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Verfahren und Vorrichtung zum Verlegen von Unterwasser-#eitunge n
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verlegen von Unterwasser-Leitungen,
die nach herkömmlichen Verfahren entweder von Schiffen aus abgesenkt oder an Trossen
eingezogen werden. Diese bekannte Veriegungsart für Unterwasser-Leitungen ist å
jedoch mit erheblichen Risiken behaftet. Während des Einziehen oder Absenkens der
Leitung treten in dieser erhebliche Spannungen auf, die bei starkem Wellengang unkontrollierbar
erhöht werden und zu Überdehnungen der Iieitung,g'egebenenfalls sogar bis zu einem
Leitungsbruch führen können. Bei einem solchen oder bei einem Trossenriß während
des Einziehens der Leitung sinkt diese auf den Gewässergrund ab und ist dann überhaupt
nicht mehr oder nur mit einem unwirtschaftlich hohen Kostenaufwand zu heben, wobei
im letzteren Fall weitere uberdehnungen der Leitung unkontrollierbarer Größenordnung
auftreten können. Derartige
Uberdehnungen der Leitung können auch
durch erhebliche Unebenheiten des Gewässergrunds hervorgerufen werden.
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Um trotzdem eine größtmögliche Sicherheit beim Verlegen der Beitungen
herbeizutühren, werden diese gegenwärtig fast ausschließlich nicht nur in Abhängigkeit
von der zu übertragenden Leistung sowie des am Verlegungsort auftretenden Innen-
und Beuldrucks, sondern auch auf Schwebefähigkeit im Wasser dimensioniert, was normalerweise
eine Steigerung der Fertigungskosten pro laufenden Meter der Unterwasserleitung
herbeiführt und deren Amortisation in unwirtschaftlicher Weise verzögert.
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Zwecks Vermeidung der oben geschilderten Nachteile des herkömmlichen
Verlegungsverfahrens für Unterwasserleitungen ist es Aufgabe dieser Erfindung, alle
in den Unterwasserleitungen während deren Verlegung in Abhängigkeit vom jeweiligen
Leitungsgewicht, Wellengang und Profil des Gewässergrunds auftretenden Spannungen
durch ein neues Verfahren#-innerhalb gewünschter bzw.
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zulässiger Grenzen zu steuern und eine konstruktiv einfache Vorrichtung
zum Durchführen dieses neuen Verfahrens zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leitung
zuerst durch Auftriebsleichterung auf ein Sinkgewicht größer als Null, jedoch kleiner
als das Abtriebsgewicht der Beitng leichtert, anschließend an mehreren über die
Leitungslänge verteilten Leitungspunkten in wellengangfreier Wassertiefe aufgehängt
und nach Ausrichtung über der Verlegungsstrecke durch Lösen der aufeinanderfolgenden
Aufhängungen in zeitlichen Abständen vom einen Leitungsende her im Sinkvorgang am
Gewässergrund abgerollt wird.
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Infolge dieser Verfahrensschritte ergeben sich mannigfaltige Vorteile.
Die Unterwasserleitung kann vor dem Verlegen infolge der Aufhängung in wellengangfreier
Wassertiefe beliebig lange Zeit sturmsicher gelagert, hierbei durch einfache Anker
fixiert und ebenso gefahrlos über die jeweilige Verlegungsstrecke transportiert
werden. Diese sturmsichere Aufhängung ermöglicht außerdem eine Leitungsdinensionierung
unter Ausschluß des Erfordernisses der Schwebelahigkeit ohne Berücksichtigung von
Transport-und Absenkzuständen, so daß die Leitung unter wirtschaftlicher Verringerung
der Fertigungskosten pro laufendem Meter lediglich leistungs- und druckabhängig
dimensioniert werden muß. Der freie Sinkvorgang der Leitung nach dem Lösen der Aufhängungen
vermeidet unkontrollierbare Lastangriffe, wobei durch die zwangslose Ausnutzung
von Wasserwiderstand und Rückstellspannung der Leitung optimale Spannungszustände
geschaffen werden. Der abschließende Abrollvorgang der Leitung am Gewässergrund
verhindert nachträgliche Leitungsspannungen und -lagenänderungen. Das Aufhängen
der Leitung und insbesondere deren Sinkvorgang erfordert nur einen verhältnismäßig
geringen Arbeits- und Zeitaufwand, wodurch die Verlegungskosten in wirtschaftlich
niedrigen Größenordnungen gehalten werden können.
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Selbst bei- erheblichen Unebenheiten des Gewässergrunds können die
optimalen Spannungszustände in der Leitung dadurch aufrechterhalten werden, daß
das Lösen der Aufhängungen in Abhängigkeit vom Profil des Gewässergrunds zeitlich
derart gesteuert wird, daß der Sinkvorgang etwa dem Grundprofil angeglichen wird,
wobei gegebenenfalls auch die Sinkgeschwindigkeit der Leitung durch Vergrößern oder
Verkleinern der Leichterung und/oder des Tauchwiderstands an aufeinanderfolgenden
Leitungsbereichen jeweils individuell in Abhängigkeit
vom Grundprofil
gesteuert werden kann.
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Der Abrollvorgang der Leitung am Gewässergrund wird gesichert, indem
die Sinkgeschwindigkeit kurz vor dem Auftreffen der Leitung am Gewässergrund vom
einen Leitungsende her über die aufeinanderfolgenden Leitungsbereiche fortschreitend
beschleunigt wird.
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Dies geschieht bei einem im wesentlichen ebenen Seegrund durch Verringerung
der Leichterung, gegebenenfalls bis auf Null.
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Falls å jedoch der Gewässergrund erhebliche Unebenheiten aufweist,
ist es vorteilhaft, wenn die Leichterung sowohl während als auch nach dem Abrollen
der Leitung am Gewässergrund an Neigungsstrecken des Grundprofils überquerenden
Leitungsbereichen über die erforderliche Stützweite aufrechterhalten wird. Dadurch
werden unzulässige Leitungsdurchhänge und demzufolge unzulässige Durchhangsspannungen
der Leitung mit Sicherheit unterbunden.
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Falls die Länge der Unterwasserstrasse das Verlegen der Leitung in
zwei oder mehreren Teil strängen erzwingt und jeder der letzteren am folgestrangseitigen
Ende im Bereich des Wasserspiegrels mit dem Folgestrang verbunden werden mß, können
auch hierbei unzulässige Leitungsspannungen dadurch mit Sicherheit unterbunden werden,
daß der folgestrangseitige Endbereich jedes Teilstrangs zuerst in Form einer unzulässige
Leitungsradien ausschließenden Anstiegskurve aufgehängt bleibt, wobei vorzugsweise
mit elastisch nachgiebigen Aufhängekräften angegriffen wird, und diese verbleibenden
Aufhängungen
erst nach dem Anschluß des Folge strangs gelöst werden.
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Wie bereits eingangs erwähnt, liegt der Erfindung auch die Aufgabe
zugrunde, eine konstruktiv einfache Vorrichtung zum Durchführen des vorher beschriebenen
Verfahrens zu schaffen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein längs der Leitung flexibel verlaufend
an dieser befestigbar ausgebildetes Leichterungs-bzw. Auftriebskörpersystem, durch
dessen Unterteilung in-sowohl bezüglich des Auftriebsvolumens als auh der Auftriebsdauer
regelbar ausgebildete-Längenäbschni tte und durch zueinander abständlich über abgelängte
Trossen mit der Leitung von dieser trennbar verbundene Schwimmkörper. Die letzteren
werden vorzugsweise jeweils mit einer höchstens der maximal zulässigen Stützkraft
auf die Leitung entsprechenden Auftriebskraft ausgebildet, so daß Uberdehungen der
Leitung aus allen überhaupt möglichen lotrechten Lasten ausgeschlossen sind.
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Falls diese Schwimmkörper, wie bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Vorrichtung vorgesehen, langgestreckt schmal ausgebildet und an einem Stirnende
mit der zugeordneten Trosse verbunden werden, sind nicht nur die Auftriebs- sondern
auch Angriffsflächen verhältnismäßig klein und wesentliche Energieeinträge auf das
gesamte Leitungssystem durch den Wellengang des Gewässers sowohl in vertikaler als
auch horizontaler Ebene unterbunden.
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Da die Auftriebskörper, vorzugsweise endseitig wasserdicht verschlossene
Rohre, sowohl bezüglich Beulzeit als auch Beultiefe dimensioniert sind, können durch
zeit- und druckabhängiges Beulen der Auft#bskörper durch den Wasserdruck sowohl
die Sinkgeschwindigkeit der Leitung geregelt als auch deren Verlauf während
des
Sinkvorgangs im wesentlichen dem Profil des Gewässergrunds angeglichen werden. Bei
starken Unebenheiten, wie bei Mulden, Kuppen oder Abstürzen im Gewässergrund, werden
die Auftriebskörper an den die Unebenheiten überquerenden Leitungsbereichen zumindest
über die erforderliche Stützweite der Leitung vorzugsweise für eine unendliche Beulzeit
dimensioniert, d.h. die Leichterung der Leitung wird an diesen Leitungsbereichen
dauernd aufrechterhalten und vermindert unzulässige Leitungsdurchhänge bzw. Durchhaspannungen.
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Es ist auch zweckmäßig, wenn die Verbindungen zwischen den Schwimmkörpern
und der leitung bzw. den rossen mittels wenigstens einer Reißleine trennbar ausgebildet
sind, oder wenn an den Trossen jeweils ein Explosivkörper befestigt und an eine
Zündeinrichtung angeschlossen ist. Hierdurch können die Aufhängungen der Leitung
an den Schwimmkörpern entweder gleichzeitig oder in einer bestimmten zeitlichen
Reihenfolge gelöst werden, so daß die Leitung im ersteren Fall nach dem Lösen unter
Beibehaltung eines im wesentlichen geradlinigen Leitungsverlaufs auf dem Gewässergrund
absinkt, während sich der Sinkvorgang der Leitung bei einem zeitlich gesteuerten
Lösen der Aufhängungen in AbhänglgkeiS vom Profil des Gewässergrunds etwa dem Grundprofil
angleicht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnung näher
erläutert. In dieser zeigen: Fig.1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung
der vorherbeschriebenen Art im Bereich eines Leistungsabschnitts;
Fig.2
eine schematische Daaufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig.1; Fig.3 einen Schnitt
längs der Linie III-III von Fig.2; Fig.4 4~ eine vergrößert schematische Darstellung
des oberen Bereichs der Vorrichtung gemäß Fig.1 bis 3 in schaubildlicher Ansicht,
und Fig.5 bis 11 Jeweils eine schematische Darstellung aufeinanderfolgender Verfahrensschritte
zum Verlegen einer Unterwasserleitung.
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In der Fig.1 ist ein Abschnitt einer Unterwasserleitung, beispielsweise
einer Rohrleitung 1, dargestellt, mit der Auftriebskörper, beispielsweise endseitig
verschlossene Rohre 2, durch Verbinder3 , z.B.Kunststoffbänder,derart festsetzbar
verbunden sind, daß der stirnseitige Abstand zwischen benachbarten Rohren 2 wahlweise
bemessen#werden kann. Durch entsprechende Abstandswahl zwischen den Auftriebsrohren
2 kann eine Feindosierung der Auftriebskräfte bzw. des Sinkgewichts an den aufeinanderfolgenden
Längenbereichen der Leitung 1 herbeigeführt werden.
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Diese ist in einem Gewässer unterhalb des Wasserspiegels WSP:in wellengangfreier
Wassertiefe an zueinander abständlichen Aufhängepunkten 4 jeweils mittels einer
Trosse 5 an einem Schwimmkörper 6 aufgehängt, der langgestreckt schmal ausgebildet
ist und beim Ausführungsbeispiel aus zwei abstandsparallel miteinander verbundenen
Rohren
6a, 6b besteht.
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Die Trosse 5 ist mit dem Schwimmkörper 6 derart verbunden, daß dieser
in der lasttragenden Schwimmstellung eine im wesentlichen vertikale Lage einnimmt.
Beim Ausführungsbeispiel ist die Trosse 5 durch eine Öse 6c am unteren Ende des
Schwimmkörpers 6hindurchgezogen und, wie insbesondere der Fig.4 zu entnehmen ist,
mit dem oberen Ende des Schwimmkörpers 6 durch einen Steckbolzen 7 lösbar verbunden+
an dem eine Reißlinie 8 befestigt ist.
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Beim Ausführungsbeispiel besteht die Rohrleitung 1 aus zwei nebeneinander
verlaufenden Leitungen la, Ib, die miteinander in Abständen durch jeweils ein Distanzelement
9 verbunden sind, das mit wenigstens einer Sollbruchstelle 9a, beispielsweise Torsionsbruchstelle,
ausgebildet ist.
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In der die geleichterte Rohrleitung 1 lasttragenden Schwimmstellung
der Schwimmkörper 6 weisen diese jeweils gegenüber dem Wasserspiegel WSP einen derart
bemessenen Sicherheitsüberstand SU auf, daß dessen Auftriebskraft höchstens der
maximal zulässigen Stützkraft auf die Rohrleitung 1 entspricht. Am oberen Ende jedes
Stützkörpers 6 ist eine Signalleuchte 10 angeordnet.
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An der Trosse 5 ist mittels einer Hilfstrosse 11 ein weiterer Schwimmkörper
12 befestigt, der mit einem bestimmten Tauchwiderstand ausgebildet ist und in später
noch näher beschriebener Weise die Funktion eines Stabilisierungselements erfüllt.
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Die Leitung 1 wird vor dem Verlegen durch entsprechende Bemessung
bzw. Anordnung der Auftriebsrohre 2 auf ein Sinkgewicht geleichtert, das größer
als Null, jedoch kleiner als das Abtriebsgewicht der Leitung ist. Anschließend wird
die Leitung 1 an den Aufhångepunkten 4 mit den Sdwimmlrörpern 6 verbunden und an
diesen gemäß Fig.5 in vorherbeschriebener Weise in wellengangfreier Wassertiefe
etwa geradlinig bzw.
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horizontal verlaufend aufgehängt sowie über der Verlegungsstrecke
ausgerichtet. Selbst im Bereich einer Welle W verbleiben die Schwimmkörper 6 aufgrund
der vorherbeschriebenen Ausbildung und Auftriebsbemessung im wesentlichen in ihrer
Relativlage zum Wasserspiegel WSP,so daß auf die Leitung 1 keine unzulässigen Stützkräfte
oder Energieschläge ausgeübt werden. Bei größeren Wassertiefen ist es möglich oder
sogar notwendig, den Sinkvorgang durch Einleiten von Zugkräften in Achsrichtung
zu steuern.
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Nach dem Ausricht#en der Leitung 1 über der Verlegungsstrecke werden
gemäß Fig.6 die Verbindungen der Trossen 5 mit den Schwimmkörpern 6 durch Betätigen
der Reißleine 8 oder mittels der Explosivkörper in zeitlichen Abständen gelöst,
so daß die Leitung 1 fortschreitend zum Gewässergrund absinkt, wobei der Leitungsverlauf
durch entsprechend zeitliches Steuern des Lösens der Trossen 5 etwa dem Grundprofil
des Gewässers angeglichen werden kann. Bei einem im wesentlichen ebenen Grundprofil
des Gewässers und in gleichmäßigen zeitlichen Abständen erfolgenden Lösen der Aufhängungen
der Leitung 1 erhält diese während des Sinkvorgangs einen kontinuierlich ansteigenden
Verlauf und rollt beim Auftreffen am Gewässergrund am letzteren ab.
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Während des Sinkvorgangs der Leitung 1 kann deren Sinkgeschwindigkeit-durch
entsprechende Bemessung der weiteren Schwimmkörper 12 bzw. Stabilisierungselemente
gesteuert werden, die infolge ihrer verhältnismäßig großen Auftriebsflächen den
Tauchwiderstand der Leitung 1 vergrößern.
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Vorzugsweise werden die Auftriebsrohre 2 bezüglich der Beulfestigkeit
derart bemessen, daß die Beulung durch den Wasserdruck kurz vor dem Auftreffen der
Leitung 1 am Gewässergrund erfolgt, so daß die Sinkgeschwindigkeit der Leitung 1
vom einen Leitungsende her über die aufeinanderfolgenden Leitungsbereiche fortschreitend
beschleunigt wird und das Abrollen der Leitung 1 am Gewässergrund begünstigt.
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Bei einem unebenen Grundprofil GP des Gewässers gemäß Fig.? wird die
Leitung 1 bis zu einem Längenpunkt LP 1 mit Auftriebsrohren 2a geleichtert, die
bezüglich Beulfestigkeit für eine Beultiefe BT 1 und eine Beulzeit entsprechend
bemessen sind. Bis zu einem weiteren Längenpunkt LP 2 ist die Leitung 1 mit Auftriebsrohren
2b geleichtert, die für eine der dortigen Wassertiefe entsprechende Beultiefe und
eine Standzeit von beispielsweise 50 Jahren bzw. einer geschätzten Nutzungsdauer
der Leitung dimensioniert sind.
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Während, wie in Fig.8 eingezeichnet, eine Unebenheit des Grundprofils
GP an dem vom Längenpunkt LP 1 linksseitigen Bereich der Leitung 1 für diese eine
zulässige Stützweite SW 1 gewährleistet, verhindert eine rechtsseitig vom Längenpunkt
LP 1 der Leitung 1 erhebliche Unebenheit des Grundprofils GP
ein
Abrollen der Leitung 1 am Gewässergrund durch Beulen der Auftriebsrolle 2b, da hierbei
die zulässigen Leitun#'#sspannungen überschritten würden.
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Infolge der obenbeschriebenen Dimensionierung der Auftriebsrohre 2b
wird die Leichterung der Leitung 1 zwischen deren Längenpunkten LP 1, BP 2 dauernd
in derartiger Größenordnung aufrechterhalten, daß sich für die Leitung 1 gemäß Fig.9
eine zulässige Stützweite SW 2 ergibt, die unzulässige Leitungsspanrnrngen unterbindet
und ermöglicht, daß die Leitung 1 den steil abfallenden Bereich des Grundprofils
GP mit zulässig oder geunschten Radlen bis zum Leitungspunkt LP 2 überquert. Im
Anschluß an den letzteren ist die Leitung 1 mit Auftriebsrohren 2c verbunden, die
für eine gegenüber der Beultiefe GT 1 größere Beultiefe BT 2 und eine Standzeit
von beispielsweise 10 Ninunten bemessen sind, so daß die Leitung 1 über den an den
Längenpunkt LP 2 anschließenden Längenbereich durch Beulen der Auftriebsrohre 2c
auf einem im wesentlichen ebenen Gewässergrund abgerollt werden kann.
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Falls die Länge der Verlegungsstrecke zwei oder mehrere Teilstränge
der Leitung 1 erfordert, wird gemäß Fig.10 der folgestrangseitige Endbereich jedes
Teiistrangs mit Abfangschwimmern 6' über abgelängte Drosseln 5a ... 5f verbunden.
Diese sind derart abgelangt, daß der foigestrangseitige Endbereich Jedes Teilstrangs
nicht mit dem vorgelagerten Strangbereich am Gewässergrund abrollt, sondern bis
zur Verbindung mit dem Folgestrang an den Abfangschwimmern 6' in Form einer Anstiegskurve
angehängt bleibt, die unzulässige Krümmungsradien der Leitung ausschließt. Die Abfangschwimmer
6' sind ebenso wie die Schwimmkörper 6 langgestreckt schmal ausgebildet und an einem
Stirnende mit den abgelängten Trossen 5a ... 5f
verbunden, so daß
jeder Abfangschwimmer beim Spannen der zugeordneten Trosse kurzzeitig unter die
Wasseroberfläche eintauchen kann und dadurch die Sinkgeschwindigkeit des folge strangseitigen
Endbereichs der Leitung 1 elastisch abbremst bzw. an dieser mit elastisch nachgiebiger
Aufhängekraft angreift.
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Die Abfangschwimmer 6' sind gegenüber den Schwiuimkörpern 6 außerdem
auf die durch Leitungsradien entstehenden Rückstellspannungen sowie auf die Tauchtiefe
beulsicher dimensioniert.
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Der folgestrangseitige Endbereich der Leitung 1 wird im Anfangsbereich
der Anstiegskurve zwischen einem Leitungspunkt LP 3 und einem Leitungspunkt IF 4
mit den bereits vorherbeschriebenen Auftriebsrohren 2b verbunden, während vom Leitungspunkt
LP 4 bis zum folgestrangseitigen Ende des Teilstrangs am letzteren die gleichfalls
bereits früher beschriebenen Auftriebsrohre 2a befestigt sind.
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Falls das Abrollen der Leitung 1 am Gewässergrund nicht durch Beulen
der Auftriebsrohre 2 herbeigeführt werden kann, beispielsweise infolge eines schwierigen
Grundprofils des Gewässers und/oder infolge des Erfordernisses einer besonderen
Lagengenauigkeit der Leitung 1, wird dieser ein Auftriebskörpersystem zugeordnet,
das gemäß Fig.11 aus wenigstens einem durchlaufenden Rohrstrang 2' besteht, der
sich längs der Leitung 1 erstreckt und mit dieser verbunden ist. Der Rohrstrang
2' ist an einem Ende an ein Regelventil einer Druckwasserquelle anschließbar ausgebildet
und am anderen Ende mit einem Luftauslaßventil 13 ausgestattet. Im Rohrstrang-2'
ist zwischen der Druckwasser- und der Luftsäule ein längs der inneren Rohrwandung
verschieblicher Kolben, beispielsweise Gummimolch, angeordnet. Die Abrollgeschwindigkeit
der Leitung 1 wird durch das Druckwasserventil am
einen Leitungsende
und das Luftauslaßventil 13 am anderen Leitungsende gesteuert, wobei der Absenkvorgang
der Leitung 1 beliebig unterbrochen und die Leitung lagenmäßig vor dem Auftreffen
am Gewässergrund korrigiert werden kann. Das Heben oder die nachträgliche Lägenkorrektur
einer Leitung mit einem Gesamt-Abtriebsgewicht größer als Null wird durch Molchen
von der Luftseite her und bei einem Abtriebsgewioht kleiner als Null durch zusätzliches
Anheben bzw. durch Nachfahren eines Verlegen schiffs 14, also durch einfache Umkehrung
des Verlegevorgangs herbeigeführt.
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Im Bereich der Wasserfüllung des über die gesamte Länge beulsicher
ausgebildeten Rohrstrangs 2' ergibt sich für die Leitung 1 eine zulässige Stützweite
SW 3, während bei einem luftgefüllten Längenbereich des Rohrstrangs 2' infolge der
hierdurch vergrößerten Leichterung der Leitung 1 für diese eine zulässige Stützweite
SW 4 resultiert.
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- Patentansprüche -