CN120759990A - 一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构及布放方法 - Google Patents

一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构及布放方法

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Abstract

一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构及布放方法，包括两个平行间隔布置的单通道立管单元，每个单通道立管单元的顶部设置有母接头，每个单通道立管单元的底部设置有公接头，上一个立管的公接头与下一个的立管的母接头互相配合，并通过卡箍进行连接固定，公接头处安装有起吊耳；两根单通道立管单元的上部和下部分别安装有固定中板连接件，两固定中板连接件之间的两根单通道立管单元上间隔分布有多个间隔的固定对开板连接件，位于最顶部的固定中板连接件与固定对开板连接件之间安装浮力材料，位于最底部的固定中板连接件与固定对开板连接件之间安装同样的浮力材料，以及相邻两个固定对开板连接件之间安装同样的浮力材料，工作可靠。

Description

一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构及布放方法
技术领域
本发明涉及海洋装备辅助设备技术领域，尤其是一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构及布放方法。
背景技术
随着社会经济以及新能源汽车等新兴产业的发展，人们对于钴、锰、铜等矿产资源的需求日益迫切。相比于陆地矿产资源，海洋矿产资源具有储量大、质量高的优点，是未来矿产资源开发的重点，同样也是经济发展的重要保证。但是同时，海洋矿产资源往往位于深海海床上，开采难度远高于陆地矿产资源，且深海自然生态更加脆弱，深海矿产资源开发有可能会对海底生物造成毁灭性的打击。
为了实现海底矿产资源的开采，需要经济高效的矿物提升系统作为支撑。刚性立管以其高效稳定的特点，在海底石油开发领域得到了广泛的应用。但是现有技术中的刚性立管难以解决矿物输送过程中的尾水排放问题，被污染的海水直接排放进入海底，会对海底生态造成严重的影响。为了降低采矿过程对海底生态的影响，需要对输送矿物的海水进行回收利用，减少尾水排放，这对现有的刚性立管提出了新的挑战。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构及布放方法，从而通过管道连接机构，将两根刚性立管相连，形成双通道立管，在将海底矿物提升至水面采矿船的同时，实现采矿船上尾水输送至海底，完成尾水的回收利用，减少深海采矿造成的环境污染，提升了海底矿物提升效率。
本发明所采用的技术方案如下：
一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构，包括两个平行间隔布置的单通道立管单元，每个单通道立管单元的顶部设置有母接头，每个单通道立管单元的底部设置有公接头，上一个立管的公接头与下一个的立管的母接头互相配合，并通过卡箍进行连接固定，公接头处安装有起吊耳；两根单通道立管单元的上部和下部分别安装有固定中板连接件，两固定中板连接件之间的两根单通道立管单元上间隔分布有多个间隔的固定对开板连接件，位于最顶部的固定中板连接件与固定对开板连接件之间安装浮力材料，位于最底部的固定中板连接件与固定对开板连接件之间安装同样的浮力材料，以及相邻两个固定对开板连接件之间安装同样的浮力材料。
其进一步技术方案在于：
所述单通道立管单元采用一体式结构。
所述单通道立管单元的内径为254mm，壁厚为30mm，长度为20m。
所述固定中板连接件的结构为：包括固定中板，固定中板的两端对称布置有圆弧结构，圆弧结构处通过一号螺栓安装固定边板，固定边板与圆弧结构形成圆孔，并在圆孔内分布有凹槽，凹槽内配合设置有多个在圆周方向上间隔的一号焊接凸台，多个一号焊接凸台同时与单通道立管单元配合卡紧。
所述固定对开板连接件的结构为：包括相对布置的固定对开板，两个固定对开板通过二号螺栓锁紧；单个固定对开板呈“3”字型结构，单个固定对开板的内侧设置有凹坑，凹坑内设置有多个二号焊接凸台，多个二号焊接凸台同时与单通道立管单元配合卡紧。
所述起吊耳采用分体式薄板结构。
每个浮力材料上开有多个方形孔，每个方形孔位置通过紧固件与单通道立管单元锁紧。
所述浮力材料内部设置有与单通道立管单元配合的内凹结构。
所述浮力材料的密度小于海水的密度。
一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构的布放方法，包括如下流程：
在布放平台上的布置有垂直吊装和水平吊装；
通过垂直吊装连接母接头，并逐渐吊起立管的上端，将起吊耳安装于公接头上，并通过水平吊装吊起立管的下端，通过垂直吊装与水平吊装的配合完成立管从水平放置状态到垂直状态的转变，实现立管的垂直起吊；
松开水平吊装，将立管底端的公接头插入上一立管的母接头内，并通过卡箍完成公接头和母接头的连接；
卡瓦具有与母接头相配合的内径，为已安装好的立管提供拉力；在公接头和母接头对接完成后，松开上一立管的卡瓦，将立管向下移动一个立管长度，重新移动卡瓦卡住立管顶端的母接头，从而实现立管的固定，完成立管的布放。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过对管道连接机构进行独特设计，采用将两根刚性立管相连，形成双通道立管，在将海底矿物提升至水面采矿船的同时，实现采矿船上尾水输送至海底，完成尾水的回收利用，减少深海采矿造成的环境污染，提升了海底矿物提升效率。
本发明设计了固定中板连接件和固定对开板连接件，在两者配合的作用下，可以连接两根单通道立管单元，两根单通道立管单元分别承担矿物提升和尾水回收的功能，实现深海采矿过程中污染水的回收利用，能够有效减少对环境的污染并提升矿物输送效率。
本发明通过立管连接机构连接两根单通道立管单元，提升了立管的弯曲和扭转刚度，能够有效保证立管在服役过程中的稳定性。
本发明公接头、卡箍和母接头分别位于单通道立管单元的上下两端，构成完整的单通道立管单元，可以实现传统的单通道立管功能，具有适用范围广、安装方便的特点。
本发明通过固定中板、边板以及固定对开板两种不同的组合完成单通道立管单元的固定，具有安装方便、结构稳定的特点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明上部的局部视图。
图3为本发明下部的局部视图。
图4为本发明的爆炸图。
图5为本发明固定中板连接件的结构示意图。
图6为本发明固定中板连接件的爆炸图。
图7为本发明固定对开板连接件的结构示意图。
图8为本发明固定对开板连接件的爆炸图。
图9为本发明母接头、公接头以及卡箍的安装示意图。
图10为图9中C-C截面的剖视图。
图11为本发明在工作状态时的示意图。
其中：1、母接头；2、单通道立管单元；3、固定中板连接件；4、浮力材料；5、固定对开板连接件；6、公接头；7、起吊耳；8、卡箍；
301、一号螺栓；302、固定边板；303、一号焊接凸台；304、凹槽；305、固定中板；
501、二号螺栓；502、固定对开板；503、二号焊接凸台；504、凹坑；
11、垂直吊装；12、卡瓦；13、布放平台；14、水平吊装。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1-图11所示，本实施例的专用于深海采矿的双通道立管安装结构，包括两个平行间隔布置的单通道立管单元2，每个单通道立管单元2的顶部设置有母接头1，每个单通道立管单元2的底部设置有公接头6，上一个立管的公接头6与下一个的立管的母接头1互相配合，并通过卡箍8进行连接固定，公接头6处安装有起吊耳7；两根单通道立管单元2的上部和下部分别安装有固定中板连接件3，两固定中板连接件3之间的两根单通道立管单元2上间隔分布有多个间隔的固定对开板连接件5，位于最顶部的固定中板连接件3与固定对开板连接件5之间安装浮力材料4，位于最底部的固定中板连接件3与固定对开板连接件5之间安装同样的浮力材料4，以及相邻两个固定对开板连接件5之间安装同样的浮力材料4。
单通道立管单元2采用一体式结构。
单通道立管单元2的内径为254mm，壁厚为30mm，长度为20m。
固定中板连接件3的结构为：包括固定中板305，固定中板305的两端对称布置有圆弧结构，圆弧结构处通过一号螺栓301安装固定边板302，固定边板302与圆弧结构形成圆孔，并在圆孔内分布有凹槽304，凹槽304内配合设置有多个在圆周方向上间隔的一号焊接凸台303，多个一号焊接凸台303同时与单通道立管单元2配合卡紧。
固定对开板连接件5的结构为：包括相对布置的固定对开板502，两个固定对开板502通过二号螺栓501锁紧；单个固定对开板502呈“3”字型结构，单个固定对开板502的内侧设置有凹坑504，凹坑504内设置有多个二号焊接凸台503，多个二号焊接凸台503同时与单通道立管单元2配合卡紧。
起吊耳7采用分体式薄板结构。
每个浮力材料4上开有多个方形孔，每个方形孔位置通过紧固件与单通道立管单元2锁紧。
浮力材料4内部设置有与单通道立管单元2配合的内凹结构。
浮力材料4的密度小于海水的密度。
本发明所述的一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构的具体构造与功能如下：
主要包括单通道立管单元2，其为深海矿物输送和尾水排放的主体，其内径、壁厚与长度根据实际工作条件确定，在本实施例中，取单通道立管单元2内径254mm、壁厚30mm、长度20m。
还包括固定中板连接件3和固定对开板连接件5，其主要用于连接和固定两根单通道立管单元2，在本实施例中布置有上下两个固定中板连接件3和中间三个固定对开板连接件5，上下两个固定中板连接件3之间的间距为4850mm。
单个固定中板连接件3由固定中板305、固定边板302和一号焊接凸台303等部件组成。
其中，多个一号焊接凸台303围成圆环状结构，其内径与单通道立管单元2的外径相配合，通过焊接固定于单通道立管单元2上。
其中，固定中板305内有与一号焊接凸台303配合的凹槽304，通过一号焊接凸台303固定于两根单通道立管单元2中间，固定边板302具有与固定中板305相配合的通孔，通过一号螺栓301连接实现与固定中板305的紧锁，并实现对两根单通道立管单元2的固定。
固定对开板连接件5由固定对开板502和二号焊接凸台503等部件组成。
其中，固定对开板502具有与二号焊接凸台503相配合的凹坑504，两个固定对开板502通过二号螺栓501进行固定，并实现两根单通道立管单元2的固定。
如附图9和图10所示，立管接头用于串联深海采矿立管，使不同的立管组成整体实现矿物从海底到海面的输送，包括母接头1、公接头6和卡箍8。
母接头1通过焊接固定于单通道立管单元2的上端，公接头6通过焊接固定于单通道立管单元2的下端，公接头6的外径与母接头1的内径相配合，可以插入上一立管的母接头1内，并通过卡箍8实现接头的连接与固定。
如附图1所示，浮力材料4具有与双通道立管相配合的内凹结构，通过紧固件连接两个浮力材料4，使其紧密固定于双通道立管上。浮力材料4的密度小于海水，在海水中为双通道立管提供向上的浮力。
具体地，本发明所述的一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构的布放方法，其具体的工作过程如下：
如附图11所示，在布放平台13上的布置有垂直吊装11和水平吊装14，通过垂直吊装11连接立管母接头1上的吊耳，并逐渐吊起立管的上端，将起吊耳7安装与公接头6上，并通过水平吊装14吊起立管的下方，通过垂直吊装11与水平吊装14的配合完成立管从水平放置状态到垂直状态的转变，实现立管的垂直起吊。
松开水平吊装14，将立管底端的公接头6插入上一立管的母接头1内，并通过卡箍8完成公接头6和母接头1的连接。
卡瓦12具有与母接头1相配合的内径，可以为已安装好的立管提供拉力。在公接头6和母接头1对接完成后，松开上一立管的卡瓦12，将立管向下移动一个立管长度，重新移动卡瓦12卡住立管顶端的母接头1，从而实现立管的固定，完成立管的布放。
以上实施例中的安装位置和构件尺寸需根据实际工况而定。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构，其特征在于：包括两个平行间隔布置的单通道立管单元(2)，每个单通道立管单元(2)的顶部设置有母接头(1)，每个单通道立管单元(2)的底部设置有公接头(6)，上一个立管的公接头(6)与下一个的立管的母接头(1)互相配合，并通过卡箍(8)进行连接固定，公接头(6)处安装有起吊耳(7)；两根单通道立管单元(2)的上部和下部分别安装有固定中板连接件(3)，两固定中板连接件(3)之间的两根单通道立管单元(2)上间隔分布有多个间隔的固定对开板连接件(5)，位于最顶部的固定中板连接件(3)与固定对开板连接件(5)之间安装浮力材料(4)，位于最底部的固定中板连接件(3)与固定对开板连接件(5)之间安装同样的浮力材料(4)，以及相邻两个固定对开板连接件(5)之间安装同样的浮力材料(4)。
2.如权利要求1所述的一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构，其特征在于：所述单通道立管单元(2)采用一体式结构。
3.如权利要求1所述的一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构，其特征在于：所述单通道立管单元(2)的内径为254mm，壁厚为30mm，长度为20m。
4.如权利要求1所述的一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构，其特征在于：所述固定中板连接件(3)的结构为：包括固定中板(305)，固定中板(305)的两端对称布置有圆弧结构，圆弧结构处通过一号螺栓(301)安装固定边板(302)，固定边板(302)与圆弧结构形成圆孔，并在圆孔内分布有凹槽(304)，凹槽(304)内配合设置有多个在圆周方向上间隔的一号焊接凸台(303)，多个一号焊接凸台(303)同时与单通道立管单元(2)配合卡紧。
5.如权利要求1所述的一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构，其特征在于：所述固定对开板连接件(5)的结构为：包括相对布置的固定对开板(502)，两个固定对开板(502)通过二号螺栓(501)锁紧；单个固定对开板(502)呈“3”字型结构，单个固定对开板(502)的内侧设置有凹坑(504)，凹坑(504)内设置有多个二号焊接凸台(503)，多个二号焊接凸台(503)同时与单通道立管单元(2)配合卡紧。
6.如权利要求1所述的一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构，其特征在于：所述起吊耳(7)采用分体式薄板结构。
7.如权利要求1所述的一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构，其特征在于：每个浮力材料(4)上开有多个方形孔，每个方形孔位置通过紧固件与单通道立管单元(2)锁紧。
8.如权利要求1所述的一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构，其特征在于：所述浮力材料(4)内部设置有与单通道立管单元(2)配合的内凹结构。
9.如权利要求1所述的一种专用于深海采矿的双通道立管安装结构，其特征在于：所述浮力材料(4)的密度小于海水的密度。
10.一种如权利要求1所述的专用于深海采矿的双通道立管安装结构的布放方法，其特征在于：包括如下流程：
在布放平台(13)上的布置有垂直吊装(11)和水平吊装(14)；
通过垂直吊装(11)连接母接头(1)，并逐渐吊起立管的上端，将起吊耳(7)安装于公接头(6)上，并通过水平吊装(14)吊起立管的下端，通过垂直吊装(11)与水平吊装(14)的配合完成立管从水平放置状态到垂直状态的转变，实现立管的垂直起吊；
松开水平吊装(14)，将立管底端的公接头(6)插入上一立管的母接头(1)内，并通过卡箍(8)完成公接头(6)和母接头(1)的连接；
卡瓦(12)具有与母接头(1)相配合的内径，为已安装好的立管提供拉力；在公接头(6)和母接头(1)对接完成后，松开上一立管的卡瓦(12)，将立管向下移动一个立管长度，重新移动卡瓦(12)卡住立管顶端的母接头(1)，从而实现立管的固定，完成立管的布放。
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