一种抗冰导管架平台立管防冰装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种抗冰导管架平台立管防冰装置，该装置包括环绕固定在立管所在桩腿的大锥体和大锥体上附加的半圆形小锥体，小锥体的数量与该桩腿上的立管数量相同。整个防冰装置分为上下两个部分，上锥体为上小下大的锥体，下锥体为下小上大的锥体。小锥体的上下小口均为180°半圆弧形。小锥体锥面与大锥体锥面之间如果相交则以大锥体表面为小锥体锥面边界，小锥体锥面与大锥体锥面不相交的空隙以平板补充。平板多余部分切除，仅留有焊接工艺尺寸边界。本发明在降低海冰对抗冰平台作用力的同时，能完全保护立管不受海冰的直接作用，防止立管在海冰直接作用下发生断裂而引起的生产事故和环境灾难。
【专利说明】一种抗冰导管架平台立管防冰装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于冰区海洋工程的防冰装置，特别是导管架平台的立管防冰装置。
【背景技术】
[0002]在寒区的海洋，冬季会在海面结冰。在风与流的驱动下，海冰发生移动。海冰的移动会对寒区建造的海洋工程结构产生作用力，并可能造成海洋结构物的破坏。寒区海洋结构在设计时按设计海域大面积浮冰的重现期考虑，并以海冰载荷作为抗冰结构的设计控制载荷。
[0003]在寒区的海洋石油开发中，多采用抗冰导管架结构。抗冰导管架结构主要有两类，一类在潮差带加装有破冰装置，另一类则没有。对没有加装破冰装置的导管架，海冰直接与桩腿作用，海冰的破碎模式为挤压破坏。当海冰与桩腿结构相互作用并发生挤压破坏时，其作用力与冰的压缩强度和挤压面积有关。对在潮差带加装有破冰装置的结构，所采用的破冰装置一般为锥面结构。当海冰与锥面结构相互作用时，锥面结构可以使海冰的破碎模式变为弯曲破坏。与挤压强度相比，海冰的弯曲强度小很多，因此海冰弯曲破坏时对结构物的作用力也小很多。当海冰直接与桩腿结构相互作用时，在海冰挤压破碎过程中形成脉动性载荷，载荷的频率范围很宽，不仅涵盖了导管架结构的低阶固有频率，也可涵盖平台上部管线的低阶固有频率，因此可以引起平台主体结构包括平台上部管线结构的强烈振动。而当海冰与锥体结构相互作用时，在海冰弯曲破碎过程中也会形成脉动性载荷，但载荷的频率范围很窄，只会引起平台主体结构的低阶振动，但由于破碎模式的改变导致了锥体脉动性海冰载荷的幅值低于桩腿结构脉动性海冰载荷，因此在导管架结构上增加破冰锥体并不会引起平台主体结构振动幅值的增加。
[0004]立管作为海洋石油生产中的一种重要设施，其作用在于连接水下与水上的生产设施，输送原油、天然气或水，或用作电缆的防护通道。对于导管架平台，立管的安装形式一般为依附于某一条桩腿，通过立管卡子将立管固定在桩腿上。为方便施工，通常从导管架外侧安装立管。而电缆防护立管，多位于导管架内侧，在导管架制造时安装。寒区导管架平台的立管设计，需要考虑海冰的作用。在进行设计的初期，依据的海冰数据往往与实际情况有出入，导致立管的抗冰能力不足。平台作业船舶在冬季作业时，因为海冰的影响使得船舶的操控能力降低，也增加了船舶碰撞立管的风险，因此对海洋平台立管进行有效防护是必要的。
[0005]传统的抗冰导管架平台破冰装置设计为正倒组合锥体，目的是降低海冰对整个平台的作用力，但对立管结构的抗冰防护能力较弱。基于正倒组合锥体的几何特点和立管与桩腿之间的距离，总有部分立管会直接暴露在海冰的作用下。如果用传统的正倒组合锥体完全防护住立管不受海冰的直接作用，必须将锥体的尺寸设计得很大，甚至不可设计，并且增加了海冰与锥体的作用面积，导致冰力的增加。
[0006]本发明提出一种新的抗冰导管架立管防冰装置，不仅具有传统正倒锥体所具有的降低冰力幅值和降低脉动冰力频率范围的功能，还具有对立管的抗冰防护功能。
【发明内容】
[0007]针对上述目的，本发明提供一种抗冰导管架平台立管防冰装置，在降低海冰对抗冰平台作用力的同时，能完全保护立管不受海冰的直接作用，防止立管在海冰直接作用下发生断裂而引起的生产事故和环境灾难。
[0008]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:
[0009]一种抗冰导管架平台立管防冰装置，该装置包括环绕固定于所在桩腿的大锥体和固定在大锥体上包裹立管的半圆形小锥体；小锥体与立管不接触，数量与立管相同；整个抗冰导管架平台立管防冰装置分为上下两个部分，上部为上小下大的锥体，下部为下小上大的锥体，上下部分的中间结合部位焊接在一起；小锥体的上下小口均为180°半圆弧形，180°半圆弧弧线的中点位于桩腿轴线与立管轴线所确定的平面内，圆弧的中心位于立管轴线上；小锥体锥面与大锥体锥面之间相交，则以大锥体表面为小锥体锥面边界；小锥体锥面与大锥体锥面不相交，空隙以平板补充；平板与小锥体锥面之间对焊，平板与小锥体锥面相切，大锥面为平板边界；大锥体锥面位于小锥体内部的部分切除，仅留有焊接工艺尺寸边界；小锥体与平板、平板与大锥体、小锥体与大锥体均采用焊接。
[0010]整个抗冰导管架平台立管防冰装置的上下两个部分之间设有水平环向主加强筋，此主加强筋为一体结构，上部的下边界与此水平环向主筋上表面焊接，下部的上边界与次水平环向主加强筋下表面焊接；整个抗冰导管架平台立管防冰装置的内部设有水平环向筋和垂直纵向筋，其中的水平环向筋为一体结构，既与大锥体锥面内部焊接，也与小锥体锥面内部焊接；垂直纵向筋以水平环向筋为上下边界，与锥面内侧及环向筋焊接。两部分的大锥体母线与桩腿轴线之间的角度可以相同，也可以不同；两部分的半圆形小锥体母线与立管轴线之间的角度可以相同，也可以不同。
[0011]大锥体上下小口处有圆弧形板，板的外侧与锥面焊接，板的边缘与桩腿焊接。锥体锥面开有减重、消浪孔。整个抗冰导管架平台立管防冰装置在陆地导管架建造时安装或在海上现场安装；在陆地安装时，整个锥体采用一体结构，大锥体上下边沿直接与导管架桩腿焊接；在海上现场安装时，锥体采用分体结构，分体的数量与该桩腿上立管的数量相同，水面上的大锥体弧形板与桩腿直接焊接，水下通过螺栓将相邻的大锥体固定在一起，上锥体相邻大椎之间用有锥度的梯形弧板焊接连接。水下大锥体在立管方位处的开口用弧形连接板以螺栓连接。
[0012]本发明的有益效果是:
[0013]1、在不显著增加海冰作用面积的前提下实现对立管的完全防护。由于小锥体的高度可以和大锥体的高度相同，可以在整个潮差带内防护立管不受海冰直接作用。
[0014]2、不改变海冰与破冰装置作用时的破坏形式。整个防冰装置与海冰相互作用的表面都具有一定的坡度，可以保证海冰在与防冰装置作用时发生弯曲破坏。
[0015]3、既可用于在陆地预制，也可用于海上现场安装。由于生产需求，海洋石油生产中经常发生增加
[0016]平台立管的现象，因此能够实施海上现场安装的防冰设计很重要。
【专利附图】
【附图说明】[0017]图1是传统正倒组合锥体对立管的防护作用示意图。
[0018]图2是本发明的防冰装置结构示意图。
[0019]图3是本发明的防冰装置结构俯视图。
[0020]图4是本发明的防冰装置结构的侧视图。
[0021]图5是本发明的防冰装置结构内部结构。
[0022]图6是本发明的防冰装置结构陆地安装形式示意图。
[0023]图中:1桩腿；2立管；3大锥体；4小锥体；5消浪孔；6连接板；7水下弧形螺栓连接板；8锥体之间螺栓连接件；9大锥体与桩腿之间的弧形板；10锥体内部环向加强筋；11锥体内部纵向加强筋；12小锥体直边与大锥体间的平板；13小锥体180°直边部分；14小锥体与大锥体间相贯线部分。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
[0025]图1为传统正倒组合锥体示意图，从图上可以看出，立管仅有一小部分被锥体覆盖，在很大的范围内海冰可以直接作用在立管上。
[0026]本发明防冰装置可以在陆地导管架建造时安装，也可以在海上现场安装。
[0027]图2?图5所示为本发明防冰装置在海上现场安装所采用的分体结构形式示意图。以桩腿周围分布三根立管为例，说明本发明防冰装置的结构形式。它包括一个环绕固定在立管所在桩腿I的大锥体3，在大锥体3上附加有半圆形小锥体4，小锥体4的数量与该桩腿上的立管2数量相同。整个防冰装置分为上下两个部分，上锥体为上小下大的锥体；下锥体为下小上大的锥体。上下锥体在中间结合部位焊接在一起。两部分的大锥体母线与桩腿轴线之间的角度可以相同，也可以不同；两部分的半圆形小锥体母线与立管轴线之间的角度可以相同，也可以不同。小锥体的上下小口均为180°半圆弧形13，弧线的中点位于桩腿轴线与立管轴线所确定的平面内。小锥体锥面与大锥锥面之间如果相交则以大锥体表面为小锥体锥面边界，小锥体锥面与大锥体锥面不相交的空隙以平板12补充，平板12与小锥体4锥面之间对焊，并保证平板与小锥面相切，大锥体锥面为平板边界。大锥体锥面在与小锥体锥面及平板与之的交线之间切除，仅留有焊接工艺尺寸边界。小锥体与平板之间，平板与大锥体之间以及小锥体与大锥体之间的连接采用焊接方式。
[0028]上下锥体之间设有水平环向主加强筋10，此主加强筋为一体结构，上锥体的下边界与此水平环向主筋上表面焊接，下锥体的上边界与次水平环向主筋下表面焊接。锥体内部设有水平环向筋和垂直纵向筋11，其中的水平环向筋10为一体结构，既与大锥体锥面内部焊接，也与小锥体锥面内部焊接；垂直纵向筋11以水平环向筋10为上下边界，与锥面内侧及环向筋焊接。锥体锥面开有减重、消浪孔5。
[0029]大锥体上下小口处有圆弧形板9，板的外侧与锥面焊接，板的边缘与桩腿焊接。
[0030]在陆地安装时，整个锥体采用一体结构，大锥体上下边沿直接与导管架桩腿焊接；在海上现场安装时，锥体采用分体结构，分体的数量与该桩腿上立管的数量相同，水面上的大锥体弧形板与桩腿直接焊接，水下通过螺栓将相邻的大锥体固定在一起，上锥体相邻大椎之间用有锥度的梯形弧板焊接连接。水下大锥体在立管方位处的开口用弧形连接板以螺栓连接。[0031]图6所示为本发明防冰装置在陆地安装的结构形式示意图。当本发明防冰装置在陆地安装时，采用一体化结构形式，锥体上下口处的弧形板直接与桩腿表面焊接。
【权利要求】
1.一种抗冰导管架平台立管防冰装置，其特征在于:它包括环绕固定于所在桩腿的大锥体和固定在大锥体上包裹立管的半圆形小锥体；小锥体与立管不接触，数量与立管相同；整个抗冰导管架平台立管防冰装置分为上下两个部分，上部为上小下大的锥体，下部为下小上大的锥体；上下部分的中间结合部位焊接在一起；小锥体的上下小口均为180°半圆弧形，180°半圆弧弧线的中点位于桩腿轴线与立管轴线所确定的平面内，圆弧的中心位于立管轴线上；小锥体锥面与大锥体锥面之间相交，则以大锥体表面为小锥面边界；小锥体锥面与大锥体锥面不相交，空隙以平板补充；平板与小锥体锥面之间对焊，平板与小锥体锥面相切，大锥体锥面为平板边界；大锥体锥面位于小锥体内部的部分切除，仅留有焊接工艺尺寸边界；小锥体与平板、平板与大锥体、小锥体与大锥体均采用焊接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，整个抗冰导管架平台立管防冰装置的上下两个部分之间设有水平环向主加强筋，此主加强筋为一体结构，上部的下边界与此水平环向主筋上表面焊接，下部的上边界与次水平环向主加强筋下表面焊接；整个抗冰导管架平台立管防冰装置的内部设有水平环向筋和垂直纵向筋，其中的水平环向筋为一体结构，既与大锥体锥面内部焊接，也与小锥体锥面内部焊接；垂直纵向筋以水平环向筋为上下边界，与锥面内侧及环向筋焊接。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，锥体锥面开有减重、消浪孔。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，大锥体上下小口处有圆弧形板，板的外侧与锥体锥面焊接，板的边缘与桩腿焊接。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，大锥体上下小口处有圆弧形板，板的外侧与锥体锥面焊接，板的边缘与桩腿焊接。
6.根据权利要求1、2或5所述的装置，其特征在于，整个抗冰导管架平台立管防冰装置在陆地导管架建造时安装或在海上现场安装；在陆地安装时，整个锥体采用一体结构，大锥体上下边沿直接与导管架桩腿焊接；在海上现场安装时，锥体采用分体结构，分体的数量与该桩腿上立管的数量相同，水面上的大锥体弧形板与桩腿直接焊接，水下通过螺栓将相邻的大锥体固定在一起，上锥体相邻大椎之间用有锥度的梯形弧板焊接连接；水下大锥体在立管方位处的开口用弧形连接板以螺栓连接。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，整个抗冰导管架平台立管防冰装置在陆地导管架建造时安装或在海上现场安装；在陆地安装时，整个锥体采用一体结构，大锥体上下边沿直接与导管架桩腿焊接；在海上现场安装时，锥体采用分体结构，分体的数量与该桩腿上立管的数量相同，水面上的大锥体弧形板与桩腿直接焊接，水下通过螺栓将相邻的大锥体固定在一起，上锥体相邻大椎之间用有锥度的梯形弧板焊接连接；水下大锥体在立管方位处的开口用弧形连接板以螺栓连接。
8.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，整个抗冰导管架平台立管防冰装置在陆地导管架建造时安装或在海上现场安装；在陆地安装时，整个锥体采用一体结构，大锥体上下边沿直接与导管架桩腿焊接；在海上现场安装时，锥体采用分体结构，分体的数量与该桩腿上立管的数量相同，水面上的大锥体弧形板与桩腿直接焊接，水下通过螺栓将相邻的大锥体固定在一起，上锥体相邻大椎之间用有锥度的梯形弧板焊接连接；水下大锥体在立管方位处的开口用弧形连接板以螺栓连接。
【文档编号】E02D31/00GK103966992SQ201410200510
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】毕祥军, 王和平, 白文柱, 杨彪, 李刚, 王博, 季顺迎, 岳前进, 屈衍 申请人:大连理工大学, 中海石油（中国）有限公司天津分公司