CN1529797A - 水下管道敷设的改进 - Google Patents
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Abstract
水下管道敷设的改进。一种将敷设在海底的管中管管道的外管段(16A，16B)的端部焊接在一起的方法，采用一个环形件(5)插入在相邻的管段之间。环形件包括一个第一轴向部(11)，其安装在第一外管段的内侧，和一个法兰部(12)插入在待结合的两个外管段(16A，16B的相邻的端部之间。环形件的法兰部(12)径向向外突出，超出外管段(16A，16B)的内侧，并且径向向内终止于外管段(16A，16B)的外侧，并且提供用于连接的焊接材料中的一些。
Description
本发明涉及一种在海底敷设管道的方法，并且涉及一种在海底敷设管道的辅助件。
在海中敷设管道的一种传统的方法是一种被称为“S敷设”的技术。这种技术涉及从一艘船上敷设管道，管道当离开船只时与水平方向倾斜例如5或者10度的小的倾斜。
一个更加近来的方法涉及一种被称为“J敷设”的技术。其中管道以陡得多的角度离开船只，甚至可以是垂直的。这种方法特别适合于在深水中敷设管道。
一种与J敷设相关的问题是在管道中添加附加的管段所采用的装置。因为管道在船只处的陡的角度，管道在海平面上方的能够在任何时刻进行连接的管段，比S敷设受到更多的限制，因此对于沿着管道长度具有几个工作站进行管段连接的范围大大减小，这对于S敷设是很平常的。
当处理的管道采用管中管设计时还遇到一些问题。此设计采用一个内管和一个外管。内管用于沿管道输送流体，围绕内管设有隔热层，外管围绕内管并且包围和保护该隔热层。此设计普遍用于沿着管道输送热的井流体。
管道的管段通常是采用对接焊接的方式连接。有时，一个垫环设置在对接接头处的管的内侧，以改善所得到的焊接接头。管中管设计的采用使得焊接过程复杂，因为内管必须在外管焊接之前焊接，使得在一个连接点需要两个单独的焊接操作。因此完成焊接连接的时间变得更关键。
管中管设计的外管端部焊接产生一个特别的问题，因为那些端部通常不需要准备成像内管一样的紧公差，因此被焊接的外管的端部可能明显地不对准。这样的不对准易于引起传统焊接的不够有效的接头和/或需要太长的时间来完成良好的连接。
本发明的目的是提供一种管中管设计的管道敷设方法，减少上面描述的与外管焊接相关的问题。
根据本发明提供一种在海底敷设管道的方法，其中管道包括相互连接的内管段和围绕内管段的相互连接的外管段，并且其中当采用焊接方法而敷设管道时外管段被连接到管道上，用于将第一外管的管段的端部焊接到第二外管的管段的端部的该焊接方法包括下列步骤：
将一个环形件安装在第一外管的端部中，使得该环形件的第一轴向部在第一外管内，以及该环形件的第二法兰部径向向外突伸而超过第一外管的内侧，并且径向终止于第一外管外侧以内；
将第二外管的端部放入到与第一外管的端部基本上轴向对正并且相对的位置，使得环形件的第二法兰部插入在第一和第二外管的相对的端部之间，第二法兰部径向向外突伸而超过第二外管的内侧，并且径向终止于第二外管的外侧以内；以及
将第一和第二外管的相对端部焊接在一起，环形件的第二法兰部提供焊接材料的一些。
采用带有法兰部的环形件插入在第一和第二外管的相对的端部之间，使得在外管的端部尺寸非常精确时，以及在它们的尺寸设计成相对大的公差时都能够更容易地得到更好的焊接。当这样的公差被允许时，标称的圆管可能明显地不圆，并且管的端部可能不在一个垂直于管的轴线的单一的平面内；在这样的情况下，必定会存在第一和第二外管的端部的某些相对的部分之间的间隙或者不对正。但是，带有法兰的环形件能够减小这样的公差在焊接操作上的不良影响。
通常当一个新的外管段连接到管道上时进行焊接操作。在此情况下，第一外管在管道的端部，当第二外管焊接到第一外管上时将管道延长。应当明白，各第一和第二外管可以自身是多个单独的管段，这些单独的管段在海岸上进行端部与端部的连接；在一种典型的情况下，四个单独的管段可以相互焊接形成第一或者第二外管，具有大约50米的长度。
在本发明的一个特别有利的实施例中，环形件包括一个第三轴向部，当第二外管的端部进入到与第一外管的端部相对的位置时，第三轴向部插入在第二外管的端部内。这样的布置能够辅助确保第一和第二外管的端部的良好的对正。优选的是，第三轴向部随着与第二法兰部的轴向间距的增加而减小外部直径，从而当第二外管进入到与第一外管的端部相对的位置时，将第二外管的端部引导到基本上与第一外管的端部轴向对正的位置。优选的是，环形件的第三轴向部包括一个基本上不变直径的基部，和一个逐渐减小直径的末端部。这样的直径的减小有利于将第三轴向部引导到第二外管端部中，并且继而将两外管的端部对正。应当明白，通常第一轴向部与第一外管是松配合，类似地，第三轴向部与第二外管是松配合。
优选的是，第一和第二轴向部各限定环形件的连续的环部，并且围绕整个环形件延伸；但是一种替换的可能是，对于第一和第二轴向部并且特别是对于那些部分的末端在周向是不连续的。类似地，第二法兰部可以是不连续的和/或径向(深度)可变的和/或围绕环形件的厚度是可变的，但是优选的是连续的，优选是基本上不变的径向范围和优选是围绕环形件的厚度基本上不变。
优选的是，环形件的第一轴向部包括一个邻近法兰部的减小外径的部分，从而当环形件安装在第一外管的端部时，在环形件与第一外管的端部的内侧之间形成一个环形的凹槽，该凹槽由第一外管的内侧、第一轴向部的减小外部直径的部分的外侧和法兰部限定。尽管第一外管的尺寸的任何公差的偏差，环形凹槽的设置辅助提供一个在环形件与围绕环形件的周边的第一外管之间的刚好在法兰部下面的合理的不变的间隔。
通常，优选第二法兰部只从第一和第二外管的内侧向外侧突出相对小的部分。更特别的是，优选第二法兰部终止于径向更接近第一和第二管的内侧而不是其外侧的地方。
优选当端部焊接在一起时，第一和第二外管的管段的端部与水平方向成陡于45度的角度。由于这样的陡的倾斜，同时在管的连接上进行工作的焊接站的数目受到高度考虑的限制，因此本发明特别适当。因此本发明优选地包括管道的J敷设。
本发明还提供采用上面限定的方法敷设在海底的管道。该管道可以包括从上面的描述中暗示的或者明示的任何结构特征。
本发明还提供一种环形件，用于在海底敷设管道的方法中，在将第一外管焊接到第二外管段的过程中，安装在管中管管道的第一外管的端部，该环形件包括一个安装在第一外管的一个端部内的第一轴向部，一个径向向外突出超出第一轴向部的第二法兰部，一个当第二外管的端部进入到与第一外管的端部相对的位置时，插入在第二外管的端部内的第三轴向部，第二法兰部还径向向外突出超出第二轴向部。
第二法兰部可以径向向外突出超出第一和第二轴向部的距离是1-7mm，更优选的是超出2-5mm。这样的距离比起管的厚度是小的。
第二法兰部的优选厚度是0.5-2mm，更优选的是1mm。因此第二法兰部优选相对地薄。
环形件的总直径当然是由将被连接的第一和第二外管的直径决定的，但是，典型的是在大约100mm-1000mm之间。因此在环形件的优选的形式中，法兰部的厚度小于环形件总直径的1％。
环形件可以包括从上面的描述中暗示的或者明示的任何结构特征。其中环形件将被用于在海底敷设管道的方法中。类似地，在该方法中使用的环形件可以是刚刚描述的任何形式的，并且可以具有所描述的范围内的尺寸。
下面通过参照附图对本发明的一个实施例进行描述。
图1表示采用J敷设技术在海底敷设管道；
图2表示在图1所示的管道敷设过程中的焊接过程中采用的环形件的横剖图；
图3A示意地表示图2中的焊接过程中采用的环形件的横剖图；
图3B示意地表示图3A中的在同样的焊接过程中采用的环形件的横剖图，只是处在下一个步骤；
图4A表示将要由焊接连接的管道端部之间不对正的横剖图；
图4B表示另一种将要由焊接连接的管道端部之间不对正的横剖图；
图4C表示又一种将要由焊接连接的管道端部之间不对正的横剖图。
图1表示采用J敷设技术用一艘船3将管道1敷设在海底2。船3具有一个塔4，在图1中塔4被表示为垂直的，但是其还可以被调整为与垂直方向倾斜一个角度。管道1的上端由塔4的适当的装置支承，并且当管道被敷设时从塔4降下。当管道通过塔4下降时，附加的管段焊接到管道的上端，在所描述的示例中，管道1是管中管的设计。
J敷设的通常技术自身是公知的，这里不进一步描述。本发明的与众不同之处是关于在将管道的两个管中管长度的外管的相对端部焊接在一起的步骤中，图2中表示的一种圆环形件或者环5的使用。
图2所示的环5是由钢制造的，并且总体上包括一个第一轴向部11，一个第二法兰部12和一个第三轴向部13。第一轴向部11通常是圆柱形，除了在最上部区域(见图2)的外径逐渐减小以限定一个倾斜面14A，然后沿着一个表面14B保持在减小的直径，直到到达法兰部12。
法兰部12包括一个连续的圆形法兰，其围绕环具有不变的直径，并且具有不变的厚度(深度)。
第三轴向部13总体上是圆柱形，并且具有不变外径的下部13A，和一个逐渐减小外径的上部13B。
从图2中可以看出，环5贯穿其轴向长度的内径不变。
在本发明的一个特定的示例中，环5具有下列的尺寸：
总直径：377mm
总轴向长度：30mm
法兰部12的厚度：1.0mm
轴向部11的总直径：371mm
轴向部11的表面14B处的直径：367mm
法兰部12的直径：377mm
轴向部11的下部的厚度：6.0mm
轴向部11的最上部的厚度：4.0mm
部13A的厚度：4.0mm
从上面给出的尺寸应当明白，在实际中，环5比图2示出得更宽而且更浅。
图3A表示在将两个管段焊接在一起时环5的使用。在图3所示的步骤中，内管15A和15B的端部已经焊接在一起，并且在管子焊接在一起之前，环5已经安装在外管16A中。可以从图3A中看出，环5的轴向部11紧贴地配合安装在外管16A的内侧17A，并且法兰部12支靠在外管16A的端部。虽然环5被示出为在管16A中紧密地配合安装，但是在管16A的直径向着公差范围的上端的情况下，环可以较松地安装。表面14A和14B与管16A的内侧以及法兰12的底表面的部分一起限定一个环形的凹部或凹腔21。在此步骤中，上部的外管16B被保持在接头上方，并且离开接头，允许接近并且将内管15A和15B焊接在一起。
然后外管16B下降到如图3B所示的位置，其中管16B的端部支靠在法兰部12上，并且第三轴向部13插入到管16B的端部的内侧17B。当管16B下降，环5的锥形倾斜的上部13B辅助将管引导到相对于下管16A的正确的径向位置。应当注意，环5的部13的外径小于管16B的内侧的直径，使得能够容纳适应管16B的直径、壁的厚度和/或不圆度的偏差，和/或管16A和16B的径向不对正。如图所示，管16A，16B的相对的端面各形成一个公知的形状，使得当靠在一起时，内部19A和19B相互接触，并且一个总体上是“U”形截面的环形凹部刚好形成在内部19A和19B的外侧。从图3B中可以看出，实际上在当前的情况下形成了具有凹槽20的基本上相同形状的接头，除了法兰部12插入在相对的端面之间，将部19A与19B分开并且突出到凹槽20中。典型的是，对于所描述的尺寸的环5，管16A，16B的厚度在12.5到15mm的范围内。
一旦上述部分在图3B所示的位置，管16A，16B的端部能够按照公知的方法焊接在一起，焊接材料充填在凹槽20中。在焊接操作期间，管16A，16B围绕凹槽20的各部分连同法兰部分12的至少一部分和轴向部11和13邻近凹槽20的表面部分熔化。在焊接过程中，焊接材料还流入到刚好在法兰部12下面的凹槽21中，这改善了与下管16A的焊接，促进了焊接根部区域的充分熔化。凹槽21的存在确保甚至下管16A的内径有相对大的公差偏差的情况下，也能在下管16A与环5的刚好在法兰部12下面的部分之间有一个连续的圆环形凹腔，从而确保更均匀的焊接状况。
我们已经发现，设置环5导致更容易得到更可靠的焊接接头。这一点在不像图3A和3B所表示的情况下，外管16A和16B之间的对正不精确时，特别正确。不对正的示例如图4A到4C所示。
在图4A中，示出了下管16A与上管16B之间径向不对正，其不对正的量用“R”标出。这样的径向不对正可能由两个管端之间的直径的差，但是更可能的是由一个或者两个管的不圆度，或者两个管的径向不对正造成的。在后一种情况下，还可能是在管子接头处的径向相对区域的相反的径向不对正，如图4B所示，不对正由“R”标出。当然，图4B所示的不对正可以由两个管端部的直径差产生。当环5的尺寸是如上说明的情况时，R的值大到2mm都是能够令人满意地被容纳适应的。应当明白，管的壁厚的偏差还能够以类似的方式被容许。
在图4C中，表示了一种不同的不对正。在这种情况下，由部19A和19B限定的端面不在精确地垂直于管的纵向轴线的相应的单一平面中。其结果是，上管16B的部19B与法兰部12间隔开一个轴向距离，在图中用“D”表示。应当明白，在一些其它的圆周部分19B与法兰部12接触。类似地，可能在另外的圆周区域，下管16A的部19A不与法兰部12接触。当环5的尺寸如上所说明的，一个大到3mm的值D都能够令人满意被容纳。
在上面描述的示例中，环5的存在帮助减小管的不对正，并且还在焊接过程中保持焊接处的焊接熔池，甚至当管径或者管端面有明显的偏差时。
Claims (15)
1.一种在海底敷设管道的方法，其中管道包括相互连接的内管段和围绕内管段的相互连接的外管段，并且其中当敷设时采用焊接方法将外管段连接到管道上，用于将第一外管的管段的端部焊接到第二外管的管段的端部的该焊接方法包括下列步骤：
将一个环形件安装在第一外管的端部内，使得该环形件的第一轴向部在第一外管内，以及该环形件的第二法兰部径向向外伸出到第一外管内侧以外，并且径向终止于第一外管外侧以内；
将第二外管的端部放入到基本上轴向与第一外管的端部对正并且相对的位置，使得环形件的第二法兰部插入在第一和第二外管的相对的端面之间，第二法兰部径向向外伸出到第二外管内侧以外，并且径向终止于第二外管外侧以内；以及
将第一和第二外管的相对端部焊接在一起，环形件的第二法兰部提供焊接材料中的一些。
2.根据权利要求1的方法，其中第一外管在管道的端部，一旦第二外管焊接到第一外管上时，第二外管使管道延伸。
3.根据权利要求1或2的方法，其中环形件包括一个第三轴向部，当第二外管的端部进入到与第一外管的端部相对的位置时，第三轴向部插入在第二外管的端部内。
4.根据权利要求3的方法，其中第三轴向部随着与第二法兰部的轴向间距的增加而减小外部直径，从而当第二外管进入到与第一外管的端部相对的位置时，将第二外管的端部引导到基本上与第一外管的端部轴向对正的位置。
5.根据权利要求4的方法，其中环形件的第三轴向部包括一个基本上不变直径的基部，和一个逐渐减小直径的末端部。
6.根据前面任一项权利要求的方法，其中环形件的第一轴向部包括一个邻近法兰部的减小外部直径的部分，从而当环形件安装在第一外管的端部时，在环形件和第一外管的端部的内侧之间形成一个环形凹腔，该凹腔由第一外管的内侧、第一轴向部的减小外部直径的部分的外侧和法兰部限定。
7.根据前面任一项权利要求的方法，其中第二法兰部连续地围绕环形件并且径向尺寸基本上不变。
8.根据前面任一项权利要求的方法，其中第二法兰部厚度基本上不变。
9.根据前面任一项权利要求的方法，其中第二法兰部终止于径向更接近第一和第二管的内侧而不是其外侧的地方。
10.根据前面任一项权利要求的方法，其中当第一和第二外管的管段的端部焊接在一起时，端部与水平方向成陡于45度的角度。
11.采用根据前面任一项权利要求的方法敷设在海底的管道。
12.一种环形件，用于在海底敷设管道的方法中，在将第一外管焊接到第二外管的过程中，安装在管中管管道的第一外管的端部中，该环形件包括用于安装在第一外管的一个端部内的第一轴向部，一个径向向外突出超出第一轴向部的第二法兰部，一个当第二外管的端部进入到与第一外管的端部相对的位置时，插入在第二外管的端部内的第三轴向部，第二法兰部还径向向外突出超出第二轴向部。
13.根据权利要求12的一种环形件，其中第二法兰部径向向外突出超出第一和第二轴向部的距离是1-7mm。
14.根据权利要求12或13的一种环形件，其中第二法兰部的厚度是0.5-2mm。
15.根据权利要求12到14中任一项的环形件，其中第二法兰部的厚度小于环形件总直径的1％。
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