下弯臂19低端用支杆20联接在第二框架14前端，支杆20的长度由液压马达22操纵螺旋调节器21调整。为测定第二框架14的负荷及在支撑辊组5上的负荷，测力计23装在了第三框架18的下弯臂19上。该装置是由安装到坡道3或坡道4上的架子25(示意地表示)上的第三框架18中心处的销轴24所支撑。销轴24的转动轴心线平行于轴12的转动轴。从附图3a和4中可以看清，如果支杆20的长度借助于螺旋调节器21来改变，第二和第三框架14和18的前端就会移得更近或分得更开，则第三框架18能绕销轴24转动，致使当按约等于支杆20长度变化的一半这一数值上升或下降第二框架14时，能保持其对管线6的平行。在图3a中，当支杆20最短时，则第二框架14平放在第三框架18的顶部。依靠三个轴12、12、24，管道支撑辊能有效地自身找平，自动调整而使四对辊组中的每一个辊子承受基本是相同的载荷。

在使用中，管道沿着坡道的最佳途径是计算出来的，通过设定可调整坡道3、4的位置和管道支撑辊5的支杆20的长度，让管道支撑辊5的空气囊垫16处在完全压缩和完全膨胀条件间近似一半状态，则管道6就会沿循所要求的途径。每个管道支撑辊5上的负荷是计算出来的，每套空气囊垫上的压力也就相应地被设定了。

管道6是用缓慢向前行驶的管道铺设船铺设的，且允许管道沿着辊组11移动，由张紧装置8控制张力移出外斜向4。当管道进行铺设时，如表面有一凸起的管道6达到管道支撑辊5时，管道6将在凸起处趋于抬起而越过辊11。这会造成所述管线6上的应力及辊子装置5上的载荷的瞬时增大。增加的负荷将传导到空气囊垫16，空气囊垫16将压缩，如图6所示，吸收凸起高度一部份和相应地降低应力增加。相反地，如果管道6的窄细部经过辊组11时，则在上述管道支撑辊5上的负荷将下降，同时空气囊垫16将膨胀，如图4所示，吸收变化的部份。在各种情况下，相邻的辊子装置将会承受相反特性的负载变化，如果他们也是带有空气囊垫16的管道支撑辊5，他们将相应地趋向于提供一个进一步的补偿。

测力器23可以用于监测管道支撑辊5上的负荷，要么是在遇到超越了允许的最大负荷时警告操作人员使他们进行补救，要不就记录下负荷数据，致使可在事后再显示管路6在质量方面的影响，或者两者兼用。

一个半潜式管道铺设船1合适尺寸的例子是长约150米，能够在水深达130米条件下铺设直径可达1.8米(60英寸)的管道，管道支撑辊5沿着外坡道4可以间隔约8米，成对的辊组11可以每对间隔约0.8米，支杆20可以调整约0.5米，空气囊垫在完全膨胀和完全压缩间的行程约为0.5米。每个管道支撑辊5可以有每对额定量为9吨的六对空气囊垫16，作为整个辊子装置的额定承载能力约为100吨。

Claims (19)

1.一种管道铺设船的管道支撑辊装置，其特征为包括：安装用于支撑管道进行铺设的一个或多个辊子；一个悬挂系统，用作将该辊子或多个辊子装到船上；安装的悬挂系统在使用中发生或允许辊子运动，或者使所有的辊子做同向运动，安装它可减少安装在悬挂系统上的所有辊子的总负荷的变化。

2.如权利要求1的辊装置，其特征为，其中悬挂系统包括响应一个或多个辊子负荷变化的装置。

3.如权利要求2的辊装置，其特征为，其中响应一个或多个辊子上负荷变化的装置包括一个弹性装置。

4.如权利要求3的辊装置，其特征为，其中弹性是由气体的压缩或膨胀产生的。

5.如权利要求4的辊装置，其特征为，其中悬挂系统至少包括一个空气囊垫。

6.如权利要求3至5中任意之一的辊装置，其特征为，包括用以调整由支撑管道的弹性装置支撑管道所施加的力的装置。

7.如权利要求6中按权利要求4或5的辊装置，其特征为，其中在弹性装置中的气体压力和体积是可调的。

8.如权利要求1至7中任意之一的辊装置，其特征为，包括预置一个或多个管道支撑辊高度用的装置。

9.如权利要求8的辊装置，其特征为，其中高度调整装置包括为调整安装固定在船上的第一部件和第二部件之间高度用的装置，而所说的装置安装使得能用于该一个辊子或多个辊子于该第二部件与一个辊子或多个辊子之间作用以引起或允许辊子的运动。

10.如权利要求9的辊装置，其特征为，其中高度调整装置包括第三个部件，它以枢轴联接的方式接于第一部件和第二部件，以及用以调整第三部件角度的装置。

11.如权利要求10的辊装置，其特征为，其中角度调整装置包括一种装置，最好是一个可调整长度的支杆，用于调整远离它们枢轴连接点的该第二和第三部件间的距离。

12.如权利要求1至11中任意之一的辊装置，其特征为，包括在管道轴向方向彼此分开并被安装在一个公共的支撑部件上的两个悬挂系统，以枢轴方式安装而使安装其上的辊子上的负荷均衡。

13.如权利要求1至12中任意之一的辊装置，其特征为，其中至少一个所述的悬挂系统包括沿管道轴向方向彼此分开安装在一个公共的支撑部件上的两个辊子或辊组，以枢轴方式安装而平衡在两个辊子或辊组上的负荷。

14.一种大体如前所述的辊装置，其特征为，可参照于如附图中所示的那种。

15.一种管道铺设船，其特征为，至少包括如在权利要求1至14中任何一项的用以支撑被铺管线用的辊装置。

16.如前述的一种管道铺设船，其特征为，可参照于如附图所示的那种。

17.一种从船上铺设管道的方法，其特征为，其中管线经过安装在悬挂系统上的一个或多个辊子送进，悬挂系统发生和允许辊子运动或使所有辊子做同向运动，安装的悬挂系统可减少安装在悬挂系统上的所有的辊子的总负荷变化。

18.一种管道铺设方法，其特征为，它大致为参照于附图所描述的那种。

19.一种管线，其特征为，它在铺设时采用如权利要求17或18的方法，和/或使用权利要求15或16的船。

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