一种用于海底管道浮拖沉管的缓降气囊系统的制作方法

本实用新型涉及一种用于海底管道浮拖沉管的缓降气囊系统。

背景技术：

海底集输管道可作为连通海上采气平台与处理平台，或者陆上管道跨越海湾的输送通道。海底管道铺设过程的质量控制对管道后期安全运行影响重大。受铺管船吃水深度和作业范围限制，海底管道施工主要分为近岸段浮拖和离岸段铺管。近岸段浮拖是将海底管道在陆上预制场进行预制焊接，形成连续管段，由卷扬机或驳船将预制连接的管道整体拖向指定路由和位置。为保证浮拖过程中管道及其附件安全和安装效率，通常采用在管道上绑扎充气气囊的方式进行水面浮拖。通过潜水员现场对气囊解绑，管道下沉至指定海床(或海沟)。气囊设置和解绑方式对管道下沉、着陆过程中的受力情况影响较大，主要的质量控制要素为整体下沉均匀性和下沉速度，目的在于避免过大的局部弯曲、着陆冲击及在位残余应力。

目前，浮拖法采用的是与单根管道长度相当的单舱充气气囊，通过绑扎带直接固定于每根管道上部，以提供浮拖过程中所需的浮力。在管道浮拖至指定位置后，由潜水员下水并在水面逐一割断每段管道绑扎带，分离充气气囊与海底管道；海底管道借助自重沉入海底。单个气囊解绑后将与海底管道快速脱离，管道局部失去气囊浮力后，产生较大的下沉冲击。同时，但与铺管船铺设相比，浮拖法下管过程中，外界无法提供足够的管道张紧力，导致管道下沉至海床时，加速沉没后撞击力较强；在此过程中，可进一步考虑采用先解绑中间段，再解绑两端气囊的方式，以尽可能依靠部分气囊的剩余浮力，控制海底管道下沉速度，但同时又引起短时间内管道系统局部弯曲幅度过大的问题(解绑管道与未解绑管道间，浮力荷载分布不均匀，间隔较远，弯曲效果非常明显)和就位后管道隆起的问题(管道局部弯曲严重，先着陆部分可能造成后着陆部分隆起、悬空)。另外，单舱气囊解绑分离时，因浮力瞬时变化剧烈，将产生较强的气囊上弹与管道晃动情况，这对潜水员操作安全和作业靠桩稳定性也造成威胁。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺点，本实用新型提供了一种用于海底管道浮拖沉管的缓降气囊系统，基于浮拖法沉管的技术特点，从管道弯曲幅度、沉管速度和解绑晃动等方面出发，优化管道助浮气囊的结构和解脱形式，增强在气囊-海底管道分离、管道下沉浮力补偿、管道局部弯曲控制等关键问题上的控制，有助于提高浮拖沉管过程中管道、附件和操作人员的安全。

本实用新型所采用的技术方案是：一种用于海底管道浮拖沉管的缓降气囊系统，包括多舱橡胶气囊和气囊支座，所述气囊支座设置在海底管道上方，所述多舱橡胶气囊设置在气囊支座上，所述多舱橡胶气囊和海底管道分别通过气囊绑扎带和支架固定带贴合设置在气囊支座的上、下方。

与现有技术相比，本实用新型的积极效果是：本实用新型根据海底管道浮拖法施工特点和管道沉底规律，通过气囊固定系统、多舱气囊系统和气囊充排气系统，可满足：1)借助分舱气囊的残余浮力，沉管过程管道整体姿态弯曲幅度小，在位后残余应力小；2)借助残余气囊浮力，沉管缓慢、平稳，减小与海床冲击；3)利用气囊固定系统，海上排气作业过程可避免气囊猛烈弹起，减缓管道摆动，提高操作安全性；4)管道与气囊解绑后，利用残余浮力可整体回收气囊和支架。

本实用新型的特点具体表现为：

(1)设置科学

本实用新型基于海底管道浮拖法施工特点，设置的多舱气囊能够更加准确控制不同阶段的浮力，满足浮拖、沉管及回收过程中的管道姿态与控制要求。相比单舱气囊，提高了浮拖过程的力学控制水平，增强了浮拖过程的稳定性与安全性。

(2)操作安全

本实用新型通过采用水上排气、水下在位解绑组合方式，有效避免了水面解绑过程中，管道摆动和气囊弹起的问题，能够进一步提高潜水员操作安全性。

(3)配置灵活

本实用新型配置灵活，气囊固定系统可满足多种海底管道尺寸；充气气囊成本较低，可根据浮力要求，灵活调整充气气量和气舱功能分布。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本实用新型的侧视图；

图2为本实用新型的截面示意图。

具体实施方式

一种用于海底管道浮拖沉管的缓降气囊系统，如图1和图2所示，主要包括：气囊支座1、气囊绑扎带2、支架固定带3、多舱橡胶气囊4、气囊充气管路5和气囊排气管路6等。

其中，所述气囊支座1、气囊绑扎带2、支架固定带3组成气囊固定系统，负责气囊与海底管道的贴合与固定，实现浮拖过程与沉管过程中气囊系统的稳定功能。所述气囊支座1安装于多舱橡胶气囊4和海底管道之间，其上、下面呈弧形，能够与橡胶气囊4和海底管道的外侧贴合；所述气囊支座1为塑料材质，兼顾强度与韧性，同时提供浮力，其上下表面预制橡胶垫片，增强与海底管道和气囊贴合；所述气囊支座1长度为12m左右，能够一次性安装在一段标准长度的海底管道上；所述气囊支座1侧面留有8处固定穿线孔，包括4处气囊绑扎带穿孔和4处支架固定带穿孔，分别连接橡胶气囊4和海底管道；所述气囊绑扎带2为尼龙材质；所述支座固定带3为尼龙材质；

其中，所述多舱橡胶气囊4为由内部沿管道轴向排列的若干气舱组成卧式圆筒气囊，负责充气后产生足够浮力，满足浮拖需求；两端部分对称舱室排气后，气囊提供残余浮力，满足沉管速度控制要求；水下解绑后，气囊与所述气囊固定系统利用浮力到达水面，统一回收；所述多舱橡胶气囊4为橡胶材质，在充气后呈卧式圆柱形，内部为独立的柔性隔断材料，整体安装并固定于气囊支座1上；所述多舱橡胶气囊4长度为12m左右，匹配常规钢管长度；所述多舱橡胶气囊4外侧面预制吊耳和穿线孔；所述多舱橡胶气囊4内部分舱，分舱数量最小为4个，各舱室可充气和充水，用于不同工况时，根据平衡计算结果对不进行排气的舱室加水调重。

其中，所述气囊充、排气系统包括气囊外侧的气囊充气管路5、气囊排气管路6，负责在陆上向气囊充气和充水配重以及在沉管中排出部分气囊中气体，分别起到提供浮拖浮力、控制下沉残余浮力和利用浮力回收气囊及支架等作用。所述气囊充气管路5包含DN25球阀和DN25止回阀，材质为不锈钢；所述气囊排气管路6为DN50球阀和DN50止回阀，材质为不锈钢；所述气囊充气管路和气囊排气管路在气囊上加强生根，生根处为气囊制造时预埋的钢制管口。

本发明的工作原理及工作过程为：

从浮力补偿、管道弯曲控制和沉管速度等方面考虑，实现浮拖法施工中，对气囊与海底管道分离、管道浮力、管道沉管速度等关键问题的有效控制，保证沉管过程中管道及附件和潜水员安全。在陆上预制时，在每段管道上依次安装气囊固定系统和充气气囊，并通过充气阀对气囊进行充气，以控制总体浮力。在沉管中，潜水员根据预设分舱方案，打开部分气囊排气阀，管道系统总体重力略大于浮力后，开始缓慢下沉；就位后，潜水员水下解开支架固定带，气囊装置和气囊支架浮上海面，进行统一回收。

具体做法为：

1)陆上预制时，将气囊支座1放置于海底管道上方，在橡胶气囊4完成充气后，将橡胶气囊4放置在气囊支座1上；通过气囊绑扎带2绕过橡胶气囊4和气囊支座1，实现橡胶气囊4和气囊支座1的相对固定；通过支架固定带3穿过气囊支座1，实现气囊支座1和海底管道的相对固定。单节海底管道和橡胶气囊分4段进行固定。

2)在沉管、气囊回收过程中，通过计算管道-气囊系统和气囊系统最小下沉力和最小上浮力，指定泄放舱和稳压舱，泄压舱负责排气、降低浮力；温压舱负责保持充气状态，提供最小浮力。泄压舱优选为两侧气舱，温压舱优选为中间气舱。

3)潜水员按照浮力控制要求，在水面打开部分气舱(泄压舱)排气阀6，排气阀在气囊内压作用下排气，海底管道逐渐开始下沉，排气阀亦在海水挤压下排气，管道系统依靠稳压舱始终保持残余浮力，控制下沉速度，限制撞击海床的冲击力。

4)管道在海床就位后，潜水员解开支座固定带3，气囊和支座依靠稳压舱的浮力浮起，统一回收。

由此，本文提出一种海底管道浮拖缓降气囊系统。本装置的主要原理是，在陆上预制时，在每段管道上依次安装气囊固定系统和充气气囊，并通过充气阀对气囊进行充气，以控制总体浮力。在沉管中，潜水员打开部分气囊排气阀，管道系统总体重力大于浮力后，开始下沉；就位后，潜水员水下解开绑扎带，气囊装置浮上海面，进行统一回收。