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"Verfahren und Vorrichtung zum Verlegen von
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Rchrleitungen in großen Meer@stiefen" Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Verlegen von Rchrleitungen in großen Meerestiefen, wobei
an Land gefertigte Rohrstränge schwimmend zu der Verlegestelle geschleppt, dort
abgesenkt und nut er Wasser miteinander verbunden werden.
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Zur Verlegung von Rohrleitungen auf den Meeresboden sind mehrere Verfahren
bekannt. Das zur Zeit überwiegend angewandte Verlegeverfahren ist die sogenannte
Stinger - Methode. Hlerbei werden einzelne $ohrabschnitte von etwa 12 m bzw. 24
m Länge(Einfach-bzw. Doppeljoint - Rohre) an Bord eines Spezialschiffes in mehreren
hintereinander angeordneten Schweißstationen miteinander zur Rohrleitung verschweißt,
welche über eine bogenförmige Rampe ("Stinger") in einer S-förmigen Kurve auf den
Meeresboden abgesenkt wird. Die im kontrollierbaren WinlLel in das Wasser hineinragende,
fest oder gelenkig am llcck des Verlegeschiffes hefestigte Rampe hat die Aufgabe,
die Krümmung der Rohrleitung beim Verlassen des Verlegeschiffes in zulässigen Grenzen
zu halten.
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line weitere charakteristische Einrichtung für die Stinger - Methode
ist die Rohrhaltevorrichtung, der sogenannte Tensi oner, welcher gewöhnllch hinter
der letzten Schweißstation angeordnet ist und Haltekräfte auf die betonummantelten
und korrosionsgeschützten Rohre aufzubringen hat. Die Verlegung wurde bisher in
Wassertiefen unter 200 m durchgeführt. Durch leichte Neigung der Rohrfertigungsstrecke
(Produktionsl inle) an Bord des Verl eaesohiffes sollen Wassertiefen bis zu 400
m erreicht werden.
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Eine vielfach erörterte Verlegemethode macht von einer geradi iiiigen,
geneigten Rampe Gebrauch ("Inclined - fiamp - Method").
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Anders als bei dem Stinger - Verfahren, bei dem die Rohrleitung
in
einer S-förmigen Kurve auf den Meeresboden abgesenkt wiru, weist die von dem Verlegeschiff
ablaufende Rohrleitung eine J-Form auf, Vorteile dieser geneigten Rampe sind das
Entfallen aufwendiger und beschädigungsanfälliger Stingerkonstruktionen und die
wesentlich geringere Beanspruchung der Rohrleitung während der Verlegung. Nachteile
sind aber darin zu sehen, daß sich infolge der relativ kurzen Produktionslinie an
Bord des Verlegeschiffes bei Anwendung konventioneller Pipeline-Schweißtechniken
nur geringe Verlegeleistungen erzielen lassen. Hinzu kommt, daß herkömmliche "Tensioner"
nicht angewendet werden können, da sie für diese Methode zu viel Raum benötigen.
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Ein weiteres Verlegeverfahren ist die sogenannte "Reel-Method", bei
der lange Rohrstränge von 5.000 bis zu 30.000 m an Land auf eine große Rolle ("Reel")
mit einem etwa dem vierzigfachen Rohrdurchmesser entsprechenden Durchmesser aufgespult,
zum Verlegeort geschleppt und dort wieder abgewickelt und auf den Meeresboden abgesenkt
werden. Da für dieses Verfahren eine Betonummantelung nicht aufgebracht werden kann,
muß das Durchmesser/ Wanddicken-Verhältnis der Rohrleitung, die teilweise beim Aufspulen
plastisch verformt wird, so bemessen sein, daß mit Sicherheit ein ausreichender
negativer Auftrieb vorhanden ist. Dieses Verfahren eigent sich für das Verlegen
von Leitungen kleinerer Durchmesser. Es wurde bisher Rohrleitungen mit Duchmessern
bis 300 mm NW in Meerestiefen bis 300 m verlegt. Durch senkrechte Anordnung der
Rolle soll die Verlegung von Rohrleitungen mit Durchmessern von 600 mm NW in Wassertiefen
bis 400 m durchgeführt werden können.
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Mehrfach angewendet wird das Einschwimmverfahren, die sogenannte Flotation-Method,
bei der lange Rohrstränge von 500 bis zu 2.000 m an Land vorgefertigt, dann zum
Verlegeort geschleppt und dort mit Hilfe von Auftriebskörpern nacheinander einzeln
waagerecht abgesenkt werden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der DT-OS
19 55 534 beschrieben. Die Verbindung der einzelnen waagerecht vorliegenden Rohrstränge
erfolgt dabei im versenkten Zustand, und zwar mittels Flanschen, wobei die jeweiligen
Enden
mittels besonderer Einrichtungen zum Führen und Zentrieren aneinander herangeführt
werden. Das Verschrauben der Rohrflansche wird von Tauchern vorgenommen. Dieses
Verfahren eignet sich für das Verlegen von Rohrleitungen kleinerer Durchmesser in
relativ ruhigen Gewässern begrenzter Tiefe. Für große Rohrdurchmesser und große
Meerestiefen ist es nicht anwendbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und die für
dessen Durchführung geeigneten Vorrichtungen zu schaffen, mit denen die Verlegung
von Rohrleitungen mit Durchmessern von beispielsweise bis 1016 mm NW in Meerestiefen
von ca. 1000 m unabhängig von den See- und Witterungsbedingungen ermöglicht wird
und wobei die zu installierenden Leistungen und die auf die Verlegekomponenten und
den Rohrstrang einwirkenden Kräfte verhältnismäßig gering gehalten werden können.
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Gelöst wird die Aufgabe mit den in den Patentansprüchen gekennzeichneten
Verfahren und Vorrichtungen.
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Die Erfindung ist anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles
näher erläutert, und zwar zeigen: Abbildungen 1 und 2 eine Ansicht der Arbeitsstation
von der Seite bzw. von oben (Tauchboot mit Andockkammer)0 Abbildung 3 einen Querschnitt
durch Andockkammer, Arbeitsstation und Führungsrahmen.
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Abbildung 4 den an die Andockkammer angeschlossenen Behälter für die
Rohrstränge.
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Abbildungen 5 bis 7 den Behälter mit einem Rohrstrang in verschiedenen
Arbeitspositionen.
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Abbildung 8 Querschnitt durch den Behälter mit Ladeluke.
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Abbildung 9 den See transport des Behälters und
Abbildungen
10 bis 12 das Heranführen des Behälters an die Arbeitsstation in verschiedenen Positionen.
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Gemäß den Abbildungen 1 und 2 ist die unterseeische Arbeitsstation
aus Gewichts- und Stabilitätsgründen aus einem katamaranähnlichen Tauchboot mit
den Rümpfen 1, den schwenkbaren Führungsrahmen2 und den Verbindungsbrücken 3 gebildet,
zwischen welchen sich die Andockkammer 4 befindet. Diese und die Führungsrahmen
sind um eine horizontale Achse bis zu 45° schwenkbar.
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Die Andockkammer 4 enthält die zum Verbinden der Rohrstränge notwendigen
Einrichtungen. Wie schematisch angedeutet, ist das Tauchboot mit Hauptantrieben
5, Querstrahlantrieben 6 und Vertikalstrahlantrieben 7 versehen, die für das dynamische
Positionieren am Verlegeort erforderlich sind. Außerdem enthält es die Energiestation
und die Mannschafts- und Bedienungsräume. In den Aufenthalts- und Bedienungsräumen
für die Mannschaft herrschen normale atmosphärische Bedingungen. Die Energie kann
der Arbeitsstation von einer Oberflächenboje über ein Kabelbündel zugeführt werden.
Eine andere Lösung ist die Energieerzeugung mittels Dieselgeneratoren auf der Arbeitsstation,
wobei die erforderliche Verbrennungsluft und die anfallenden Abgase über einen Schnorchel
zu bzw. abgeführt werden. Schließlich käme auch außenluftunabhängige Nuklear - Energieerzeugung
in Betracht.
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Das Tauchboot muß einen ständigen senkrechten und waagerechten Schub
auf das obere Rohrleitungsende ausüben, um zu verhindern, daß der Rohrstrang im
Bereich des Unterbogens am Meeresboden infolge Beulung abknickt. Die senkrechten
Kräfte werden von Auftriebs zellen, die in den Verbindungsbrücken 3 untergebracht
sind, die waagerechten vom Hauptantrieb 5 erzeugt. Die zur Erzeugung des erforderlichen
Schub für den Rohrstrang, den Behälter und die Arbeitsstation von den Propellern
abgegebene Leistung schwankt je nach Rohrgröße, Anströmgeschwindigkeit und Anströmrichtung
zwischen 5.000 und 12.000 kW.
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Das Tauchboot hat eine Formverdrängung von ca. 11.700 m3. Der Druckkörper
- Durchmesser der Rümpfe 1 beträgt 8 m. Die schwenkbare Andockkammer 4 besitzt im
Inneren den eigentlichen Arbeitsraum 8 mit einem Durchmesser von 5 m (Abbildung
3). Die Andockkammer ist vom Tauchboot über druckfeste Verbindungsschleusen 9 zugänglich.
Mit 10 sind die Durchgänge für das Bedienungspersonal bezeichnet, durch welche die
Arbeitskammer betreten werden kann. Die Rohrstränge, deren Enden mit der bereits
abgesenkten Rohrleitung verbunden werden sollen, werden der Kammer 8 durch die Einlaßschleuse
11 zugeführt. Die verschweißte Rohrleitung verläßt die Kammer durch die Schleuse
12. An der Einlaßseite haben die Wandflächen 13 der Andockkammer eine konische Form.
Diese dient als Zentrierung für den anzudockenden Behälter, der die Rohrstränge
der Arbeitskammer zuführt. Durch Verfahren des Tauchbootes in Verlegerichtung und
Absenken des in der Arbeitskammer angesetzten Rohrstranges wird die Rohrverlegung
durchgeführt.
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Die Arbeitsstation kann auch Versorgungsbasis für kleinere Hilfstauchboote
sein, die auf vorgesehenen Schleusen andocken können.
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Sie dienen dem Mannschafts- und Materialtransport für Hilfsarbeiten
und ggf. für die notwendigen Inspektionsarbeiten. Zwei weitere Hilfsfahrzeuge fahren
am Boden mit Trossenverbindung zur Plattform vor dieser her, um notfalls Schnellanker
zu setzen.
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Sie werden von der Station mit Energie versorgt.
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Der die Rohrstränge enthaltende Großraumbehälter 14 ist als Zylinder
ausgebildet (Abbildung 4). Das Kopfende 15 und das Fußende 16 enthalten die Trimm-
und Regelzellen 17, der Mittelteil des Behälters hat außen Tauchzellen 18. Durch
Fluten der Tauchzellen wird der Tauchvorgang des Behälters eingeleitet. Das Heranführen
des Behälters an die Andockkammer und das Einstellen der gewünschten Neigung wird
durch Fluten bzw. Lenzen der Regel-und Trimmzellen vorgenommen. Dieser Vorgang wird
durch Fernbedienung sowohl vom Hochseeschlepper als auch von der Arbeitsstation
aus gesteuert. Die dazu notwendigen Einrichtungen sind
nicht dargestellt.
Das Fußende 16 enthält die Öffnung 19, durch die die Rohrschleuse 11 der Arbeitskammer
8 hindurchragt. Es weist die konischen Flächen 20 auf, die sich bei Andocken an
die Andockkammer 4 an deren in gleicher Weise ausgebildeten Flächen 13 anlegen,
wodurch an der Andockkammer eine Zentrierung der Eintrittsschleuse 11 in der Öffnung
19 bewirkt wird. Mit 9 sind die Durchgänge für das Bedienungspersonal bezeichnet,
durch welche die Andockkammer 4 von den Rümpfen 1 des Tauchbootes betreten werden
kann. Die Schwenkachse, um welche die Andockkammer gedreht wird, ist mittig zu den
Durchgängen 9. Unabhängig davon kann der Führungsrahmen 2 um dieselbe Schwenkachse
geneigt werden. In waagerechter Schwimmlage des Behälters ist oben die Ladeluke
21 (Abbildung 8) vorgesehen, durch die die Beladung der Rohrstränge an Land erfolgt.
Die Rohre sind am Behälterkopf und -fuß in einem Rohrstranghalterost 22 arretiert.
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Im Inneren des Behälters 14 ist eine vom Tauchboot aus fernsteuerbare
Rohrstrang - Transportvorrichtung 23 angeordnet, die die Rohrstränge, von denen
einer mit 24 bezeichnet ist (Abbildungen 5 und 6), nach dem Andocken des Behälters
14 an die Andockkammer 4 zur Rohrschleuse 11 transportiert und durch die Schleuse
in die Arbeitskammer 8 absenkt.
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Die einzelnen Arbeitsschritte sind in den Abbildungen 5 bis 7 veranschaulicht.
Zum Einführen der Rohrstränge in die Arbeitskammer 8 wird der obere Schleusendeckel
25 geöffnet und der erste Rohrstrang 24 in die Schleuse 11 abgesenkt. Eine darin
angeordnete Membrandichtung 26 wird nach oben verfahren und auf den vorgesehenen
Dichtflächen 27 des Rohrstranges mittels Hydraulikdichtungen festgesetzt. Nach der
Dichtigkeitsprüfung wird das im unteren Schleusenraum befindliche Wasser gelenzt
und der untere Schleusendeckel 28 geöffnet. Danach wird der Rohrstrang so weit abgesenkt,
daß die untere Rohrabschlußkappe 29 gelöst und abgenommen werden kann. Der Rohrstrang
bleibt durch seine obere Abschlußkappe 30 druckfest verschlossen. Eben -so wird
nun die obere Abschlußkappe 31 der unten in die Arbeitskammer hineinragenden Rohrleitung
32 entfernt und der Rohrstrang 24 in Verbindungrslage gebracht (Feinpositionierung).
In jeder Halteposition des Rohrstranges werden zusätzliche Dichtungen
zur
Entlastung der Membrandichtung zur Anlage gebracht (Abbildung 6).
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Die Rohrleitung ist unterhalb der Verbindungsstelle 33, bevor sie
die Arbeitskammer 8 verläßt, in einer formschlüssigen Rohrhaltevorrichtung 34 befestigt.
Eine zweite außenliegende Rohrhalterung 35 greift außerhalb der Arbeitskammer und
unterhalb der Rohrführung 36 formschlüssig das Rohr. Der Formschluß wird rohrseitig
dadurch ermöglicht, daß die normale Rohrwanddicke an den beiden zu greifenden Enden
der Rohrstranglänge verstärkt wird, beispielsweise bis auf den Durchmesser des Betonmantels,
und in diese Rohrverdickungen die erforderlichen Nuten 37 (bzw. andere formschlüssige
Konturen) eingearbeitet werden (Abbildung 3).
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Sind die Rohrverbindungsarbeiten und die Prüfung durchgeführt und
die Korrosionsschutzbeschichtung aufgebracht, wird die Arbeitskammer 8 von der Bedienungsmannschaft
verlassen und "trocken" auf den der Arbeitstiefe entsprechenden hyperbarischen Druck
gebracht und die Dichtungen in den Schleusen gelöst. Lediglich in der oberen Schleuse
verhindert eine Labyrinthdichtung den Verlust der Luft aus der Arbeitskammer. Die
obere Rohrhaltevorrichtung 34 wird gelöst, während außen die untere Rohrhalterung
35 um eine Rohrstranglänge abfiert, bis ein neues Formschluß teil innen die obere
Rohrhaltevorrichtung erreicht. Nun greifen die Backen der oberen RohrhalLevorrichtung
in die vorgesehenen Aussparungen und übernehmen die Haltekräfte. Die untere Haltevorrichtung
löst die Backen und wird in die nächste Haltepo sition nach oben verfahren. Dort
greift sie erneut das Rohr und steht für das nächste Arbeitsspiel bereit.
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Die Länge eines Rohrstranges beträgt etwa 66 m. Der Behälter 14 hat
einen Durchmesser von 15 in und eine Länge von etwa 100 m.
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Sein Gesamtgewicht mit voller Roitrstrangladung beläuft sich auf etwa
9.000 t.
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Als Rohrverbindungsverfahren kommen vorzugsweise solche in Betracht,
die
keine Vergrößerung des Rohrdurchmessers bedingen.
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Das sind in erster Linie die Schweißverfahren. Als Sonderschweißverfahren
könnte ggf. das Elektronenstrahlschweißen angewandt werden, da die ohnehin vorhandenen
Dichtelemente gegen den Außendruck auch zur Aufrechterhaltung des zu erzeugenden
erforderlichen niedrigen Absolutdruckes verwendet werden können.
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Dieses Verfahren erlaubt kürzeste Verbindungszeiten, die in diesem
System mitbestimmend für den Verlegefortschritt und damit für die Wirtschaftlichkeit
sind. Bei früherer Realisierung unter Verwendung herkömmlicher Schweißverfahren
kommt das halbautomatische Schutzgasschweißen in Betracht mit Fertigstellen eines
Verbindungsvorganges in ca. 2 1/2 Stunden. Die Zeitintervalle, die neben der Schweißzeit
auch Prüfung, Isolierung und die Vorgänge der Rohrzuführung aus dem Behälter 14
und schließlich das Absenken selbst beinhalten, betragen nach überschlägiger Schätzung
unter Anwendung der halbautomatischen Schutzgas schweißung ca. 4 Stunden. Damit
können je 24 Stunden ca. 400 m Rohrleitung verlegt werden.
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Abbildung 9 veranschaulicht den Seetransport des Behälters 14.
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Zwei Seeschlepper nehmen ihn in Schlepp und verbringen ihn an den
Verlegeort.
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Gemäß Abbildungen 10 bis 12 werden am Verlegeort von dem Tauchboot
mindestens zwei mit Auftriebskörpern 38 versehene Führung trossen 39 geslipt und
am Fußende des Behälters belegt (Abbildung 10). Durch Fluten der Tauchzellen 18
wird der Behälter auf Tauchtiefgang gebracht (Abbildung 11) und schwimmt mit geringem
Freibord mit dem Reserveauftrieb der Trimm- und Regelzellen 17. Durch Fluten der
unteren Regelzelle wird das Ein schwenken des Behälters in senkrechte Lage eingeleitet.
Mit einem verbleibenden Reserveauftrieb, der dem Behälter eine stabile Lage im Wasser
sichert, wird dieser mit den Führungstrossen auf den schwenkbaren Führungsrahmen
2 zum Tauchboot gezogen und verriegelt. Durch Fluten einer bestimmten AnzahL von
Trimmzellen in einer vorgegebenen Reihenfolge wird der Behalter mit dem Führungsrahmen
2 geneigt, bis der Neigungswinkel
der Andockkammer 4 erreicht ist.
Mit der hydraulischen Verblockungseinrichtung 40 wird der Führungsrahmen mit der
Andockkammer festgesetzt. Die hydraulischen Hubwerke 41 am Führungsrahmen 2 senken
den Behälter 14 kontrolliert auf die Andockkammer 4 ab. Der Behälter hat in diesem
Zustand weiterhin einen geringen Reserveauftrieb. Die hydraulische Verblockung zwischen
dem Behälter und der Andockkammer wird im Süllring 42 der Andockkammer vorgenommen.
Der Gewichtsausgleich während des Verlegevorganges wird durch Fluten von Regelzeilen
auf der Arbeitsstation kompensiert. Der leere Behälter wird in umgekehrter Reihenfolge
der Andockvorgänge mit seinem Reserveauftrieb an die Oberfläche gebracht.
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- Patentansprüche -
L e e r s e i t e