DE2659236C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Verlegen von Rohrleitungen in großen Meerestiefen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verlegen von Rohrleitungen in großen Meerestiefen, wobei an Land gefertigte Rohrstränge schwimmend zu der Verlegestelle geschleppt, dort abgesenkt und unter Wasser miteinander verbunden werden.

Zur Verlegung von Rohrleitungen auf den Meeresboden sind mehrere Verfahren bekannt. Das zur Zeit überwiegend angewandte Verlegeverfahren ist die sogenannte Stinger-Methode. Hierbei werden einzelne Rchrabschnitte von etwa 12m 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

ίο Meeresboden abgesenkt wird. Die im kontrollierbaren Winkel in das Wasser hineinragende, fest oder gelenkig am Heck des Verlegeschiffes befestigte Rampe hat die Aufgabe, die Krümmung der Rohrleitung beim Verlassen des Verlegeschiffes in zulässigen Grenzen zu halten.

Eine weitere charakteristische Einrichtung für die Stinger-Methode ist die Rohrhaltevorrichtung, der sogenannte Tensioner, welcher gewöhnlich hinter der letzten Schweißstation angeordnet ist und Haltekräfte auf die betonummantelten und korrosionsgeschützten Rohrs aufzubringen hat. Die Verlegung wurde bisher in Wassertiefen unter 200 m durchgeführt. Durch leichte Neigung der Rohrfertigungsstrecke (Produktionslinie) an Bord de* Verlegeschiffes sollen Wassertiefen bis zu 400 m erreicht werden.

Eine vielfach erörterte Verlegemethode macht von einer geradlinigen, geneigten Rampe Gebrauch (»lnclinde-Ramp-Method«). Anders als bei dem Stinger-Verfahren, bei dem die Rohrleitung in einer S-förmigen Kurve aiJ den Meeresboden abgesenkt wird, weist die

i" von dem Verlegeschiff ablaufende Rohrleitung eine J-Form auf. Vorteile dieser geneigten Rampe sind das Entfallen aufwendiger und beschädigungsanfälliger Slingerkonstruktionen und die wesentlich geringere Beanspruchung der Rohrleitung während der Verle-

J5 gung. Nachteile sind aber 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 »Tensio-

4<> ner« nicht angewendet werden können, da sie für diese Methode zu viel Raum benötigen.

Ein weiteres Verlegeverfahren ist die sogenannte »Reel-Method«, bei der lange Rohrstränge von 5000 bis zu 30 000 rn 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 eignet sich für das Verlegen von Leitungen kleinerer Durchmesser. Es wurden bisher Rohrleitungen mit Durchmessern 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.

Mehrfach angewendet wird das Einschwimmverfahren, die sogenannte »Flotation-Method«, bei der lange Rohrstränge von 500 bis zu 2000 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 DE-OS 19 55 534 beschrieben. Die Verbindung der einzelnen waagerecht vorliegenden

Rohrstränge erfolgt dabei im versenkten Zustand, und r.war mittels Flanschen, wobei die jeweiligen Enden mittels besonderer Einrichtungen zum Führen und Zentrieren aneinander herangeführt we.den. 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zuschaffen, mit der 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 Leitungen und die auf die Verlegekomponenten und den Rokrstrang einwirkenden Kräfte verhältnismäßig gering gehalten werden können.

Gelöst wird die Aufgabe mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorzugsweise Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich geworden Rohre großen Durchmessers in sehr großen Meerestiefen zu verlegen.

Die Erfindung ist anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, und zwar zeigen

Fi g. 1 und 2 eine Ansicht der Arbeitsstalion von der Seite bzw. von oben (Tauchboot mit Andockkammer),

Fig. 3 einen Querschnitt durch Andockkammer, Arbeitsstation und Führungsrahmen,

F i g. 4 den an die Andockkammer angeschlossenen Behälter für die Rohrstränge,

Fig.5 bis 7 den Behälter mit einem Rohrstrang in verschiedenen Arbeitspositionen,

F i g. 8 Querschnitt durch den Behälter mit Ladeluke,

F i g. 9 den Seetransport des Behälters und

Fig. 10 bis 12 das Heranführen des Behälters an die Arbeitsstation in verschiedenen Positionen.

Gemäß den F i g. 1 und 2 ist die unterseeische Arbeitsstation aus Gewichts- und Stabilitätsgründen aus einem katamaranähnlichen Tauchboot mit den Rümpfen 1, den schwenkbaren Führungsrahmen 2 und den Verbindungsbrücken 3 gebildet, zwischen weichen sich die Andockkammer 4 befindet. Diese und die Führungsrahmen sind um eine horizontale Achse bis zu 45° schwenkbar. 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 Mannschaftsund 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.

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 Auftriebszellen, die in den Verbindungsbrücken 3 untergebracht sind, die waagerechten vom Hauptantrieb 5 erzeugt. Die zur Erzeugung des erforderlichen Schübe= für den Rohrstrang, den Behälter und die Arbeitsstation von den Propellern abgegebene Leistung schwankt je nach Rohrgröße, Anströmgeschwindigkeit ur»d Anströmrichtung zwischen 5000 und 12 000 kW.

Das Tauchboot hat eine Formverdrängung von ca. 11 χ 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 (F i g. 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 veriäßt die Kammer durch die Schleuse 12 An der Einlaßsei'e 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.

Die Arbeitsstation kann auch Versorgungsbasis fur kleinere Hilfstauchboote sein, die auf vorgesehenen Schleusen andocken können. Sie dienen dem Mannschafts- und Materialtransport für Hilfsarbeiten und ggf. für die notwendigen Inspektionsarbeiten. Zwei weitere

S5 Hilfsfahrzeuge fahren am Boden mit Trossenverbindung zur Plattform vor dieser her, um notfalls Schnellanker zu setzen. Sie werden von der Station mit Energie versorgt.
Der die Rohrstränge enthaltende Großraumbehälter

w 14 ist als Zylinder ausgebildet (F i g. 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

so 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 bein 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 (Fig.8) vorgesehen, durch die die Beladung der Rohrstränge an Land erfolgt. Die Rohre sind am Behälterkopf und -fuß in einem Rohrstranghalterost 22

arretiert. 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 (Fig.5 und 6), nach dem Andocken des Behälters 14 an die Andockkammer Ί 4 zur Rohrschleuse 11 transportiert und durch die Schleuse in die Arbeitskammer 8 absenkt.

Die einzelnen Arbeitsschritte sind in den F i g. 5 bis 7 veranschaulicht. Zum Einführen der Rohrstränge in die Arbeitskammer 8 wird der obere Schleusendeckel 25 iu 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 i"> wird das im unteren Schleusenraum befindliche Wasser gelenzt und der untere Schleusendecke! 28 geöffnet. Danach wird der Rohrstrang so weit abgesenkt, daß die unlere Rohrabschlußkappe 29 gelöst und abgenommen werden kann. Der Rohrstrang bleibt durch seine obere 2» Abschlußkappe 30 druckfest verschlossen. Ebenso wird nun die obere Abschlußkappe 31 der unteren in die Arbeitskammer hineinragenden Rohrleitung 32 entfernt und der Rohrstrang 24 in Verbindungslage gebracht (Feinpositionierung). In jeder Halteposition des Rohr- r> stranges werden zusätzliche Dichtungen zur Entlastung der Membrandichtung zur Anlage gebracht (Fig. 6).

Die Rohrleitung ist unterhalb der Verbindungsstelle 33, bevor sie die Arbeitskammer 8 verläßt, in einer formschlüssigen Rohrhaltevorrichtung 34 befestigt, i<> 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 r. 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(Fig. 3). ■*»

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 ^r!l1 um eine Rohrstranglänge abfiert bis ein neues Formschlußteil innen die obere Rohrhaltevorrichtung erreicht. Nun greifen die Backen der oberen Rohehalte vorrichtung in die vorgesehenen Aussparungen und übernehmen die Haltekräfte. Die untere Haltevorrich- ^r>"· tung löst die Backen und wird in die nächste Halteposition nach oben verfahren. Dort greift sie erneut das Rohr und steht für das nächste Arbeitsspiel bereit

Die Länge eines Rohrstranges beträgt etwa 66 m. Der ^wl Behälter 14 hat einen Durchmesser von 15 m und eine Länge von etwa 100 m. Sein Gesamtgewicht mit voller Rohrstrangladung beläuft sich auf etwa 9000 t.

Als Rohrverbindungsverfahren kommen vorzugsweise solche in Betracht, die keine Vergrößerung des Rohrdurchmessers bedingen. 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. Dieses Verfahren erlaubt kürzeste Verbindungszeilen, die in diesem System mitbestimmend für den Verlegeforlschritt 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'/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 Schulzgasschweißung ca. 4 Stunden. Damit können je 24 Stunden ca. 400 m Rohrleitung verlegt werden.

F i g. 9 veranschaulicht den Seetransport des Behälters 14. Zwei Seeschlepper nehmen ihn in Schlepp und verbringen an den Verlegeort.

Gemäß Fig. 10 bis 12 werden am Verlegeort von dem Tauchboot mindestens zwei mit Auftriebskörpern 38 versehene Führungstrossen 39 geslipt und am Fußende des Behälters belegt (Fig. 10). Durch Fluten der Tauchzellen 18 wird der Behälter auf Tauchtiefgang gebracht (Fig. 11) und schwimmt mit geringem Freibord mit dem Reserveauftrieb der Trimm- und Regelzellen 17. Durch Fluten der unteren Regelzelle wird das Einschwenken des Behälters in senkrechter Lage eingeleitet. Mit einem verbleibenden Reserveauftrieb, der dem Behälter eine stabile Lage im Wasser sichert, wird dieser mit den Führungslrossen auf den schwenkbaren Führungsrahmen 2 zum Tauchboot gezogen und verriegelt. Durch Fluten einer bestimmten Anzahl von Trimmzellen in einer vorgegebenen Reihenfolge wird der Behälter 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 Rcscrveaiiftrieb. D:e hydraulische Verblockung zwischen dem Behälter und der Andockkammer wird im Süllring 42 der Andockkammer vorgenommen. Der Gewichtsausgleich während des Verlegevorganges wird durch Fluten von Regelzellcn auf der Arbeitsstation kompensiert Der leere Behälter wird in umgekehrter Reihenfolge der Andockvorgänge mit seinem Reserveauftrieb an die Oberfläche gebracht

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verlegen von Rohrleitungen in großen Meerestiefen, wobei an Land vorgefertigte Rohrstränge schwimmend zu der Verlegestelle geschleppt, dort abgesenkt und unter Wasser miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Verbinden der Rohrstränge und zum Absenken der gebildeten Rohrleitung vorgesehene Arbeitsstation aus einem in Gestalt eines mit Antrieben (5, 6, 7) dynamisch positionierten Katamarans ausgebildeten Doppelrumpf-Tauchboot (1) und einer zwischen den Rümpfen schwenkbar angeordneten Andockkammer (4) besteht, die mit einer Arbeitskammer (8), einer druckdichten Einlaßschteuse (11) und einer druckdichten Austrittsschleuse (12) für die abzusenkende Rohrleitung versehen ist, und daß zum Transport der Rohrstränge sowie zu deren Zuführung zu der Arbeitskammer (8) ein zylindrischer Großraumbehälter (14) dient, dessen mittlerer Teil als Rohrstranglager ausgebildet und mit umgebenden Tauchzellen (18) zum Überführen in den Tauchzustand ausgerüstet ist, dessen unteres Ende Trimm- und Regelzellen (17) zum Trimmregeln und eine Öffnung (19) zur Entnahme der Rohrstränge und dessen oberes Ende mit Trimm- und Regelzellen (17) zum Trimmregeln ausgerüstet ist und der in seinem Inneren Halterungen (22) für die Rohrstränge und eine hydraulisch angetriebene Rohrstrang-Transporteinrichtung (23) aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungsrahmen (2), der zur Aufnahme der Behälteraufhängung (43) dient, unabhängig von der Andockkammer schwenkbar angeordnet ist, daß der Behälter mittels der Hubwerke (41) nach dem Einschwenken kontrolliert so weit absenkbar ist, daß die Austrittsseite des Behälters und die Einlaßseite der AndGckkammer, die konische Auflageflächen (20) und (13) aufweisen, zur Anlage bringbar sind und eine hydraulische Verblockung zwischen Behälter und Andockkammer in einem Süllring (42) vornehmbar ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung unterhalb der Rohrverbindungsstelle (33), bevor sie die Arbeitskammer (8) verläßt, in einer inneren Rohrhaltevorrichtung (34) und einer äußeren Rohrhaltevorrichtung (35) formschlüssig durch Nuten (37) in der Rohrwandung gehalten und in der Weise absenkbar ist, daß die innere Rohrhaltevorrichtung gelöst ist, während die äußere Rohrhaltevorrichtung um eine Rohrstranglänge so weit abgefiert ist, bis ein neues Formschlußteil (37) innen die Haltevorrichtung (34) erreicht, wobei die Arbeitsstation beim Absenken der Rohrleitung in Verlegerichtung verfahrbar ist.