DE2024850C3 - - Google Patents

Description

g cm, Einbettungsstelle erforderlich, die diese sehr start

q = das Nettogewicht der Rohrleitung ein- beanspruchen Auf diese Weise lassen sich vergleichs-

schheßhch der Spntzeinnchtung gegen- _{wdse starre Rohre nicht einb}etten. Ein gemeinsames

über dem fluidisierten Gewässergrund je Kennzeichen der bekannten Verfahren ist es schließ-

Langeneinheit der Rohrleitung in kg/cm, _{35 Hchi daß der zur ErzeU}gung der Druckwasserstrahlen

C = eine dimensionslose Konstante, deren erforderliche Energieaufwand nicht unbeträcht-

Wert etwa 60 beträgt. lj_cn j_Si

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu·

2. Vorrichtung zum Einbetten einer Rohr- gründe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum leitung in einen Gewässergrund zur Durchfüh- 40 Einbetten einer Rohrleitung in einen Gewässergrunc] rung des Verfahrens nach Anspruch 1 in Form anzugeben, bei dem es nicht erforderlich ist, vor dem eines über die Rohrleitung bewegbaren Spritz- Einbetten des Rohres zunächst einen Graben zu errahmens zum Einspritzen von Flud neben und zeugen und bis zum Absenken der Rohrleitung aufunter die Rohrleitung in den Gewässergrund, rechtzuerhalten, und eine einfachere Einbettungs dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzrahmen 45 vorrichtung anzugeben, die die Durchführung des als Fluidisierungsvorrichtung zum Fluidisieren Einbettungsverfahrens mit erniedrigtem Aufwand erdes Gewässergrunds ausgebildet ist, deren Ge- möglicht.

wicht auf das der Teillänge so abgestimmt ist, Zur Lösung dieser Aufgabe wird für das eingangs

daß das örtliche spezifische Gewicht von Rohr- genannte Verfahren vorgeschlagen, daß bei einem

leitung und Fluidisierungseinrichtung größer als 50 nicht zusammenhängenden Gewässergrund wie Sand

das des fluidisierten Gewässerbodenbereichs ist. T_0n oder Lehm das Flud mit solcher Geschwindig-

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- keit und Menge in den Gewässergrund entlang dei kennzeichnet, daß mehrere aneinandergekop- Tcillänge eingespritzt wird, daß er fluidisiert wird pelte Fluidisieiungseinrichtungen vorgesehen _und sich die Rohrleitung im fluidisierten Bereich bis sind. 55 auf die gewünschte Tiefe absenkt, wobei die Mindert-

Teillänge errechnet wird aus der Gleichung

I¹C-E-I I

I I 1 einen Gewässergrund, wobei fortschreitend entlang _mjt '

einer Teillänge der Rohrleitung ein Flud, z. B. Was- _ .,,.... , , , _

ser, neben und unter diese in den Gewässergrund ^h = Elastizitätsmodul der Rohrleitung in kg/mm*,

mit Hilfe einer über die Rohrleitung bewegten ' = lineares Trägheitsmoment der Rohrleitung

Spritzvorrichtung eingeleitet wird. 65 (Flächcnträgheitsmoment) in cm⁴,

Bei den bis jetzt gebräuchlichen Verfahren zum Z = die vom tiefsten Punkt auf der Unterseite dei

hydraulischen Einbetten einer Rohrleitung in einen Rohrleitung gemessene gewünschte Einbet

Gewässergrund wird zunächst ein Graben oder eine tungstiefe in cm,

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cj - das Nettogewicht der Roh'leitung einschließ- Fie. 2 in größerem Maßstab eine der Fluidisie-

lich der Spritzeinrichtung gegenüber dem rungseinrichtungen der ninbettungsvorrichtung nach

fluidisierten Gewässergrund je Längeneinheit F i g. 1 und

der Rohrleitung in kg/cm. F i g. 3 im vergrößerten Maßstab einen Querschnitt

C = eine dimensionslose Konstante, deren Wert 5 längs der Linie IH-III in Fig. 2.

etwa 60 beträgt. Der Grund I eines Gewässers 5 besteht beispiels

weise aus Sind oder Ton bzw. Lehm. Die Ober-

Im Gegensatz zu dent Vorgehen bei den bekannten fläche 2 des Gewässerbodens 1 befindet sich mit cr-Verfahren entlang der fortschreitenden Teillänge der heblichem Abstand unterhalb der Oberfläche 3 des Rohrleitung w<xd also gemä£, der Erfindung der Ge- io Gewässers 5.

wässergrund fluidisiert, d. Ί. in einen Fließbett- Auf einer einzubettenden Rohrleitung 13. die bezustand versetzt, so daß die Dichte des Gewässer- reits auf dem Gewässergrund 1 liegt, sind mehrere grunds im Bereich der Teillänge erniedrigt ist und als Fluidisiemngseinrichtung 4 ausgebildete Spritzder körperliche Zusammenhalt der den Gewässer- rahmen vorgesehen, deren Aufbau au:, F i g. 2 und 3 grund bildenden Feststoffteilchen aufgehoben ist. 15 ersichtlich ist. Gemäß F i g. 3 hat der Querschnitt

Zur Durchführung des erfiridtingsgemäßen Ver- der Fluidisierungseinrichtungen 4 annähernd die fahrens dient eine Vorrichtung in Form eines über Form des großen griechischen Omega. Die Fluididie Rohrleitung bewegbaren Spritzrahmens zum Ein- sierungseinrichtung umfaßt mehrere sich in der spritzen von Flud neben und unter die Rohrleitung Längsrichtung der Rohrleitung erstreckende parin den Gewässergrund, die gernäß der Erfindung da- ao allele Metallrohre 15. 16 und 17. die durch weitere durch charakterisiert ist, daß der Spritzrahmen als Metallrohre 18 und 19 miteinander verbunden sind. Fluidisierungsvorrichtung zum Fluidisieren des Ge- Zwischen den Rohren 16 und 17 sind Rollen 20 anwassergrunds ausgebildet ist, deren Gewicht auf das geordnet, während zwischen den Rohren 15 und 16 der Teillänge so abgestimmt ist, daß das örtliche Rollen 21 und zwischen den Rohren 18 waagerechte spezifische Gewicht von Rohrleitung und Fluidisie- as Rollen 22 als Stütz- und Führungsrollen vorgesehen rungsemrichtung größer als das des fluidisierten Ge- sind. Zusätzliche Rollen können vorgesehen sein, v, a^erbodenbereichs ist. Zum Einbetten schwerer In F i p,. 3 erkennt man eine für Glycol bestimmte un.i weniger flexibler Rohrleitungen ist es zweck- Rohrleitung 26, die sich parallel zur einzubettenden mäßig, daß mehrere aneinandergekoppelte Fluidisie- Rohrleitung 13 erstreckt, jedoch für die Erfindung rungseinrichtungen vorgesehen sind, da dann die 30 ohne Bedeutung ist und daher auch fortgelassen Mindestteillänge wegen des erhöhten linearen Trag- werden kann.

heitsmoments der Rohrleitung größer ist. Außerdem Die untersten Längsrohre 17 sind gemäß F i g. 3

lassen sich mehrere, nicht zu große Fluidisierungs- mit einer großen Zahl von Düsen 23 und 24 vercinrichtungen einfacher handhaben. sehen, die nach innen und'oder unten gerichtet sind.

Es hat sich gezeigt, daß nur ein überraschend 35 Gegebenenfalls können auch nach oben gerichtete niedriger Energiebedarf und eine verhältnisniäßig Düsen vorhanden sein. Die Längsrohre 15 sind mit einfache Einbettungsvorrichtung zum Einspritzen einem Einlaß 25 für ein Flud versehen. Sämtliche des Fluds in den Gewässergrund erforderlich sind. Metallrohre 15 bis 19 sind untereinander so ver-Außerdem ermöglicht das erfindungsgemäße Ver- bunden, daß das zugeführte Flud von dem Einlaß fahren das Einbetten von Rohrleitungen in sandigen 40 25 aus durch die Rohre zu den Düsen 23 und 24 Meeresboden erstmals, weil aus dem Gewässergrund strömen kann.

im Bereich iines Einbettungsgrabens kein Erdreich Normalerweise sind auch die Metallrohre 18 und

zunächst zu entfernen ist. Da lediglich eine Fluidi- 19 mit nicht dargestellten Düsen ausgerüstet, die so sierung in diesem Bereich erfolgt, unterbleibt eine gerichtet sind, daß sie den Boden vor den Fluidisiewesentliche Verlagerung des Erdreichs im Bereich 45 rungseinrichtungen fluidisieren, damit eine möglichst der Rohrleitung. Dies hat insbesondere den Vorteil, kleine Zugkraft ausreicht, um sie waagerecht zu bedaß auch kein unbeabsichtigtes Zuschütten oder wegen.

Wiederauffüllen eines RohrleitungsgTabens eintreten Gemäß F i g. 2 und 3 kann man die Fluidisiemngs-

kann. einrichtung 4 von oben her so auf die Rohrleitung

Der Meeresgrund der Nordsee hat beispielsweise 50 13 absenken, daß sie sie in der aus Fig. 3 ersichteine mittlere Teilchengröße von 0,035 cm. Hierbei liehen Weise umschließt. Die Rollen 20, 21 und 22 ist eine Aufströmgeschwindigkeit des eingespritzten ermöglichen es. die Fluidisierungseinrichtungen 4 Wassers von etwa 0,7 cm'sec erforderlich, um den längs der Rohrleitung 13 zu bewegen,
erwünschten Fließbettzustand zu erzeugen. Die beim Gemäß F i g. 1 ordnet man auf der Rohrleitung

Ausspulen eines Grabens bisher angewendeten Strö- 55 13 eine größere Zahl von Fluidisterungseinrichtunmungsgeschwindigkeiten lagen um ein Mehrfaches gen 4, z. B. elf. an. Sie werden z. B. mittels einer über diesem Wert, was den erhöhten Energiebedarf langen Kette oder eines Seils 11 oder mit Hilfe von verursacht. Das erfindungsgemäße Verfahren ermög- einzelnen Ketten oder Seilen 11, die jeweils zwei belicht schließlich nicht nur eine einfachere und billi- nachbarte Einheiten 4 miteinander verbinden, mitgere Arbeitsweise, sondern vor allem auch eine 60 einander verbunden. An der vordersten Einheit 4 ist schnellere. Es eignet sich in allen Gewässergründen ein Seil oder eine Kette 14 befestigt, die mit einem von Flüssen, Seen oder Meeren mit einem keinen nicht dargestellten Schleppschiff oder einer beliebiwesentlichen Zusammenhalt aufweisenden Erdreich. gen anderen Zugvorrichtung verbunden ist. bei der Die Erfindung ist im folgenden an einem Aus- es sich z. B. um eine an Land oder auf dem Meeresführungsbeispiel an Hand einer schematischen Zeich- 65 boden angeordnete Winde handelt,
nung näher erläutert, in der zeigt Ferner ist ein Kahn bzw. Schiff 7 vorgesehen, der

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer er- bzw. das mehrere Pumpen 8 trägt und auf dem GefindungsgemäOen Vorrichtung. wasser 5 schwimmt. An die Pumpen sind Saugleitun-

gen 12 und Druckleitungen 9 angeschlossen. Die Gemäß Fig. 1 wird der aus den Fluidisierurtgs-Drucklcitungcn 9 sind über Ventile 10 mit Vorzugs- einrichtungen 4 gebildete Zug mit Hilfe eines weise durch Schläuche gebildeten Leitungen 6 ver- Schleppboots und des Seils 14 auf der Rohrleitung bundcn. Die anderen Enden der Leitungen oder 13 entlanggezogen. Natürlich würde es auch möglich Schläuche 6 sind jeweils an einen Fludetnlaß 25 5 sein, an Stelle eines Schleppboots einen mit Winden der zugehörigen Fluidisierungseinrichtung 4 ange- ausgerüsteten Kahn zu benutzen. Ferner könnte eine schlossen. Art von Lokomotive (nicht dargestellt) auf der Die beschriebene Vorrichtung wird in der nach- Rohrleitung 13 gelagert werden, die den Zug längs stehend erläuterten Weise benutzt. Es sei angenom- der Rohrleitung zieht. Dabei kann es sich um eine men, daß eine Rohrleitung 13 auf der Oberfläche 2 10 elektrische Lokomotive handeln, die von einem eines Meeresbodens 1 liegt. Dann zieht ein nicht dar- Schiff über ein elektrisches Stromzuführungskabel gestelltes Schleppboot mit Hilfe des Seils 14 die mit Strom versorgt und gesteuert wird. Als das er-Fluidisierungseinrichtungen 4 längs der Rohrleitung wähnte Flud wird vorzugsweise Wasser verwendet. 13. Während dieser Bewegung wird ein Flud, vor- Jedoch ist es gegebenenfalls auch möglich, mit einem zugsweise Wasser, durch die Pumpen 8 kontinuier- 15 Luft- und Wasser-Gemisch zu arbeiten, lieh über die Schläuche 6 zu den Fluidisierungs- Gegebenenfalls kann man ein Sonargerät, d. h. einrichtungen gefördert. Infolgedessen strömt stan- eine Unterwasser-Schallmeßeinrichtung, benutzen, dig Wasser aus den Düsen 23 und 24 aus. Dieses um während des Einbettens der Rohrleitung die Wasser bewirkt, daß der Gewässergrund im Bereich Höhenlage jeder Fluidisierungseinrichtung gegcndcr Fluidisierungseinrichtungen 4 fluidisiert wird, 20 über der Rohrleitung auch dann zu ermitteln, wenn wodurch das Grundmaterial nahe der Rohrleitung eine Fluidisierungseinrichtung vollständig in den 13, d. h. unter ihr und auf ihren beiden Seiten, die Meeresboden eingesunken ist. Das Verwenden eines Eigenschaften einer Flüssigkeit annimmt, so daß die solchen Sonargeräts macht es auch möglich, das AusRohrleitung 13 unter der Wirkung ihres Eigen- maß der Fluidisierung unter jeder einzelnen Fluidigewichts in den Grund einsinkt, bis sie die ge- as sierungseinrichtung in Abhängigkeit von den durch wünschte Einbettungstiefe erreicht hat. das Sonargerät übermittelten Informationen zu Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist regeln. Mit anderen Worten, wenn das Sonargerät es möglich, die Rohrleitung 13 zu veranlassen, bis anzeigt, daß eine oder mehrere Fluidisierungseinrichzur gewünschten Tiefe in den Meeresboden 1 ein- tungen noch nicht genügend tief in den Meeresboden zusinken, indem man die Fluidisierungseinrichtun- 30 eingesunken sind, kann man eine zusätzliche Meng« gen 4 nur einmal längs der Rohrleitung bewegt. Die des Fluds den betreffenden Fluidisierungseinrichtun Rohrleitung kann also in einem einzigen Durchgang gen zuführen, bis diese die gewünschte Tiefenlage mit der gewünschten Tiefe in den Meeresboden 1 erreicht haben.

eingebettet werden. Die Fluidisierungseinrichtung kann aus einer ein

Um die geforderte Einbettungstiefe (vom tiefsten as zigen Einheit bestehen, die die erforderliche Mindest

Punkt auf der Unterseite der Rohrleitung aus ge- länge hat, welche sich in der angegebenen Weise er

messen) bei einem einzigen Durchgang zu erreichen, rechnen läßt. Statt dessen kann man in der beschrie

ohne daß eine Überbeanspruchung der Rohrleitung benen Weise einen Zug benutzen, der sich aus mit-

13 eintritt, ist es jedoch erforderlich, das Boden- einander verbundenen Fluidisierungseinrichtungen

material über einen ausreichenden Teil der Länge 40 zusammensetzt und dessen Gesamtlänge ebenfall·,

der Rohrleitung zu fluidisieren. Die erforderliche durchdie oben angegebene Formel bestimmt ist.

Mindestlänge ergibt sich aus der weiter oben an- Die Fluiuisierungseinrichtung soll ein solches Ge-

gegebenen Formel. wicht haben, daß ihr Gewicht je Längeneinheit aus-

Die erforderliche Mindestlänge der Fluidisierungs- reicht, um das örtliche spezifische Gewicht der Rohr-

einrichtung oder der mehreren aneinandergekopoel- 45 leitung zusammen mit demjenigen der Fluidisieruhgs-

ten Fluidisierungseinrichtungen ergibt sich aus der vorrichtung auf einen Wert zu bringen, der gewähr-

Formel, wenn man den Wert der Konstanten C mit leistet, daß die Rohrleitung in den fluidisierten Ge-

20 ansetzt. wässerboden einsinkt.

Jede Fluidisierungseiririchtung 4 hat eine eigene Bei dem beschriebenen Verfahren wird zuerst die

Fludzuführungsvorrichtung, damit das Ausmaß der 50 Rohrleitung auf dem Boden des Gewässers verlegt

Fluidisierung an jeder Einrichtung geregelt werden und danach die Fluidisierungseinrichtung längs der

kann. Dazu hat »emäß F i g. 1 jede Einrichtung 4 Rohrleitung bewegt, um sie in den Boden einzubetten,

auch einen eigenen Schlauch 6. Natürlich ist es an Statt dessen ist es auch möglich, die Fluidisierungs-

Stelle der gezeigten Anordnung auch möglich, nur einrichtung während des Verlegens der Rohrleitung

eine einzige Leitung bzw. einen Schlauch vorzusehen, 55 längs der Rohrleitung zu bewegen, so daß die Rohr-

über den das Flud allen Fluidisierungseinrichtungen 4 leitung unmittelbar während des Verlegungsvorgangs

zugeführt wird. In diesem Fall benötigt man eine in den Meeresboden eingebettet wird.

Anordnung von Ventilen (nicht dargestellt), damit Um ein seitliches Abkippen der Fluidisierungs-

jedc der Einheiten 4 unabhängig gesteuert werden einrichtungen unmöglich zu machen, müssen sie alle

kann. ⁶° so bemessen sein, daß bei ihrem normalen Gebrauch,

In F i g. 1 ist ein Kahn 7 dargestellt, der die Pum- d. h. wenn sie die in F i g. 3 gezeigte Lage einneh-

pen 7 trägt. Im Gegensatz hierzu ist es möglich, auf men, ihr Schwerpunkt jeweils unterhalb der Mittel-

jeder der Fluidisierungseinriditungen 4 eine nicht achse der Rohrleitung liegt.

dargestellte Pumpe vorzusehen, die Wasser aus der Es sei bemerkt, daß man ein ähnliches Fluidisie-

Umeebung der Rohrleitung 13 ansaugen und es über 65 rungsverfahren auf vorteilhafte Weise anwenden

den^ Einlaß 25 zu den Düsen 23 und 24 fördern kann, um eine eingebettete Rohrleitung oder einen

könnte. Dann könnte man die beschriebenen Pum- Teil einer solchen Leitung aus einem Gewässergrund

pen 8 und die Schläuche 6 fortlassen. wieder auszuheben, wenn die Rohrleitung z. B. über-

prüft oder instand gesetzt werden soll. Zu diesem Zweck ordnet man eine Fluidisierungseinrichtung auf dem Boden des Gewässergrunds über der eingebet: teten Rohrleitung an, worauf man ein Flud mittels der Fluidisierungseinrichtungen dem Grund zuleitet, welcher sich unter der Fluidisierungseinrichtung befindet. Hierdurch wird das Bodenmaterial fluidisiert, und die Fluidisierungseinrichtung kann in dem fluidisierten Material absinken, bis sie die Rohrleitung erreicht und sich auf ihr abgestützt hat. Dann wird die Fluidisierungseinrichtung langsam längs der Rohrleitung bewegt, während ihr ständig Druckflud zugeführt wird, so daß das Bodenmaterial über und neben der Rohrleitung fluidisiert wird. Die Fluidisierungseinrichtung ist für das Rohrleitungsheben an ihrem oberen Teil mit zusätzlichen Düsen ausgerüstet. Ferner hat sie dann eine Einspannvorrich

tung und einen Auftrieb erzeugenden Behälter, damit die Rohrleitung erfaßt und durch Erzeugen eines positiven Auftriebs gehoben werden kann. Die Rohrleitung und/oder die sie haltende Fluidisierungseinrichtung wird mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt, so daß sowohl die Rohrleitung als auch die Fluidisierungseinrichtung in Beziehung zu ihrer Umgebung einen positiven Auftrieb erhalten. Dies hat zur Folge, daß sich die Rohrleitung durch den fluidisierten Teil des Bodenmaterials hindurch nach oben bewegt und dann leicht untersucht und/oder instand gesetzt werden kann.

Gegebenenfalls kann man das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch benutzen, um sehr schwere elektrische Stromversorgungskabel einzubetten, die ähnliche mechanische Eigenschaften haben wie die beschriebenen Rohrleitungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Furche erzeugt, in die die Rohrleitung eingelegt Patentansprüche: wird. Anschließend läßt man sich auf natürliche Weise den Graben wieder füllen. Bei den neuerer

1. Verfahren zum Einbetten einer Rohrleitung Verfahren wird der Graben oder die Furche nicht in einen Gewässergrund, bei dem fortschreitend 5 mehr mechanisch, sondern durch Ausspulen de< entlang einer Teillänge der Rohrleitung ein Flud, Erdreichs entlang der Furche aus dem Gewässer z. B. Wasser, neben und unter diese in den Ge- grund mittels Druckwasserstrahlen oder Druck wässergrund mit Hilfe einer über die Rohrlei- wasser-Luft-Strahlen erzeugt. Die Bildung des Gratung bewegten Spritzvorrichtung eingeleitet wird, bens kann teilweise oder ganz durch das hydraudadurch gekennzeichnet, daß bei einem io lische Ausspülen erfolgen. Gerade dann, wenn die nicht zusammenhängenden Gewässergrund wie Rohrleitung bereits auf dem Gewässergrund verlegt Sand» Ton oder Lehm das Flud nut solcher Ge- ist, sind ziemlich komplizierte und kostspielige Ver· schwindigkeit und Menge ir den Gewässergrund fahren und Vorrichtungen erforderlich, um die entlang der Teillänge eingespritzt wird, daß er Furche derart herzustellen, daß sie während der Zeit fluidisiert wird und sich die Rohrleitung im 15 die die Rohrleitung braucht, um sich in diese abfluidisierten Bereich bis auf die gewünschte Tiefe zusenken oder sich absenken zu lassen, offenzuhalten absenkt, wobei die Mindest-Teillänge (0 errech- Auf diese Weise lassen sich Rohrleitungen nur bei net wird aus der Gleichung verhältnismäßig festem Gewässergrund einbetten

Das Einbettungsverfahren läßt sich, wie festgestelll

\lC E I Z ^a0 wu'de· jedoch beispielsweise nicht in der Nordsee

I=/ ' ------ verwirklichen. Ein Graben ließe sich über die not-

» ^ wendige Teillänge nur mit unverhältnismäßig hohem

mit Aufwand so lange freihalten, bis die Rohrleitung aul

E = Elastizitätsmodul der Rohrleitung dessen Grund abgesenkt werden konnte. Man hai

in kg/cm^{2 2}S daher versucht, unmittelbar nach dem Erzeugen des

/= lineares Trägheitsmoment de,-Rohrleitung ^Gr?^{bens mi}«^eIs von einem Schiff oder anderem (Flächenträgheitsmoment) in cm«, ^Fahrzeuß gezogenen Spritzvorrichtung^ die Roh ■

,. ₄. .r. j. _w ; . _ri . .. leitung in den Graben zu legen, um den offengehal-

Z = die vom tiefsten Punkt auf der Unterseite "„ . .· .1 . ..;- __u halten, doch