海底管道错位对中施工装置及施工方法与流程

本发明属于海洋工程领域，具体地，涉及一种海底管道错位对中施工装置及施工方法，用于治理海底错位管道的对中连接问题。

背景技术：

为适应海底凹凸不平的海床地貌，海底管道大多依势铺设，故很多管道内存在初始预应力。在复杂的海洋环境下，管道受撞击、腐蚀、洋流等作用发生破损时，需要替换掉旧管段并采用连接器进行维修。切除破损管段后管道预应力释放，两侧管端面出现错位，造成维修困难。工程中通常采用球形法兰来修复，但球形法兰修复范围仅为错位角10°左右且密封困难易发生泄露，故在连接器修复前需先进行对中操作。以往的管道对中装置多是以机具在管道外侧卡紧管道来控制对中方向，这种操作方式不仅会造成管道损伤，还存在对中完成后机具不易回收、错位角过大工况下无法适用等弊端。因此，发明一种既精确高效又适用性广泛的错位对中施工装置是非常必要的。

技术实现要素：

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种海底管道错位对中施工装置及施工方法，该装置借助压力液体将中心管内活塞杆压入并卡紧错位管道，通过调整中心管方向迫使错位管道随之向预设方向发生弯曲，从而实现错位管道的对中操作；通过液压泵对压力液体的泵出与回输，实现液压活塞杆的推出与回收过程；通过沟槽式卡箍连接不同数目的中心管节段以调节中心管总长度从而适应多种工况。据此实现精确有效施工，解决了现阶段海底错位管道对中的施工技术问题。

为实现上述目的，本发明所采用技术方案如下：

海底管道错位对中施工装置，主体为中心管，中心管由基础节段、可拆卸节段及尾端节段相连构成；其中：基础节段为中空管体，整体呈u字形，管腔中设置限制液压活塞杆轴向位移的限位块；基础节段u形部分下凹位置贯穿单侧管壁连接外伸接管，外伸接管与液压导管连接，液压导管连接至用于压力液体泵出与回输的液压泵；基础节段的u形部分两侧开孔，设置安装单向截止阀，通过水下机器人转动旋转手柄控制两侧液压通路的开闭，进而控制管内液压流向。

优选地，基础节段、可拆卸节段及尾端节段之间通过沟槽式卡箍连接，基础节段位于中心管整体结构的中部，尾端节段位于中心管结构的两端，基础节段、可拆卸节段及尾端节段管体上都设置有相应的沟槽，在实际工况下可根据需要，在基础节段与尾端节段之间通过沟槽式卡箍连接一定数目的可拆卸节段。

优选地，可拆卸节段为两端管壁外侧设置沟槽的中空管体，其内外径与基础节段内外径尺寸相同。

优选地，尾端节段为中空管体，其内外径尺寸与可拆卸节段内外径相同，管壁外侧设置拉环，用于连接锁链，管体一端为用于卡箍连接的沟槽，另一端端面向内弯折，用于防止液压活塞杆从尾端节段中脱出；液压活塞杆为中空锥形体，该液压活塞杆大端面后接一直径大于大端面直径的实心圆盘，使液压活塞杆在被液压推动过程中始终卡置在中心管管腔内而不致脱出；绞车、绳索、锁链、定滑轮作为辅助装置，用于调整中心管及错位管道的方向，从而实现错位管道多个方向的扳正对中操作。

海底管道错位对中施工方法，采用上述的海底管道错位对中施工装置，其特征在于，包括以下步骤：

(1)确定错位管道在海床上的大致位置，将搭载绳索绞车、锁链绞车及液压泵的辅助作业船停滞在施工位置上方，根据两错位管道断面水平间距确定所需中心管的节段数，并通过沟槽式卡箍连接中心管的多个节段；

(2)将锁链连接到中心管尾端节段两端的拉环上，运转锁链绞车将中心管整体下放至错位管道附近并优先靠近低位置管道，使中心管与该管道同轴心；

(3)水下机器人下潜转动单向截止阀的旋转手柄，打开靠近低位置管道一侧的液压通路，运转液压泵泵出压力液体，在液压驱动下该侧液压活塞杆被推出而伸入低位置管道内，当活塞杆伸入部分直径达到管道直径时可卡紧管道，此时停止液压输入，水下机器人转动旋转手柄封堵该侧液压通路，此时该侧管腔内为液体保压状态；

(4)根据两错位管道相对位置在海床上设置安装定滑轮，定滑轮的数目及位置均由实际情况确定，绳索绞车下放绳索，利用水下机器人将绳索穿过定滑轮固定在拉环上；

(5)运转绳索绞车与锁链绞车拉动绳索和锁链，牵引中心管整体向高位置管道轴线方向转动，使其与管道同轴心，因活塞杆的卡紧力，低位置管道随着中心管向高位置管道轴线方向的弯曲变形；

(6)水下机器人转动高位置管道一侧单向截止阀的旋转手柄，打开该侧液压通路，运转液压泵泵出压力液体，在液压驱动下该侧液压活塞杆伸入并卡紧管道，此时停止液压输入，水下机器人转动旋转手柄封堵该侧液压通路，此时该侧管腔内为液体保压状态；

(7)运转绳索绞车牵引绳索，扳动中心管小幅度调节两错位管体的相对位置，使两错位管道同轴心，在两侧管道上加筑水泥墩以固定两管道位置，防止液压活塞杆撤出后管道变形回弹；

(8)水下机器人转动旋转手柄打开两侧液压通路，液压泵进入负压抽吸状态，将压力液体抽出，此时在通路内负压及海水压力的作用下两侧活塞杆被推回中心管内；

(9)解下拉环上的绳索，通过绳索绞车收回绳索，通过锁链绞车收回中心管整体，海底错位管道对中操作完成。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、采用变径的液压活塞杆卡紧错位管道以控制对中方向，既适用于多种管径工况又避免了管道外卡紧易造成的管道损伤。

2、通过沟槽式卡箍连接不同数目的中心管节段调节中心管的总长度，可以适应多种距离错位管道的对中操作。

3、借助定滑轮及绳索可在任意平面内调节中心管方向及位置，并迫使错位管道随之向预设方向弯曲，从而实现对中。

4、通过绞车和锁链完成对中装置的取放与对中方向的调控，通过辅助作业船上液压泵实现压力液体的泵出与回输，全部动力由海上结构承担，海底结构皆为无动力状态，操作简便。

5、对中完成后将中心管管腔内压力液体抽出即可将活塞杆伸出部分收回，装置便于回收与重新利用。

附图说明

图1是海底管道错位对中施工装置整体示意图；

图2是海底管道错位对中施工装置正视截面剖视示意图；

图3a是单向截止阀正视示意图；

图3b是单向截止阀剖视示意图；

图4是对中装置吊放入水并优先靠近低位置管道示意图；

图5是水下机器人调节单向截止阀推出低位置管道侧活塞杆剖视示意图；

图6是水下机器人调节单向截止阀实现保压状态剖视示意图；

图7是根据错位管道相对位置在海底固定定滑轮并通过绳索连接中心管与辅助作业船上绞车示意图；

图8是收放绳索调整中心管方向并迫使低位置管道向高位置管道轴线方向弯曲示意图；

图9是水下机器人调节单向截止阀推出高位置管道侧活塞杆剖视示意图；

图10是水下机器人调节单向截止阀实现保压状态剖视示意图；

图11是收放绳索微调中心管方向迫使两管道向同轴心方向弯曲示意图；

图12是在两侧管道上加固水泥墩示意图；

图13是水下机器人调节单向截止阀回收活塞杆剖视示意图；

图14是错位管道对中完成回收装置示意图；

图中：11、基础节段，12、可拆卸节段，13、尾端节段，14、液压通路，15、限位块，16、压力液体流向，17、静止保压状态的压力液体，2、沟槽式卡箍，3、外伸接管，4、液压导管，5、单向截止阀，51、旋转手柄，52螺纹段，53、皮碗，6、拉环，7、液压活塞杆，8、海底，81、低位置管道，82、高位置管道，83、水泥墩，9、辅助作业船，91、绳索绞车，92、锁链绞车，93、液压泵，94绳索，95、锁链，96、定滑轮，97、水下机器人。

具体实施方式

如图1、图2所示，海底管道错位对中施工装置，主体为中心管，中心管由基础节段11、可拆卸节段12及尾端节段13相连构成，各节段之间通过沟槽式卡箍2连接，基础节段11位于中心管整体结构的中部，尾端节段13位于中心管结构的两端，基础节段11、可拆卸节段12及尾端节段13管体上都设置有相应的沟槽，沟槽式卡箍连接属于现有技术，在此不再赘述。在实际工况下可根据需要，在基础节段11与尾端节段13之间通过沟槽式卡箍2连接一定数目的可拆卸节段12。

如图1、图2所示，基础节段11为中空管体，整体呈u字形，管腔中设置限制液压活塞杆轴向位移的限位块15；基础节段u形部分下凹位置贯穿单侧管壁连接外伸接管3；外伸接管3与液压导管4连接，液压导管4连接至用于压力液体泵出与回输的液压泵93；基础节段11的u形部分两侧开孔，设置安装单向截止阀5，通过水下机器人97转动旋转手柄51控制两侧液压通路14的开闭，进而控制管内液压流向。

如图1、图2所示，可拆卸节段12为两端管壁外侧设置沟槽的中空管体，其内外径与基础节段11内外径尺寸相同。

如图1、图2、图7所示，尾端节段13为中空管体，其内外径尺寸与可拆卸节段12内外径相同，管壁外侧设置拉环6，用于连接锁链95，管体一端为用于卡箍2连接的沟槽，另一端端面向内弯折，用于防止液压活塞杆7从尾端节段13中脱出；液压活塞杆7为中空锥形体，该液压活塞杆7大端面后接一直径大于大端面直径的实心圆盘，使液压活塞杆7在被液压推动过程中始终卡置在中心管管腔内而不致脱出；绞车93、绳索94、锁链95、定滑轮96作为辅助装置，用于调整中心管及错位管道的方向，从而实现错位管道多个方向的扳正对中操作。

采用海底管道错位对中施工装置进行施工，包括以下步骤：

1、确定错位管道在海床8上的大致位置，将搭载绳索绞车91、锁链绞车92及液压泵93的辅助作业船9停滞在施工位置上方，根据两错位管道断面水平间距确定所需中心管的节段数，并通过沟槽式卡箍2连接中心管的多个节段；

2、将锁链95连接到中心管尾端节段13两端的拉环6上，运转锁链绞车92将中心管整体下放至错位管道附近并优先靠近低位置管道81，使中心管与该管道同轴心；

3、水下机器人97下潜转动单向截止阀5的旋转手柄51，打开靠近低位置管道81一侧的液压通路14，运转液压泵93泵出压力液体，在液压驱动下该侧液压活塞杆7被推出而伸入低位置管道81内，当活塞杆7伸入部分直径达到管道81直径时可卡紧管道，此时停止液压输入，水下机器人转动旋转手柄51封堵该侧液压通路14，此时该侧管腔内为液体保压状态17；

4、根据两错位管道相对位置在海床8上设置安装定滑轮96，定滑轮96的数目及位置均由实际情况确定，绳索绞车91下放绳索94，利用水下机器人将绳索94穿过定滑轮96固定在拉环6上；

5、运转绳索绞车91与锁链绞车92拉动绳索94和锁链95，牵引中心管整体向高位置管道82轴线方向转动，使其与管道82同轴心，因活塞杆的卡紧力，低位置管道81随着中心管向高位置管道82轴线方向的弯曲变形；

6、水下机器人转动高位置管道81一侧单向截止阀5的旋转手柄51，打开该侧液压通路14，运转液压泵93泵出压力液体，在液压驱动下该侧液压活塞杆7伸入并卡紧管道82，此时停止液压输入，水下机器人转动旋转手柄51封堵该侧液压通路14，此时该侧管腔内为液体保压状态17；

7、运转绳索绞车91牵引绳索94，扳动中心管小幅度调节两错位管体的相对位置，使两错位管道同轴心，在两侧管道上加筑水泥墩83以固定两管道位置，防止液压活塞杆7撤出后管道变形回弹；

8、水下机器人转动旋转手柄51打开两侧液压通路14，液压泵93进入负压抽吸状态，将压力液体抽出，此时在通路14内负压及海水压力的作用下两侧活塞杆7被推回中心管内；

9、解下拉环6上的绳索94，通过绳索绞车91收回绳索94，通过锁链绞车92收回中心管整体，海底错位管道对中操作完成。